LAS ARMAS NUCLEARES (1). Autor: Enrique Garralaga Robres.

Este artículo, titulado “Las armas nucleares”, aparecerá dividido en las 4 partes siguientes , que publicaremos , desde hoy, en cuatro domingos :

(1): La Energía Nuclear.
(2): La primera bomba atómica.
(3): Hiroshima y Nagasaki.
(4): La carrera por el armamento nuclear, en el momento actual.



Primera parte: LA  ENERGIA  NUCLEAR.



Se llama COMBUSTIBLE a una sustancia que arde con facilidad, por ejemplo, madera, gasolina, etc. La quema de combustibles, o combustión, es una reacción química entre un combustible y el oxígeno del aire, con desprendimiento de calor. Algunos de los residuos que se obtienen en esta reacción son gaseosos (el humo y varios gases) y otros, sólidos (las cenizas).

En la combustión, al igual que en todas las reacciones químicas, se conserva la cantidad de materia, a la que los físicos llaman “la masa”. Esto quiere decir lo siguiente: supongamos que pesamos un trozo de madera y le sumamos el peso del oxígeno necesario para que se queme completamente, resultando por ejemplo, 25 kg. 

Después de la combustión, entre todos sus residuos (humo, cenizas y otros gases) pesarán también 25 kg. Aunque quizá le pueda parecer un poco extraño, este experimento se puede realizar de modo relativamente fácil. El calor desprendido en esta reacción se debe a que en la combustión se destruyen algunos enlaces químicos (en la madera y en el oxígeno) y se generan otros nuevos (en los gases y en las cenizas).

La energía nuclear, descubierta en 1938, es un proceso totalmente diferente. Ni necesita oxígeno, ni tan siquiera es una reacción química. La idea más importante es la siguiente: En este proceso no se conserva la cantidad de materia, sino que una pequeña parte de ella desaparece, convirtiéndose directamente en energía.

 Los físicos que lo descubrieron quedaron asombrados al comprobar que la energía calorífica que se obtiene de un solo gramo de materia convertido en energía, equivale a la que se desprendería al quemar unos 32 millones de litros de gasolina. Fácilmente se comprende que las armas nucleares no tienen gran tamaño, a pesar de lo cual, tienen un poder destructivo inmenso.

Para tener una idea de cómo se obtiene la energía nuclear, recordemos que la porción más pequeña que puede existir de un elemento químico (por ejemplo, Hidrógeno, que es gaseoso, o Hierro, o Uranio, que son sólidos) se llama ÁTOMO. El átomo está casi vacío. Tiene, prácticamente, casi toda su materia concentrada en una pequeñísima zona central, que se llama NÚCLEO. Es difícil hacerse una idea realista de lo increíblemente pequeños que son los núcleos. Son aún mucho más pequeños de lo que podemos imaginar. Pero a pesar de todo, es posible realizar algunos experimentos con ellos.

Existen dos tipos diferentes de procesos nucleares que pueden convertir materia en energía. Hay que tener cuidado con sus nombres, porque son muy parecidos, pero tienen significados totalmente diferentes. El primero que se descubrió se llama FISIÓN (palabra relacionada con “Fisura”, es decir “Rotura”), y el segundo se llama FUSIÓN (“Fusionar” significa “Unir”, todo lo contrario que “Romper”). A su vez, ambos se pueden usar, o bien para usos pacíficos, o bien para usos bélicos.

Comenzaremos ocupándonos en primer lugar de la Energía Nuclear por FISIÓN. La materia necesaria para obtener Energía Nuclear por FISIÓN son ciertos metales muy pesados, Uranio o Plutonio; éste último se obtiene del Uranio. Existen tres tipos de átomos de Uranio, de idénticas propiedades químicas, pero de masas ligeramente diferentes (se les llama “isótopos”). De ellos, el isótopo llamado Uranio 235 es el que se usa para obtener energía nuclear. Por seguir la costumbre, de forma rutinaria, se le llama “COMBUSTIBLE NUCLEAR”, aunque este nombre es engañoso, porque la energía nuclear no tiene nada que ver con la combustión.

En el proceso llamado “FISIÓN NUCLEAR”, se lanza una pequeñísima partícula, llamada NEUTRÓN, contra un pesado núcleo de Uranio 235, que a consecuencia del choque se parte en 5 trozos. Dos de estos trozos son otros dos núcleos más pequeños, y además se obtienen 3 Neutrones.

         Esquema explicativo del proceso llamado FISIÓN NUCLEAR.



La importancia de este proceso reside en lo siguiente: Si por una parte, sumamos la masa del Neutrón inicial más la del núcleo de U235, antes de producirse la Fisión, y por otra parte sumamos las masas de los 3 Neutrones que hemos obtenido  más de los dos núcleos pequeños que han resultado después de la Fisión, veremos que ambas cantidades no coinciden. La masa total antes de la Fisión, es algo mayor que la masa total después de la Fisión. Es decir, que como resultado de este proceso de Fisión de un núcleo, se ha perdido algo de masa, que inmediatamente se convertirá en una gran cantidad de energía.
Y también es importante la observación siguiente: Los 3 Neutrones resultantes de la primera fisión, pueden fisionar a otros 3 núcleos, con lo que se obtendrán ahora 9 Neutrones libres. Estos 9 Neutrones ya pueden fisionar a otros 9 núcleos, los cuales producirán 27 Neutrones, y así sucesivamente. Este proceso se llama REACCIÓN EN CADENA, y ocurre rapidísimamente. En eso consiste la explosión de una bomba nuclear por Fisión. A veces se le llama “Bomba atómica”, nombre que no es incorrecto y se usa mucho, pero es más exacto llamarla “Bomba nuclear”, porque la producción de energía se localiza en los núcleos.

Y ahora, veamos brevemente en qué se basa el otro proceso alternativo, la “FUSIÓN NUCLEAR”. Al contrario que en la Fisión, se obtiene energía, no al romper un núcleo pesado, sino al unir (Fusionar) dos núcleos muy ligeros. El elemento químico más ligero que existe es el Hidrógeno. En el esquema siguiente aparece representada gráficamente la Fusión: dos isótopos de Hidrógeno, llamados Deuterio y Tritio, chocan, fundiéndose en uno solo, que un instante brevísimo después, se parte espontáneamente en un núcleo de Helio (es un elemento químico sólo un poco más pesado que el Hidrógeno) más un Neutrón.

     Representación esquemática del proceso de FUSIÓN NUCLEAR


La importancia de este proceso reside en lo siguiente: Si por una parte, sumamos la masa del Deuterio más la del Tritio, antes de producirse la Fusión, y por otra parte sumamos la masa del Neutrón que hemos obtenido más la del núcleo de Helio que ha resultado después de la Fusión, veremos que ambas cantidades no coinciden. La masa total antes de la Fusión, es mayor que la masa total después de la Fusión. Es decir, que como resultado de este proceso de Fusión de dos núcleos, se ha perdido una cierta cantidad de masa, que inmediatamente se convertirá en una gran cantidad de energía.

Es muy importante resaltar estas dos observaciones:
Primera: si bien la energía obtenida en cada FISIÓN es ya muy grande, todavía es bastante mayor la energía obtenida en cada FUSIÓN.
Segunda: Para obtener energía nuclear por FUSIÓN, nos encontraremos con un obstáculo bastante grave: el Deuterio y el Tritio, para que se puedan fusionar, deben de aproximarse mucho y chocar, pero ambos tienen carga eléctrica positiva, por lo cual se repelen muy fuertemente. Para vencer esta intensa repulsión, hay que comenzar por aportarles una enorme cantidad de energía térmica. Una vez conseguido el inicio del proceso de FUSIÓN, la gran cantidad de energía que se va obteniendo, basta para automantener sucesivas FUSIONES.

Como veremos con detalle más adelante, las dos bombas que se arrojaron sobre las ciudades japonesas de Hiroshima y Nagasaki eran bombas nucleares por FISIÓN, y causaron una destrucción y una cantidad de muertes, difícilmente imaginables. Sin embargo, las bombas por FUSIÓN se activan por la explosión previa de una bomba de FISIÓN, y aunque parezca increíble, son aún miles de  veces más potentes. A la bomba de FUSIÓN se le suele llamar “BOMBA H”, porque el “combustible nuclear” es el  Hidrógeno, cuyo símbolo químico es H.
El proceso de FUSIÓN tiene una importancia decisiva en la evolución del Universo. Basta con considerar que la energía que emite el Sol y todas las demás estrellas se debe a la FUSIÓN nuclear que está teniendo lugar continuamente en su interior, donde se automantiene por la altísima temperatura que existe allí (es del orden de muchos millones de grados).


Autor :  Enrique Garralaga  Robres.

NOTA . ( El próximo domingo 23 de febrero, publicaremos, la segunda parte :  " La primera bomba atómica ".