The Core: Aumentando la potencia de una cabeza nuclear

¡Sí! Hoy volvemos a esa película, que podríamos casi denominar como favorita de este blog: The Core. Si recordáis el final de la peli, cuando están armando y colocando las 5 cabezas nucleares para «reactivar» el núcleo terrestre, los científicos se dan cuenta de que la última explosión debería ser mayor. Concretamente, habría que incrementar su energía en un 30%. Así que nuestro prota, ni corto ni perezoso, extrae las barras de plutonio del reactor nuclear que proporcionaba energía a la nave, las coloca al lado de la cabeza nuclear, y ya está. Sin embargo, eso no hubiera servido de nada.

Hace tiempo comenté a grandes rasgos cómo funciona una cabeza nuclear. Básicamente, se trata de que el material fisionable, supere lo que se denomina masa crítica, y provoque una reacción nuclear en cadena incontrolada, expulsando una inmensa cantidad de energía. Eso se consigue juntando o comprimiendo una determinada cantidad de material, y una detonación no hace que material fisionable cercano detone también (como podría ocurrir con algunos explosivos convencionales).

¿Y qué es exactamente eso de la mása crítica? Veréis, en los materiales utilizados (determinados isótopos de uranio o plutonio), ya se producen pequeñas reacciones nucleares de forma natural, que van transmutando el elemento original en otro. En ellas, un átomo del elemento en cuestión se divide (se fisiona), lanzando diversas partículas en el proceso. Esto hace que el material sea radiactivo. Entre estas partículas emitidas se pueden encontrar neutrones. Si un neutrón golpea otro átomo del elemento fisionable, induce a su vez otra fisión. Esto es lo que se conoce como reacción en cadena (cada suceso genera otro similar).

Imaginemos que por termino medio, sólo un neutrón de cada fisión consigue golpear otro átomo e inducir otra fisión, mientras que el resto de partículas simplemente alcanza el exterior del material. En este caso, el número de reacciones por unidad de tiempo se mantiene constante. Pero ¿y si por termino medio, más de un neutrón de cada fisión induce a su vez otra fisión? Parece evidente que el número de fisiones por unidad de tiempo se irá incrementando en forma de progresión geométrica. En este caso estamos ante una reacción en cadena incontrolada.

¿Cómo podemos aumentar el número de neutrones por átomo que producen otra fisión? Una forma es simplemente aumentando la cantidad de material. Si un neutrón tiene que recorrer más distancia hasta alcanzar el exterior, la probabilidad de colisionar con un átomo aumenta. Otra forma es comprimiendo el material, de forma que al estar los átomos más «apelotonados», aumentamos también la probabilidad de colisiones. Una tercera forma es recubriendo el material con algún otro material que refleje neutrones. Así, un neutrón que alcanza el exterior, es reflejado otra vez hacia el material fisionable, teniendo «otra oportunidad» para colisionar. Se llama masa crítica, a la cantidad de material fisionable necesaria para que se produzca una reacción en cadena. Como podéis deducir, este valor depende de la densidad, geometría y elementos exteriores que recubran el material.

En una cabeza nuclear, tenemos una determinada cantidad de material fisionable por debajo de su masa crítica. Al detonar la bomba, lo que se pretende es que el material supere su masa crítica, y se produzca una explosión nuclear. Para ello hay dos diseños básicos: Uno de ellos consiste en tener el material en dos trozos separados, cada uno de ellos por debajo de la masa crítica, pero que unidos la superan. En el momento de la detonación, simplemente hacemos que se junten (generalmente con una explosión convencional, que empuja uno hacia el otro). Otro diseño es tener el todo el material dispuesto en forma de esfera, por debajo de la masa crítica. El material está recubierto de explosivos cuidadosamente colocados, de forma que al explosionar todos a la vez compriman la esfera, y se supere la masa crítica. Este último diseño es preferible al anterior, dado que es más seguro. Fijáos que para detonar la bomba, todos los explosivos de la esfera tienen que detonar de forma síncrona. Si no, no hay detonación nuclear (aunque podemos tener una detonación normal de los explosivos, que esparza el material radiactivo por ahí).

Debido a cómo «detona» el material fisionable, y debido a la enorme cantidad de energía liberada, normalmente no todo el material fisionable reacciona, y parte de él es lanzado por la explosión. Este material estará obviamente por debajo de su masa crítica por lo que no explotará, siendo su único peligro su propia radiactividad. Si esto ocurre con parte del material presente en el núcleo de una cabeza nuclear, es bastante evidente que sucederá lo mismo con todo aquél que esté fuera de ésta. Es decir, si colocamos una barra de plutonio al lado de una cabeza nuclear, no incrementaremos la explosión, sino que simplemente estaremos añadiendo «metralla» radiactiva que se esparcirá con la explosión.