Bomba de uranio bomba de neutrones

En este caso, a una masa de uranio llamada subcrítica se le añade una cantidad del mismo elemento químico para conseguir una masa crítica que comienza a fisionar por sí misma. Al mismo tiempo se le añaden otros elementos que potencian (le dan más fuerza) la creación de neutrones libres que aceleran la reacción en cadena, provocando la destrucción de un área determinada por la onda de choque desencadenada por la liberación de neutrones.

Bomba de plutonio

Bomba nuclear de plutonio Fat Man ("Hombre Gordo") similar a la utilizada en la II Guerra Mundial.
Para el arma de plutonio, de tipo implosivo y de diseño más complicado, se rodea la masa fisionable de explosivos convencionales especialmente diseñados para comprimir el plutonio, de forma que una esfera de plutonio del tamaño de una pelota de tenis se reduce casi instantáneamente hasta un volumen de 2 a 4, ó incluso 5, veces menor, aumentando en la misma proporción la densidad del material. En general, sin embargo, se utilizan esferas huecas de diámetro algo mayor. La masa de material fisionable comprimida, que inicialmente no era crítica, sí lo es en las nuevas condiciones de densidad y geometría, iniciándose una reacción en cadena de fisión nuclear descontrolada ante la presencia de neutrones, que acaba provocando una violenta explosión y la destrucción total dentro de un perímetro limitado. La bomba lanzada en la Segunda Guerra Mundial sobre Nagasaki (Fat Man) era de plutonio.

Bombas de fusión nuclear
En cambio, las bombas de fusión consisten en la fusión de núcleos ligeros (isótopos del hidrógeno) en núcleos más pesados.
La bomba de hidrógeno (bomba H), bomba termica de fusión o bomba termonuclear se basa en la obtención de la energía desprendida al fusionarse dos núcleos atómicos, en lugar de la fisión de los mismos.
La energía se desprende al fusionarse los núcleos de deuterio (H²1) y de tritio (H³1), dos isótopos del hidrógeno, para dar un núcleo de helio. La reacción en cadena se propaga por los neutrones de alta energía desprendidos en la reacción.
Para iniciar este tipo de reacción en cadena es necesario un gran aporte de energía, por lo que todas las bombas de fusión contienen un elemento llamado iniciador o primario, que no es sino una bomba de fisión. A los elementos que componen la parte fusionable (deuterio, tritio, etc) se le conoce como secundario.
La primera bomba de este tipo se hizo estallar en Eniwetok (atolón de las Islas Marshall) el 1 de noviembre de 1952 con marcados efectos en el ecosistema de la región. La temperatura alcanzada en el «Punto Cero» (lugar de la explosión) fue de más de 15 millones de grados, tan caliente como el núcleo del Sol, por unos cuantos segundos. Literalmente vaporizó dicha isla.


La materia está compuesta de unidades llamadas átomos que tienen en su centro un núcleo capaz de liberar, bajo ciertas condiciones, una cierta cantidad de energía. La energía que cada núcleo puede liberar es pequeñísima comparada con las energías que conocemos en nuestra vida diaria. Por ejemplo, cada núcleo de uranio dentro de la bomba lanzada contra Hiroshima emitió una cantidad de energía equivalente a la que un aparato de radio de transistores necesita para funcionar durante una cien millonésima de segundo. Dicho de otra forma, se necesitarían unos cien millones de núcleos de uranio emitiendo energía ordenadamente para que nuestro receptor —suponiendo que la pudiera aprovechar en un 100%— funcione durante un segundo. Pero si la energía que cada núcleo puede liberar es tan poca, ¿cómo resulta una bomba tan poderosa? Esto se debe a que los átomos son unidades tan pequeñas que hay muchísimos en cada gramo de materia. Por ejemplo, un gramo de uranio tiene tantos átomos que el número de ellos requiere escribir un 3 seguido por 21 ceros. Recordando el ejemplo del radio de transistores, ahora podemos calcular cuánto tiempo funcionaría nuestro aparato si un gramo de uranio liberara su energía. El resultado es... 1 000 000 de años.
La energía almacenada en los núcleos de los átomos se llama energía nuclear. El ejemplo del aparato de radio nos enseña que si la energía es extraída lenta y controladamente de los núcleos, resulta ser muy útil. Éste es el principio de operación de un reactor nuclear. Sin embargo, hay otro modo de liberar la energía de los núcleos, y esto es hacerlo de manera rápida y violenta. Regresando al ejemplo, en vez de usar la energía nuclear durante mucho tiempo, podríamos lograr que todos los núcleos de un gramo de uranio liberaran su parte al mismo tiempo. La energía sería tanta que el proceso será una explosión tan potente como la de 17 mil kilogramos de TNT. Esto se consideraría como una explosión nuclear relativamente débil. La bomba detonada sobre Hiroshima fue unas mil veces más potente, ya que liberó tanta energía como la explosión de 13 mil toneladas de TNT.
La energía que cada núcleo de uranio libera cuando explota una bomba proviene de su rompimiento (fisión) en núcleos más livianos. Por este motivo, a las bombas nucleares que utilizan como material combustible núcleos de elementos pesados se las llama bombas de fisión (también se las conoce como bombas atómicas o bombas A). Cada vez que un núcleo de uranio se fisiona se forman dos fragmentos de aproximadamente la mitad de la masa original, más dos o tres partículas livianas llamadas neutrones. Los neutrones, junto a los protones, son los constituyentes habituales de todos los núcleos. El uranio tiene 92 protones y 143 neutrones. Durante cada fisión algunos de los neutrones quedan libres y el resto, junto a todos los protones, pasan a formar el par de fragmentos. Este proceso de fisión ocurre de modo espontáneo, pero muy lentamente. Para poderlo aprovechar, ya sea en reactores o en bombas, hay que "ayudar" al uranio a romperse. Esto se consigue lanzando algunos neutrones, ya que al chocar con los núcleos de uranio los rompen y comienza la liberación de energía.

FISION

fisión es una reacción nuclear, lo que significa que tiene lugar en el núcleo del átomo. La fisión ocurre cuando un núcleo se divide en dos o más núcleos pequeños, más algunos subproductos. Estos subproductos incluyen neutrones libres, fotones (generalmente rayos gamma) y otros fragmentos del núcleo como partículas alfa (núcleos de helio) y beta (electrones y positrones de alta energía).
La fisión de núcleos pesados es un proceso exotérmico lo que supone que se liberan cantidades sustanciales de energía. El proceso genera mucha más energía que la liberada en las reacciones químicas; la energía se emite, tanto en forma de radiación gamma como de energía cinética de los fragmentos de la fusión, que calentarán a la materia que se encuentre alrededor del espacio donde se produzca la fisión.
La fisión se puede inducir por varios métodos, incluyendo el bombardeo del núcleo de un átomo fisionable con otra partícula de la energía correcta; la otra partícula es generalmente un neutrón libre. Este neutrón libre es absorbido por el núcleo, haciéndole inestable (como una pirámide de naranjas en el supermercado llega a ser inestable si alguien lanza otra naranja en ella a la velocidad correcta). El núcleo inestable entonces se partirá en dos o más pedazos: los productos de la fisión que incluyen dos núcleos más pequeños, hasta siete neutrones libres (con una media de dos y medio por reacción), y algunos fotones.
Los núcleos atómicos lanzados como productos de la fisión pueden ser varios elementos químicos. Los elementos que se producen son resultado del azar, pero estadísticamente el resultado más probable es encontrar núcleos con la mitad de protones y neutrones del átomo fisionado original.
Los productos de la fisión son generalmente altamente radiactivos: no son isótopos estables; estos isótopos entonces decaen, mediante cadenas de desintegración.

FUSION

Reactor Nuclear

fusión nuclear es el proceso mediante el cual dos núcleos atómicos se unen para formar uno de mayor peso atómico. No debe confundirse con el accidente de las centrales nucleares denominado "fusión del núcleo", que hace referencia a que la parte más "interna" (núcleo) del reactor nuclear se funde (se derrite) como resultado del cese de su adecuado control y refrigeración.
El nuevo núcleo tiene una masa inferior a la suma de las masas de los dos núcleos que se han fusionado para formarlo. Esta diferencia de masa es liberada en forma de energía. La energía que se libera varía en función de los núcleos que se unen y del producto de la reacción.

Las necesidades mínimas para producir la fusión se llaman Criterios de Lawson, y son criterios de densidad iónica y tiempo mínimo de confinamiento necesario.
La reacción de fusión más sencilla (esto es, la que requiere menos energía) es la del deuterio y el tritio formando helio.
La fusión nuclear es el proceso que se produce en las estrellas y que hace que brillen. También es uno de los procesos de la bomba de hidrógeno. Al contrario que la fisión nuclear, no se ha logrado utilizar la fusión nuclear como medio rentable (o sea, la energía aplicada al proceso es mayor que la obtenida por la fusión) de obtener energía, aunque hay numerosas investigaciones en esa dirección.

Se llama energía nuclear a aquella que se obtiene al aprovechar las reacciones nucleares espontáneas o provocadas por el hombre. Estas reacciones se dan en algunos isótopos de ciertos elementos químicos, siendo el más conocido de este tipo de energía la fisión del uranio-235 (235U), con la que funcionan los reactores nucleares. Sin embargo, para producir este tipo de energía aprovechando reacciones nucleares pueden ser utilizados muchos otros isótopos de varios elementos químicos, como el torio, el plutonio, el estroncio o el polonio.
Los dos sistemas con los que puede obtenerse energía nuclear de forma masiva son la fisión nuclear y la fusión nuclear. La energía nuclear puede transformarse de forma descontrolada, dando lugar al armamento nuclear; o controlada en reactores nucleares en los que se produce energía eléctrica, energía mecánica o energía térmica. La energía que se libera varía en función de los núcleos que se unen y del producto de la reacción. Pero también ocurre otro proceso: existen fuerzas nucleares atractivas que son extremadamente intensas a distancias muy pequeñas. Esto hace que la fusión solo pueda darse en condiciones de temperatura y presión muy elevadas que permitan compensar la fuerza de repulsión. La temperatura elevada hace que aumente la agitación térmica de los núcleos y esto los puede llevar a fusionarse, debido al efecto túnel. Para que esto ocurra son necesarias temperaturas del orden de millones de kelvins. El mismo efecto se puede producir si la presión sobre los núcleos es muy grande, obligándolos a estar muy próximos.
Las necesidades mínimas para producir la fusión se llaman Criterios de Lawson, y son criterios de densidad iónica y tiempo mínimo de confinamiento necesario.
La reacción de fusión más sencilla (esto es, la que requiere menos energía) es la del deuterio y el tritio formando helio.
La fusión nuclear es el proceso que se produce en las estrellas y que hace que brillen. También es uno de los procesos de la bomba de hidrógeno. Al contrario que la fisión nuclear, no se ha logrado utilizar la fusión nuclear como medio rentable (o sea, la energía aplicada al proceso es mayor que la obtenida por la fusión) de obtener energía, aunque hay numerosas investigaciones en esa dirección.

Los criterios de Lawson fueron enunciados y establecidos por John Lawson en 1957. Pretenden determinar las condiciones necesarias para realizar la producción de energía por fusión de elementos ligeros (Deuterio y tritio), de manera que el sistema sea rentable desde el punto de vista energético.

Lawson establece una relación entre la temperatura del sistema, su densidad y el tiempo de confinamiento necesario. Por ejemplo, y para la reacción deuterio-tritio.

Si la reacción en cuestión es la deuterio-deuterio, las condiciones se hacen más extremas en unos dos órdenes de magnitud, por su menor probabilidad.

Desarrollo de la fusión nuclear
Hasta el momento, la fusión nuclear controlada es utilizada sólo en la investigación de futuros reactores de fusión, aunque aún no se han logrado reacciones de fusión que sirvan para generar energía de forma útil, algo que se espera lograr con la construcción del ITER en Francia.

Física nuclear
La física nuclear es una rama de la física que estudia las propiedades y el comportamiento de los núcleos atómicos. La física nuclear es conocida mayoritariamente por la sociedad en su papel en la energía nuclear en centrales nucleares y en el desarrollo de armas nucleares, tanto de fisión como de fusión nuclear. En un contexto más amplio, se define la física nuclear y física de partículas como la rama de la física que estudia la estructura fundamental de la materia y las interacciones entre las partículas subatómicas.

Reacción en cadena

Moderadores

Sólo juntar mucho uranio en un sólo lugar no es suficiente como para comenzar una reacción en cadena. Los neutrones son emitidos por un núcleo en fisión a una velocidad muy elevada. Esto significa que los neutrones escaparán del núcleo antes de que tengan una oportunidad de golpear cualquier otro núcleo (debido a un efecto relativista).
Un neutrón de movimiento lento se llama neutrón térmico, y solamente esta velocidad del neutrón puede inducir una reacción de fisión. Así pues, tenemos cuatro velocidades de neutrones:
Un neutrón (no-térmico) rápidamente se escapará del material sin la interacción;
Un neutrón de velocidad mediana será capturado por el núcleo y cambiará el material en un isótopo (pero no induciría la fisión).
Un neutrón de movimiento lento (térmico) inducirá a un núcleo a que experimente la fisión.
Un neutrón móvil realmente lento será capturado o escapará, pero no causará fisión.