Bombas nucleares de fisión y fusión: principios y materiales
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Resumen
El documento explica el funcionamiento de las bombas de fisión y de fusión (bomba H), comparando la energía que liberan frente a una reacción química. Describe los materiales fisionables como el uranio-235 y el plutonio-239, el proceso de enriquecimiento del uranio y el concepto de reacción nuclear en cadena.
Puntos clave
- La bomba de fisión se basa en la división de núcleos pesados como el uranio, que libera una energía millones de veces mayor que una reacción química.
- La bomba de fusión (bomba H) une núcleos de hidrógeno y necesita la temperatura producida por una bomba de fisión para detonar.
- El uranio natural contiene aproximadamente 0,7% de U-235 y 99,3% de U-238; el enriquecido para armas se concentra en U-235.
- Solo el U-235 existe en la naturaleza como núcleo fisionable.
- Una reacción en cadena se mantiene si al menos uno de los neutrones emitidos provoca una nueva fisión.
- Según el Tratado de No Proliferación, solo cinco potencias nucleares pueden fabricar estas armas.
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Bomba de Fisión
Una bomba de fisión se basa en la propiedad que tienen los núcleos de uranio, el átomo más pesado que se encuentra en la naturaleza. Al dividirse en dos fragmentos, un núcleo de uranio libera una energía cientos de millones de veces mayor que la liberada en una reacción química.
De este modo, un kilogramo de uranio podría liberar una energía equivalente a decenas de miles de toneladas (kilotones) de dinamita.
Bomba de Fusión
En una bomba de fusión, o de hidrógeno (el átomo más ligero que existe en la naturaleza), los núcleos de hidrógeno con una energía cinética adecuada se fusionan para liberar millones de veces más energía que en una reacción química.
Para detonar una bomba H se necesitan temperaturas extremadamente altas en el dispositivo, lo cual se logra mediante una bomba de fisión.
La también llamada bomba H libera aproximadamente miles de veces más energía que una bomba de fisión.
La tecnología está al alcance de la mayoría de los países modernos, muchos de los cuales han firmado el Tratado de No Proliferación de Armas Nucleares, según el cual se comprometen a no desarrollar esta tecnología. Solo las cinco potencias nucleares (China, Estados Unidos, Inglaterra, Francia y Rusia) pueden fabricarlas.
Materiales para Bombas Atómicas
Los materiales principales para la fabricación de bombas atómicas, específicamente bombas de fisión nuclear, son:
- Uranio-235 (U-235)
- Plutonio-239 (Pu-239)
El uranio existe de forma natural como óxidos de uranio, con una composición aproximada de 0,7% de U-235 y 99,3% de U-238.
Para fabricar una bomba atómica, es necesario centrifugar el uranio. Durante este proceso, el U-238, más pesado, se separa, dejando el U-235 más concentrado en el interior.
Cuando se enriquece el uranio a una concentración de aproximadamente 3% de U-235 y 97% de U-238, se le denomina combustible nuclear (más precisamente, combustible de fisión nuclear). Este material se conoce como uranio enriquecido.
Reacciones Nucleares
Cuando el Uranio-235 (U-235) es bombardeado con un neutrón lento (a menos de 3000 grados Kelvin), el átomo se fisiona, dividiéndose en dos. En este proceso, la masa inicial (m1) es mayor que la masa resultante (m2), lo que genera un incremento de masa negativo, conocido como defecto de masa.
En la naturaleza, solo el Uranio-235 existe como núcleo fisionable. "Fisionable" significa que es tecnológicamente posible inducir su fisión.
La famosa ecuación E = mc² describe la energía liberada durante la fisión nuclear.
Reacción en Cadena
Una reacción nuclear en cadena es una reacción nuclear autosostenida. Se produce cuando un neutrón provoca la fisión de un átomo fisionable, liberando varios neutrones que, a su vez, causan otras fisiones.
Esta reacción en cadena solo se produce si al menos uno de los neutrones emitidos en la fisión es capaz de provocar una nueva fisión.
Preguntas frecuentes
¿Qué materiales se usan para fabricar una bomba atómica de fisión?
Los materiales principales son el uranio-235 y el plutonio-239. El uranio natural debe enriquecerse hasta aproximadamente 3% de U-235 mediante centrifugado.
¿Por qué una bomba de fusión necesita una bomba de fisión?
Para detonar una bomba de hidrógeno se requieren temperaturas extremadamente altas, que se logran mediante una bomba de fisión.
¿Qué es una reacción nuclear en cadena?
Es una reacción autosostenida en la que la fisión de un átomo libera neutrones que causan nuevas fisiones.
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