Explosiones Termonucleares

Debido a las altas temperaturas requeridas para iniciar una reacción de fusión nuclear, tales dispositivos se llaman a menudo, dispositivos termonucleares. Una explosión termonuclear sólo se pueden crear mediante la producción de la temperatura requerida, alrededor de cien millones de grados Kelvin, y forzando la unión del material tan rápidamente, que llegue a fundirse. Esto se hace típicamente con los isótopos del hidrógeno, el deuterio y el tritio. Esto condujo a describir la bomba de fusión de deuterio-tritio, como "bomba de hidrógeno".

Para obtener las dos partes del combustible, los comprimidos se hicieron de hidruro de litio, LiD, compuesto que lleva incorporado el isótopo deuterio D. La única manera que se encontró para producir la temperatura de ignición, fué hacer estallar una bomba de fisión, de forma que calentara y comprimiera el hidruro de litio. En el proceso, el litio se bombardeó con neutrones, reproduciendo el tritio. A continuación, ya podía tener lugar la reacción de fusión deuterio-tritio.

Bomba de Hidrógeno

Debido a que los artefactos explosivos termonucleares utilizan isótopos de hidrógeno, (fusión de deuterio-tritio), las bombas resultantes a menudo fueron llamadas "bombas de hidrógeno". La primera bomba de hidrógeno fue detonada el 1 de noviembre de 1952, en la pequeña isla Eniwetok de las Islas Marshall. Su rendimiento fué de varios megatones de TNT. La Unión Soviética detonó una bomba de fusión en el rango de megatón, en agosto de 1953. Los EE.UU. hizo explotar una bomba de fusión de 15 megatones, el 1 de marzo de 1954. Tuvo una bola de fuego de 4,8 kilometros de diámetro y creó una gigantesca nube característica en forma de hongo. El análisis de la precipitación radiactiva de esta bomba, reveló que era un arma de fisión-fusión-fisión, una "bomba de hidrógeno" con una cubierta externa de uranio natural, para aumentar el rendimiento.

Bomba de Uranio

Usando la liberación de energía a partir de la fisión nuclear del uranio-235, se puede hacer un dispositivo explosivo, posicionando simplemente dos masas de U-235, de modo que puedan ser forzadas a unirse con la suficiente rapidez para formar una masa crítica, y una rápida reacción en cadena de fisión e incontrolada. Esto no quiere decir que sea una tarea fácil de lograr. En primer lugar, debe obtenerse suficiente uranio altamente enriquecido, a más del 90% de U-235, mientras que el uranio natural tiene sólo el 0,7% de U-235. Este enriquecimiento es una tarea extremadamente difícil, lo que ha ayudado a controlar la proliferación de las armas nucleares. Una vez que se obtiene la masa requerida, debe mantenerse en dos o más piezas hasta el momento de la detonación. A continuación, las piezas deben ser forzadas a unirse de manera rápida, y en una geometría tal que el tiempo de generación de fisión sea extremadamente corto. Esto conduce a una acumulación casi instantánea de la reacción en cadena, creando una potente explosión antes de que las piezas pueden salir volando. Dos hemisferios que sean forzados a contactar explosivamente, pueden producir una bomba como la que se detonó en Hiroshima.

Bomba de Plutonio

El plutonio-239 es un isótopo fisible, y se puede utilizar para hacer una bomba de fisión nuclear similar a la producida con el uranio-235. La bomba que fue lanzada en Nagasaki fué una bomba de plutonio. No existe suficiente Pu-239 en la naturaleza, para constituirse en una fuente importante de armas nucleares, pero es fácil de producir en los reactores reproductores. En los EE.UU., hay reactores en Savannah River Plant, Carolina del Sur, y en Hanford, Washington, que se clasifican como reactores de producción de plutonio. Reproducen el plutonio, rodeando un reactor de fisión con una "manta" de uranio-238, para hacer uso de la reacción de reproducción entre los neutrones y el 238-U. Una vez que se produce el plutonio, se separa fácilmente de los otros productos de fisión por medios químicos, de modo que si ya se tiene un reactor reproductor, se necesita menos tecnología para producir un arma nuclear. Esto hace del plutonio una mayor fuente de preocupación en la proliferación de armas, porque los reactores que parecen ser solo generadores de energía eléctrica, puede estar reproduciendo plutonio para armas nucleares, junto con la producción de energía.

El tipo de bomba que fue lanzada sobre Nagasaki el 9 de agosto de 1945, había sido probado en Alamogordo, Nuevo México, el 16 de julio. Se desarrolló a partir del Proyecto Manhattan, después que Fermi demostró en 1942, que era posible una reacción nuclear en cadena sostenida.

Hiroshima

El 6 de agosto de 1945, una bomba de fisión de uranio fué detonada sobre la ciudad japonesa de Hiroshima. La bomba, llamada "Little Boy" era un dispositivo "tipo pistola" que utilizaba una carga explosiva, para obligar a juntarse dos masas sub-críticas de U-235. Tenía 28 pulgadas de diámetro y 120 pulgadas de largo, un paquete relativamente pequeño, para proporcionar una fuerza explosiva de unas 20.000 toneladas de TNT, mediante la conversión de alrededor de 1 gramo de materia en energía. Esto se podría lograr con una esfera de U-235 del tamaño de una pelota de béisbol. Este tipo de dispositivo nunca había sido probado, en contraste con la bomba de plutonio que fue lanzada sobre Nagasaki tres días después. Desde entonces, no se ha sido utilizado ningún dispositivo como éste, haciendo muy difícil las estimaciones de exposición a la radiación en Hiroshima. Las bajas incluyen tanto las víctimas de explosiones directas, como las que murieron a causa del cancer inducido por radiación en los años siguientes.

La bomba fué accionada para explotar a una altura de 550 metros (1800 pies), una altura calculada para causar la mas amplia área de daño.

En la detonación de la bomba de fisión de uranio sobre Hiroshima, cerca de 130.000 personas resultaron muertas, heridas o desaparecidas. Otras 177.000, quedaron sin hogar.

Nagasaki

El 9 de agosto 1945 una bomba de fisión de plutonio fue detonada sobre la ciudad japonesa de Nagasaki, tres días después de que una bomba de fisión de uranio fuera lanzada sobre Hiroshima. La bomba, llamada "Fat Man", tenía 128 pulgadas de largo y un diámetro de 60,5 pulgadas. Se utilizó implosión para comprimir el conjunto de plutonio sub-crítico. Este tipo de dispositivo se había probado menos de un mes antes del lanzamiento, y fue objeto de varias pruebas en otras armas, después de la Segunda Guerra Mundial. El rendimiento explosivo fué cerca de 20.000 toneladas de TNT, generados en alrededor de un microsegundo.

La bomba se accionó para explotar a una altura de 550 metros (1800 pies), una altura calculada para causar la mayor área de daño.

Cesio-137

Un subproducto inevitable en la fisión nuclear es la producción de productos de fisión que son altamente radioactivos. El Cesio-137 y el estroncio-90 son los isótopos radiactivos más peligrosos para el medio ambiente en términos de sus efectos a largo plazo. Sus semi vidas intermedias de unos 30 años, sugieren que no son sólo altamente radioactivos, sino que tienen una semi vida larga, como para existir durante cientos de años. El yodo-131 puede dar una dosis inicial más alta, pero su corta semi vida de 8 días, asegura que pronto se habrá ido. Además de su persistencia y elevada actividad, el cesio-137 tiene la propiedad más peligrosa para los organismo vivos, de ser confundido con el potasio, y ser tomado como parte de los fluidos electrolitos. Esto significa que se transmite en la cadena alimentaria y por ese proceso se reconcentra del entorno.

La desintegración del Cesio-137, tiene una semi vida de 30,07 años, y procede de ambos el decaimiento beta, y la emisión gamma desde un estado intermedio. Tanto las emisiones de radiación electrónica, como gamma, son altamente radiaciones ionizantes. La radiación gamma es muy penetrante, y la radiación beta, aunque de muy corto alcance, es muy peligrosa cuando se ingiere, ya que deposita toda la energía en el tejido, sobre una distancia muy corta.

El peligro del cesio como riesgo ambiental, causando daños al ser ingerido, se agrava por su imitación de las propiedades químicas del potasio. Es decir; el cesio es un contaminante que se ingiere, por imitación del potasio que todos los seres vivos necesitan

Estroncio-90

Un subproducto inevitable de la fisión nuclear, es la elaboración de productos de fisión que son altamente radioactivos. El estroncio-90 y el cesio-137, son los radioisótopos que deben estar mejor guardados contra la liberación en el medio ambiente. Ambos tienen semi vidas intermedias de alrededor de 30 años, que es el peor rango de semi vidas de los contaminantes radiactivos. Esto asegura que no son solamente radiactivos, sino que tienen una semi vida larga, como para existir durante cientos de años. El estroncio-90 imita las propiedades del calcio y es absorbido por los organismos vivos, siendo parte integrante de sus electrolitos, así como también se deposita en los huesos. Como parte de los huesos, no se excreta posteriormente como lo haría el cesio-137. Tiene potencial para causar cáncer o dañar las células de la médula ósea que se reproducen rápidamente.

El estroncio-90 no es tan probable como el cesio-137, de ser lanzado como parte de un accidente de un reactor nuclear, porque es mucho menos volátil, pero es probablemente el componente más peligroso de la precipitación radiactiva de un arma nuclear.

El estroncio-90 sufre decaimiento beta, emitiendo electrones con energías de 0,546 MeV con una semi vida de 28,8 años. El producto de la desintegración es el itrio-90.

Yodo-131

Un subproducto inevitable de la fisión nuclear, es la elaboración de productos de fisión que son altamente radioactivos. El yodo-131, es una preocupación importante en cualquier tipo de emisión de radiación por un accidente nuclear, debido a que es volátil y porque es altamente radiactivo, teniendo una semi vida de 8 días. Es de mayor preocupación en el cuerpo humano, porque el yodo es rápidamente arrastrado por el tiroides, en donde se concentra la ingesta total. El tiroides tiene la absorción máxima de yodo, sin embargo, la liberación de éste, puede ser proporcionada por la toma de comprimidos de yoduro de potasio, que proporciona al tiróides la capacidad de excretar el yodo radiactivo.