¿Por qué sigue siendo tan difícil fabricar armas nucleares?

Una reacción nuclear en el corazón de un arma nuclear puede generar una explosión equivalente a megatones de TNT. La primera prueba de armas nucleares, cuyo nombre en código era ‘Trinity‘, tuvo lugar en el desierto de Nuevo México a las 5:30 a.m. el 16 de julio de 1945. Esta prueba fue una prueba de concepto para la ciencia nuclear secreta que tuvo lugar en Los Álamos como parte del Proyecto Manhattan durante la Segunda Guerra Mundial y conduciría a que las bombas atómicas fueran arrojadas sobre Hiroshima y Nagasaki, Japón, solo unas semanas después.

Desde esas detonaciones, el desarrollo de armas nucleares se ha acelerado. Países de todo el mundo han construido sus propias reservas nucleares, incluyendo más de 5,000 ojivas nucleares en manos de los Estados Unidos. Sin embargo, a pesar de que los componentes básicos de esta tecnología ya no son secretos, el desarrollo de armas nucleares sigue siendo un desafío científico y de ingeniería. Pero, ¿por qué las armas nucleares siguen siendo tan difíciles de producir?

Desafíos en la producción de armas nucleares

Una gran parte de la dificultad proviene de la derivación de los elementos químicos utilizados dentro de estas armas para crear una explosión, dijo Hans Kristensen, director del Proyecto de Información Nuclear en la Federación de Científicos Americanos.

‘Esa idea básica de una explosión nuclear es que los materiales nucleares [fisionables] son estimulados para liberar su enorme energía’, dijo. ‘Producir material fisionable de suficiente pureza y suficiente cantidad es un desafío [y] esta producción requiere una considerable capacidad industrial’.

La enorme liberación de energía se llama reacción de fisión nuclear. Cuando ocurre esta reacción, comienza una reacción en cadena donde los átomos se dividen para liberar energía. Este es el mismo tipo de reacción que hace posible la energía nuclear.

Enriquecimiento de uranio y plutonio

El material fisionable dentro de una bomba nuclear es principalmente isótopos de uranio y plutonio, que son elementos radiactivos, explicó Matthew Zerphy, profesor de práctica en ingeniería nuclear en Penn State. El uranio natural consta de diferentes isótopos, incluyendo una gran cantidad de uranio-238 (U-238) y una cantidad menor de uranio-235 (U-235), que es más fácilmente fisionable. Para acceder a este isótopo más fisionable, el mineral de uranio se extrae y luego pasa por varios procesos de ‘enriquecimiento‘ en los que la concentración de U-235 aumenta para que pueda ser utilizado para armas nucleares.

‘Una forma de enriquecer el uranio es convertirlo en un gas y hacerlo girar muy rápidamente en centrifugadoras’, dijo Zerphy. ‘Debido a la diferencia de masa entre U-235 y U-238, los isótopos se separan, y se puede separar el U-235’.

Para el uranio de calidad armamentística, esta separación continúa hasta concentraciones de más del 90% de U-235, dijo Zerphy. La parte más desafiante de este proceso, que puede llevar de semanas a meses, es la transformación química del elemento en sí, que requiere energía intensiva y equipo especializado. Un peligro químico durante este proceso es la posible liberación de hexafluoruro de uranio (UF₆), una sustancia altamente tóxica que, si se inhala, puede dañar los riñones, el hígado, los pulmones, el cerebro, la piel y los ojos.

El proceso para producir plutonio de calidad armamentística es aún más complicado, dijo, porque este elemento no ocurre naturalmente como el uranio. En cambio, el plutonio es un subproducto de los reactores nucleares que utilizan combustible de uranio, lo que significa que para producir plutonio, los científicos necesitan manejar combustible nuclear gastado radiactivo y procesar el material a través de un procesamiento químico ‘intenso’. El procesamiento de este material también puede representar un riesgo de seguridad si se recolecta accidentalmente una masa crítica, dijo Zerphy, que es la cantidad más pequeña de material fisionable necesaria para mantener una reacción de fisión autosostenida.

‘Serías muy cuidadoso de no permitir que eso suceda mientras estás en el proceso de fabricar estos componentes para asegurarte de que las cosas no se junten inadvertidamente y entren en algún tipo de criticidad’, dijo, lo que podría llevar a una explosión accidental.

Controlando la reacción nuclear

Aunque los principios científicos de juntar estos componentes se entienden bien, crear y controlar esta reacción en una fracción de segundo aún puede ser difícil.

‘Las armas están diseñadas de tal manera que cuando se detonan, se crea muy rápidamente una masa ‘supercrítica’ de material fisionable … en un espacio muy pequeño’, dijo Zerphy. ‘Esto causa un aumento exponencial en el número de fisiones que se extienden por todo el material casi instantáneamente’.

Esta rápida propagación de la fisión atómica es una gran parte de lo que hace que una reacción nuclear sea tan destructiva, dijo. En el caso de las armas termonucleares, que se desarrollaron después de la Segunda Guerra Mundial y utilizan una combinación de fisión y fusión nuclear para crear una explosión aún más fuerte, una reacción de fisión estándar tiene que provocar una reacción de fusión secundaria y más fuerte. Esta reacción de fusión es el mismo tipo de energía que se encuentra en el centro del sol.

Pruebas de armas nucleares

Una vez que se crean estas armas, los científicos e ingenieros deben asegurarse de que las armas funcionarán según sea necesario, en caso de que alguna vez se utilicen. Cuando se desarrollaron por primera vez las armas nucleares, los científicos probaban las armas en sitios de prueba (que devastaron el medio ambiente de las áreas ‘desiertas’ donde se probaban, así como a las personas y animales que vivían cerca). En contraste, las pruebas de armas modernas se basan en modelos informáticos. Esto es parte del trabajo realizado por la Administración Nacional de Seguridad Nuclear (NNSA).

‘NNSA… desarrolla herramientas para calificar componentes de armas y certificar armas, asegurando su capacidad de supervivencia y eficacia en varios escenarios’, dijo un portavoz de NNSA. ‘Esto implica simulaciones avanzadas utilizando sistemas de supercomputación, ciencia de los materiales e ingeniería de precisión para garantizar que las armas funcionen según lo previsto’.

Conclusión

En última instancia, la complejidad y los desafíos de construir estas armas pueden explicar por qué existen tan pocas superpotencias nucleares en el mundo hoy en día.

Puntos clave sobre la dificultad de fabricar armas nucleares

• Obtención de materiales fisionables: Producir uranio y plutonio de calidad armamentística requiere procesos complejos y costosos de enriquecimiento.
• Tecnología avanzada: Se necesita tecnología especializada, como centrifugadoras de alta velocidad y reactores nucleares, para producir estos materiales.
• Riesgos de seguridad: El manejo de materiales radiactivos y el control de reacciones nucleares presentan riesgos significativos para la salud y la seguridad.
• Ingeniería de precisión: La creación de un arma nuclear requiere una ingeniería precisa para garantizar que la reacción en cadena se inicie y se controle correctamente.
• Pruebas y simulación: Las pruebas de armas nucleares son costosas y controvertidas, por lo que se utilizan simulaciones por computadora para verificar su funcionamiento.

Implicaciones geopolíticas

• Proliferación nuclear: La dificultad para fabricar armas nucleares actúa como una barrera contra la proliferación nuclear, limitando el número de países que pueden desarrollar estas armas.
• Control de armas: Los esfuerzos internacionales para controlar la proliferación nuclear se centran en limitar el acceso a los materiales y la tecnología necesarios para fabricar armas nucleares.
• Disuasión nuclear: La posesión de armas nucleares por parte de algunas naciones crea una disuasión nuclear, lo que puede ayudar a prevenir conflictos a gran escala entre estas naciones.