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!Armas nucleares de fusión! Parte  1



Armas nucleares de fusión


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*Imagen de cabecera: Bomba Mk-14, primera bomba de fusión estandar del arsenal estadounidense

La limitación de las armas nucleares de fisión

Tras el desarrollo de las primeras armas nucleares basadas en la fisión, en 1945 por parte de Estados Unidos, se comenzó a buscar un incremento en la potencia destructiva de estos artefactos. No obstante ya se había alcanzado el diseño más eficiente, el ensamblaje de implosión y esto se había hecho en el primer dispositivo detonado, Gadget (Detonación Trinity). En sus primeras versiones, su eficiencia rondaba entre el 16 y 17 % de material fisible fisionado antes de que el resto se dispersase por la explosión. Con las mejoras posteriores como el incremento del número de lentes explosivas, métodos de detonación de éstas o núcleos levitados se lograron eficiencias en torno al 20%.

Una vez alcanzada la máxima eficiencia, solo quedaba aumentar la cantidad de material fisible, pero ésta tenía un límite. A partir de cierta cantidad de material fisible, se alcanza la masa crítica, es decir se inicia la reacción en cadena de forma espontánea. Por otro lado, sin llegar a este límite usando masas por debajo de la crítica pero cercanas, la eficiencia se veía reducida al provocarse una predetonación durante la fase de compresión del núcleo. La mayor detonación conocida de un arma de fisión fue la estadounidense Ivy King (Operación Ivy, detonación King. El nombre se eligió por la K de Kilotón) el 15 de noviembre de 1952 con una potencia de 500 Kt (Kilotones, 1 Kt = Equivalencia explosiva de1.000 toneladas de TNT). Para lograr semejante potencia se recurrió a un núcleo de 60 kilogramos de Uranio altamente enriquecido. Esta cantidad superaba la masa crítica, por lo que se incluyeron muchas medidas de seguridad, como la introducción de aluminio y boro en el núcleo para absorber el gran número de neutrones susceptibles de iniciar la reacción en cadena. Estos elementos fueron retirados justo antes del lanzamiento desde un bombardero B-36H. Por otra parte, también se recurrió a algunos sistemas para optimizar el rendimiento, como el uso de un total de 92 lentes explosivas, el límite práctico.

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Ivy King, la mayor detonación de fisión pura

A pesar de esta limitación se siguieron construyendo armas nucleares de fisión para propósitos especiales o simplemente donde no se requiriesen grandes potencias.


La fusión nuclear

Como ya hemos comentado, el principal problema de las armas de fisión es que, partiendo de la cantidad de neutrones liberados por la reacción en cadena, el material que se fisiona es de tan solo el 20% antes de que se disperse por la explosión y la reacción en cadena se detenga (Deja de ser una masa supercrítica). Una forma de paliar este efecto de forma parcial es aumentando la cantidad de neutrones emitidos en el inicio de la explosión.

Las armas de fisión se basan en una reacción en cadena de la división de núcleos atómicos pesados (gran número de neutrotes y protones). Cada división, además de dar lugar a dos nuevos núcleos atómicos, genera neutrones libres que impactarán y dividirán otros núcleos pesados y produce radiaciones altamente energéticas responsables de la explosión. Iniciar esta reacción en cadena no era complicado como vimos en el anterior artículo. Pero además de la reacción de fisión, existe otra capaz de liberar grandes cantidades de energía, la reacción de fusión.

La fusión nuclear se basa en la unión de dos núcleos ligeros para formar uno más pesado. La reacción más básica y con la cual se comenzó a experimentar para estas armas es la siguiente;

D + T => He-4 + n + Energía

Donde

D = Núcleo de deuterio
T = Núcleo de tritio
He-4 = Núcleo de Helio-4
n = Neutrón

Diagrama de la reacción


etc

Tanto el deuterio como el tritio son isótopos del hidrógeno. En el primero, el núcleo consta de un protón y un neutrón, mientras que en el segundo consta de un protón y dos neutrones. El deuterio se encuentra en la naturaleza en pequeñas cantidades (Un átomo de deuterio por cada 6.500 de hidrógeno) y puede ser aislado para su posterior uso mediante multitud de procesos. Como ya se comentó, los isótopos mantienen las propiedades químicas de sus “hermanos”, por lo que por ejemplo, se combina con oxígeno para dar lugar a D2O, más comúnmente conocida como agua pesada. Esto es por que al contener una partícula más en su núcleo, los compuestos resultantes pesan más que los que contienen hidrógeno en lugar de deuterio.

Por su parte, el tritio se encuentra en trazas minúsculas en la naturaleza y es necesario producirlo de forma artificial por transmutación de otros elementos. La forma más habitual es bombardeando núcleos de Litio 6 con neutrones, lo que genera un núcleo de tritio y uno de helio-4 en cada colisión. Este proceso es muy complicado, por lo que el tritio es un material extremadamente caro. Por otro lado también es efímero ya que su vida media (El tiempo transcurrido hasta que la mitad de sus núcleos se hayan desintegrado) es de 12,355 años.

Si una mezcla de deuterio y tritio se somete a las presiones y temperaturas de una reacción nuclear de fisión, los núcleos de éstos de fusionarán dando lugar a la reacción anteriormente descrita y liberando una enorme energía (17.588 MeV cada fusión).

Esta reacción podía dar lugar a una nueva generación de bombas extremadamente potentes, pero aún era pronto para desarrollarlas a escala completa y se comenzó aplicándola a la mejora del rendimiento en las armas de fisión.

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George tras 20 milisegundos de la detonación

Fue con la detonación George (Operación Greenhouse) cuando Estados unidos comenzó a experimentar con esta nueva reacción nuclear. Para lograr las condiciones necesarias para que se iniciase la fusión nuclear se diseñó una bomba de fisión algo tosca pero efectiva para el fin que se la requería, lograr grandes presiones y temperaturas en un punto determinado. El dispositivo consistía en un disco grueso de 2,6 metros de diámetro y 0,65 metros, forma que le valió el apodo de “El cilindro”. En su centro se encontraba una cavidad en la que se introducía una esfera que contenía la mezcla de deuterio y tritio. Rodeándola se encontraba el núcleo de uranio enriquecido y el sistema de implosión, destinado a concentrar toda su energía sobre la cavidad. El 8 de mayo de 1951, la explosión de George desarrolló 225 Kt, siendo la aportación de la fusión mínima, pero quedó patente de que tal reacción podía tener lugar de forma artificial.



Cabe señalar que en el centro de las reacciones de fusión a gran escala en las armas nucleares se dan temperaturas del orden de 300 millones de grados centígrados, que contrastan con las que se dan en el centro del sol, en torno a 15 millones de grados. Es por esto que estas armas también reciben el nombre de armas termonucleares (Asimismo también son llamadas Bombas H ya que utilizan isótopos del Hidrógeno). Y es que la temperatura juega un papel crucial en estas reacciones. Mientras que las reacciones de fisión se auto-sostienen mediante la emisión de neutrones en cada división (reacción en cadena), en las de fusión se requiere de altas temperaturas y presiones para que se fusionen los núcleos. Una vez iniciada la reacción, la energía liberada por la misma es suficiente para que se mantenga y de lugar a la fusión del resto del material.

Armas nucleares de fisión intensificada (boosting)

Las armas nucleares de fisión intensificada consisten en un arma de fisión común en cuyo núcleo se ha colocado una pequeña cápsula con una mezcla de estos dos isótopos. Al iniciarse la reacción de fisión, se inicia también la fusión del deuterio y el tritio que generan una enorme cantidad de neutrones altamente energéticos (7 veces más que la media de los generados en la fisión) y que contribuyen a dividir los núcleos del material fisible junto a los neutrones generados en la reacción en cadena de fisión. Además, su alta energía hace que se genere un mayor número de neutrones en cada división nuclear. En el caso del Pu-239 la media está en 2,9 generados en cada fisión, mientras que si ese mismo núcleo de Pu-239 es golpeado por uno de estos neutrones producidos por la fusión, se producen de media 4,6

!Armas nucleares de fusión! Parte  1

El dispositivo detonado en Item siendo izado a una torre de 70 metros

En resumen, en éste tipo de armas nucleares, en el momento de la explosión, el número de neutrones es mucho mayor y por tanto se fisiona más material en el mismo espacio de tiempo aumentando así el rendimiento. De hecho, se puede hasta doblar la potencia llegándose a rendimientos de hasta el 40%. Como muestra, señalar la primera detonación en la que se experimentó con esta técnica. Se detonó el 25 de mayo de 1951 y se trataba de Item, dentro de la operación Greenhouse. Item era una bomba de fisión convencional con una potencia estimada de unos 20-22 Kt. En el interior del núcleo se introdujo una cápsula que contenía en torno a 2-3 gramos de deuterio y tritio en estado líquido (criogénicos). La detonación liberó una potencia total de 45,5 Kt.

Hay que señalar que en las armas de fisión intensificada, el aporte principal de potencia viene dado por el incremento de neutrones en el momento de la explosión, mientras que la energía total liberada por la fusión representa solo el 1-2 % de la potencia total de la bomba.

Otra virtud del uso de la fisión intensificada es la disminución del riesgo de predetonación. Esta podía producirse al bombardear el plutonio con radiaciones externas, como podrían ser las que inundarían el territorio en el que hubiese explosiones nucleares.

Por otro lado, tampoco debemos dejar de lado las armas basadas en el ensamblaje de cañón, que si bien son poco eficaces, si son necesarias para algunos cometidos concretos (Proyectiles de artillería por ejemplo). Todo lo dicho anteriormente es aplicable a este tipo de ensamblaje, con la diferencia de que en este caso, la compresión de la mezcla de isótopos encargados de la fusión viene dada por el impacto directo sobre una cápsula que contenga a éstos del proyectil de material fisible. Hay que señalar que estas bombas se caracterizan por su bajo rendimiento ya que no se llega a comprimir el material fisible. Es por esto que el efecto de estos neutrones extra dispara la potencia llegando a multiplicarla por cinco.

Otro aspecto determinante en lo referente al aporte de este método al incremento de la potencia es la densidad a la que se encuentre la mezcla de deuterio y tritio. Un elemento en estado líquido siempre será mucho más denso que en estado gaseoso en condiciones normales, pero en el caso de estos isótopos, éstos necesitan temperaturas por debajo de los 250 grados bajo cero para encontrarse en este estado. En Item se usó así, pero era una prueba y los ingenieros y científicos tenían todas las herramientas y comodidades necesarias para operar con ellos. En una bomba operacional no se puede recurrir a deuterio y tritio líquidos. Esto nos deja como única alternativa el estado gaseoso a alta presión para maximizar la densidad.

No obstante, por un lado, el tritio es muy reactivo y por otro, su vida media es muy corta teniendo en cuenta los estándares de almacenamiento de las armas nucleares. Para solucionar esto, el gas (normalmente se almacenan la mezcla de deuterio y tritio, ambos en estado gaseoso) es almacenado en un contenedor a presión externo al núcleo siendo inyectado en el mismo durante el proceso de armado de la bomba justo antes del lanzamiento. Por otro lado, también se puede recubrir con una delgada capa de cobre la cavidad interna del núcleo para evitar la reacción química entre el material fisible y el tritio. Además, el sistema permite reprocesar fácilmente la reserva de gas para purificarlo (Al desintegrarse, se produce Helio-3), manipulando solo el contenedor externo y no teniendo que manipular el núcleo.

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Cabeza nuclear W-31 de implosión intensificada para un cohete Honest John. Es habitual que estas cabezas posean conexiones externas a los depósitos de deuterio-tritio para facilitar su mantenimiento

Todo esto es aplicable al diseño básico de implosión, pero recordemos que es el de núcleo levitado el más extendido gracias a su mayor rendimiento. El colocar una esfera hueca con el gas en su interior en el centro del núcleo va en contra del principio de núcleo levitado reduciendo su rendimiento, por lo que en este caso, y a pesar de ser ese el sitio idóneo para la mezcla de isótopos, la mezcla se introduce en el espacio vacío entre el núcleo y la esfera que lo rodea.

Por todas estas ventajas, a día de hoy prácticamente todas las bombas de fisión usan este sistema, cuyos únicos inconvenientes es el precio del tritio (Que se compensa con el incremento de la potencia) y su corta vida media, que implica que haya de mantenerse fuera de la bomba mientras no exista previsión en su uso.


ARMAS NUCLEARES DE FISION-FUSION
Comprobada la viabilidad de la fusión de isótopos ligeros, se abría una nueva puerta hacia la intensificación de la potencia de estas armas. La fusión no adolecía de la limitación de cantidad de “combustible nuclear” y bastaba incrementar la cantidad de este para incrementar la potencia sin existir ningún límite teórico.

La reacción ya probada fusionaba núcleos de deuterio y tritio. No obstante, esta reacción se aplicaba solamente a la producción de neutrones extra para intensificar la fisión, por lo que la cantidad requerida era pequeña y su coste era asimilable en relación con los resultados que ofrecía, a pesar del extremado precio del tritio. No obstante, para producir armas cuya potencia se basase en la fusión nuclear, la cantidad de combustible nuclear necesario es demasiado grande como para usar tritio. Había que buscar un sustituto. Otras reacciones de fusión posibles son;

6 D => 2 He-4 + 2 p + 2 n + Energía

Li-6 + D => 2 He-4 + Energía

Donde

D = Deuterio
p = Protón
n = Neutrón
Li-6 = Litio-6
He-4 = Helio-4

Estas reacciones (que no son directas, sino que se dan por la combinación de varias), a pesar de utilizar materiales mucho más baratos (El deuterio cuesta unos 80 Euros por kilogramo y el litio es fácilmente obtenido en minas), producen enormes cantidades de energía, y por otro lado, veremos más adelante (Próximo artículo) que existe la posibilidad de aumentarla notablemente con determinados métodos.

La reacción de núcleos de deuterio fusionándose entre sí es perfectamente válida, pero entraña una gran dificultad. El deuterio es gaseoso a temperatura ambiente, y en este estado su densidad es muy pequeña, por lo que la bomba tendría que ser una especie de globo enorme para contener la cantidad necesaria. Eso se puede suplir usándolo en estado líquido, pero esto supone el operar a temperaturas criogénicas, haciendo poco viable su uso desde el punto de vista militar. Otra forma más práctica de remediar el problema es combinándolo con otro elemento químico para que forme un sólido a temperatura ambiente. Un elemento que se prestaba a ello era el litio formando deuteruro de litio. Con esto se logra una densidad máxima del deuterio, y además el litio también participará en la reacción. Estando en reposo, los átomos de ambos isótopos se encuentran unidos por sus electrones formando las moléculas de deuterio de litio, pero cuando la temperatura y la presión alcanzan los niveles necesarios, esa disposición desaparece quedando los núcleos libres para colisionar y fusionarse.

Llegados a este punto, cabe resaltar que el deuteruro de litio también es útil para sustituir al deuterio en las bombas de fisión intensificada.


Armas nucleares de fusión de dos etapas (Implosión por radiación)


Bien, ya sabemos como libera la reacción de fusión la energía, pero para llegar a esto primero hay que iniciar la reacción, lo cual no es fácil dadas las condiciones requeridas. Para explicar el proceso nos guiaremos a través del primer dispositivo de fusión totalmente funcional, La Salchicha. Este nombre le vino por su alargada forma y fue detonado en la prueba Mike, dentro de la operación Ivy, el 31 de octubre de 1952 de mano de Estados Unidos. No obstante, para una mejor comprensión, combinaremos el simple diseño de la Salchicha con los materiales usados de forma más genérica para una visión más global. Al final se aclararan estos cambios.

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La salchicha (Cilindro vertical) siendo montada para su detonación. Los tubos que parten de la misma son instrumentos para medir la luminosidad durante la reacción

La única forma de iniciar la reacción de fusión en una bomba es a través de la energía liberada por una explosión de fisión (En laboratorios se puede iniciar por otros métodos). Es por ello que en estos artefactos, junto a la bomba de fusión, se encuentra otra de fisión que podríamos denominar el detonador. Técnicamente se le denomina etapa primaria, denominándose etapa secundaria al dispositivo de fusión. De ahí le viene el nombre de armas de fusión de dos etapas. Por otro lado, también se debe a esto el hecho de que a pesar de que se les llama armas de fusión, técnicamente son armas de fisión-fusión. Este diseño fue ideado por Stanislaw Ulam, matemático polaco reclutado para el proyecto Manhattan.

Para iniciarse la reacción de fusión se requieren de altas presiones y temperaturas, condiciones que una explosión de fisión puede generar. El problema era como aplicarlas al dispositivo de fusión de forma eficaz. Es aquí donde entra en juego Edward Teller, físico húngaro que igualmente participó en el desarrollo de la primera bomba nuclear. Teller ofreció la solución al problema de aplicar la energía de la explosión de fisión al dispositivo de fusión. De hecho esto le sirvió para ser reconocido como el padre de la bomba H y su nombre aparece primero en la denominación de este sistema de arma de fusión; “el diseño de Teller-Ulam”. Esto se debe a que la creación de Ulam se consideró bastante evidente y realmente no ofrecía una solución práctica.

etc

Diagrama del diseño Teller-Ulam para bombas de fusión

Visto el diagrama, analicemos el proceso de la detonación del artefacto. Detonan los explosivos convencionales del dispositivo de fisión (Etapa primaria). El núcleo de material fisible se contrae alcanzando la masa supercrítica e iniciándose la reacción en cadena. Esto genera gran cantidad de radiaciones muy energéticas, y en concreto nos interesan los rayos X y en menor medida los neutrones.

Tanto el primario como el secundario se encuentran encajados en una masa de poliestireno. En sustitución de este material se pueden usar otros plásticos, lo importante es que el material sea un hidrocarburo. Esto es importante hasta tal punto de que en caso de que se use espuma sólida de poliestireno (Poliestireno expandido, comúnmente conocido como corcho blanco de embalajes), el gas usado para generarla sea también un hidrocarburo. Las radiaciones emitidas calientan el sustrato plástico hasta transformarlo en plasma, transparente a los rayos X, de ahí la importancia de que se trate de combinaciones de hidrógeno y carbono, átomos que en estado de plasma permiten la libre circulación de los rayos X. Depende de esta radiación el que el combustible nuclear alcance las condiciones necesarias para iniciar la reacción, por lo que es necesario concentrarla lo máximo posible sobre el secundario, ya que cuanto mayores sean la temperatura y presión, mayor será la velocidad de la reacción y por tanto, más potencia desarrollada. Es por esto que el conjunto de primario y secundario incrustados en la masa plástica es recubierto con una capa de material con un elevado número atómico (material denso) como es el caso del plomo por ejemplo. Esta capa evitará que los rayos X escapen al calentarse su superficie interna a temperaturas extremas pasando a estado de plasma y reflejándolos, manteniéndose éstos en su confinamiento también conocido como canal de radiación, ya que ésta es forzada a circular por él desde la bomba de fisión hasta el dispositivo de fusión. Cabe señalar un detalle, y es que la “explosión energética” del dispositivo primario es mucho más veloz que la “material”, tanto que todo el proceso de fusión se habrá iniciado para cuando la onda expansiva del primario avance los pocos centímetros que le separan del secundario.

Con el canal de radiación colapsado de plasma extremadamente caliente, pasamos al secundario, que apreciamos, está recubierto por el pusher y el tamper (En adelante solo pusher ya que es esta la función que nos interesa). Este ha de ser de un material denso, como el tungsteno por ejemplo. La temperatura hace que el plasma se expanda de forma incontenible, ejerciendo una enorme presión sobre el pusher y comprimiendo éste a su vez el relativamente poco denso deuteruro de litio (la velocidad de compresión es del orden de varios centenares de kilómetros por segundo). El pusher también se calienta y expande y gradualmente se va desgastando al transformarse en plasma. Esto se conoce como proceso de ablación y es la más importante aportación de Teller al diseño. Mediante este proceso, se consigue un máximo aprovechamiento de la energía liberada por la detonación de fisión a la hora de comprimir y calentar grandes cantidades de combustible de fusión. De ahí que este sistema también reciba la denominación de implosión por radiación.

Este proceso garantiza que el calor y la presión se reparten uniformemente, pero como desventaja acarrea el hecho de que al irse desgastando el pusher/tamper por la ablación, el plasma en el que se transforma puede ser opaco a los rayos X evitando que se caliente el deuteruro de litio. Esto puede evitarse usando capas de diferentes materiales cuya opacidad se ajuste a las necesidades de cada fase del proceso. Por otro lado, el método aquí expuesto es el más básico, existiendo otros más complejos destinados a ejercer un mayor control sobre el flujo de radiación que actúa sobre el secundario. Un ejemplo es colocar una placa de material opaco a las radiaciones con perforaciones. La radiación pasa a través de ellos en pequeñas cantidades, hasta que la ablación agranda las perforaciones y el flujo se maximiza en el momento óptimo.

El dispositivo está diseñado para iniciar la reacción de fusión cuando el deuteruro de litio se encuentra a una presión y temperatura óptimas. Esto es concretamente a partir de los 30 millones de grados centígrados. A partir de aquí la reacción se autosostiene y se acelera notablemente, mientras que por debajo de ese valor, la aceleración es leve, hasta alcanzar esa temperatura por sus propios medios y dispararse a partir de ahí. Para evitar el calentamiento prematuro del combustible de fusión, en el diagrama apreciamos un grueso escudo de material denso que suele tener la misma composición que el pusher/tamper y cuya finalidad es bloquear los rayos X y neutrones provenientes de la explosión del primario evitando que incidan directamente sobre el secundario. Para una mayor impermeabilidad a los neutrones, el escudo puede contener boro-10.

Llegados al punto óptimo de compresión y temperatura, nos encontramos con la barra hueca de plutonio (También puede ser de uranio altamente enriquecido), apodada la bujía. Recordemos que la forma del material fisible es un factor determinante a la hora de alcanzar la masa supercrítica. En el estado normal, la barra posee una masa subcrítica, pero cuando llega la onda de choque que comprime el deuteruro de litio que la rodea, se colapsa sobre si misma desapareciendo el hueco. Algo parecido a lo que ocurría en uno de los modelos de núcleo levitado. Pero en este caso, la compresión es mucho mayor que la conseguida con explosivos convencionales. Concretamente, la barra se comprime en la dieciseisava parte de su volumen. Esto dispara automáticamente la fisión a gran escala de los núcleos de plutonio que inician una reacción en cadena y que a su vez dota al deuteruro de litio de la energía necesaria para iniciar la reacción de fusión. En algunos diseños, la barra de plutonio es sustituida por una mezcla de deuterio y tritio, capaces de iniciar por si solos la reacción de fusión en las mismas condiciones de presión y temperatura.

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Diagrama de la secuencia de explosión (por Howard Morland) adaptado

Todo el proceso dura unos breves instantes. Desde que la fusión se ha iniciado hasta que comienza a decaer (Esto es que se haya fusionado la mitad del combustible de nuclear) solo pasan 20 nanosegundos. A partir de aquí la reacción se va ralentizando tras alcanzar la temperatura su pico máximo y el ratio de fusión de átomos se reduce. En cualquier caso, dependiendo del diseño, la explosión del primario, y la propia del secundario, terminará por dispersar el litio y deuterio dando lugar a que la densidad de núcleos por volumen sea insuficiente para mantener la fusión.

Como se comentó anteriormente, nos hemos basado en el dispositivo detonado en Ivy Mike, pero introduciendo algunos cambios. Uno de ellos es la composición del tamper, que será aclarada posteriormente (Próximo artículo sobre la tipología de estas armas), el otro se refiere al combustible de fusión utilizado.

En la Salchicha se utilizó solamente deuterio en estado líquido (lo que le valió el apodo de bomba mojada), con las complicaciones que ello conllevaba en lo referente al confinamiento de este material. La principal ventaja es que la reacción del deuterio descrita anteriormente es tremendamente energética y cada kilogramo fusionado otorga a la bomba 82,2 kilotones de potencia. No obstante, esta potencia no compensaba las dificultades que entrañaba su uso. Por ello actualmente (Y ya en los diseños posteriores de los años 50) se usa principalmente combinado con litio. Este metal existe en la naturaleza de forma abundante en forma de Litio-7 (92,5% del litio natural) y en menor medida en forma de Litio-6 (7,42%).

La reacción más energética se da con el Li-6 (Fusión de Litio + Deuterio), ofreciendo 64 kilotones por cada kilogramo de deuteruro de litio fusionado. A pesar de ser menos potente, esta combinación ofrece algunas ventajas, como el hecho de que en forma de deuteruro de litio (Contiene en torno a una cuarta parte de deuterio), cada unidad de volumen contiene más átomo de deuterio, lo que ofrece más compresión inicial, aparte de la innegable ventaja de que es un sólido de fácil manejo a temperatura ambiente.

Hay que señalar que esta reacción no se da desde el principio. Para que se inicie, primero han de fusionarse una cantidad considerable de núcleos de deuterio para que la energía alcance un nivel aceptable para que comience ésta.

Otra opción es el uso de Li-7. La principal desventaja es que es menos potente, entregando 38,5 kilotones por kilogramo de deuteruro de litio. Por el contrario, posee una importante ventaja frente al Li-6 y es que en esta reacción se emiten neutrones, que luego veremos como pueden aprovecharse para un gran incremento de la potencia.

En cualquier caso, lo usual es usar una combinación de Li-7 y Li-6 para formar el deuteruro de litio. A esta combinación se le conoce como litio enriquecido, ya que consiste en litio natural al que se le ha incrementado el porcentaje de Li-6, al igual que se hace con el U-238 y U-235. Las concentraciones de Li-6 oscilan entre el 95,5 y el 40% dependiendo de la finalidad de la bomba.

Armas nucleares de fusión de varias etapas

En el diseño de Teller-Ulam, un primario basado en la fisión (Que estará intensificada. Ya se comentó que tras su descubrimiento fue aplicado a la mayoría de las bombas) es el encargado de detonar al secundario, que sería la bomba principal por así decirlo. Para el primario, forzosamente hay que recurrir a material fisible radiactivo. Este es caro y además peligroso. Peligroso por su facilidad de detonación en relación con el combustible de fusión, mucho más estable, y peligroso al estar asociado a este último (Su detonación implicaría también la del secundario liberando toda la energía de la bomba). Es por esto que se buscaban primarios de potencia moderada, como máximo de algunos centenares de kilotones. Con esta potencia, se puede iniciar la reacción de fusión en un secundario de cómo máximo 15 o 20 Mt (1 megaton = 1000 kilotones o un millón de toneladas de TNT).

El problema surge cuando se requieren bombas de mayor potencia, pero la solución es simple; Usar la energía liberada por el secundario (Que puede ser de varios megatones, hasta 20 como ya se indicó) para iniciar un terciario mayor.

Se suele hablar concretamente de bombas de 3 etapas. Esto se debe a que nunca se fabricó una bomba operativa que requiriese de más de 2 etapas para iniciar a la final (La tercera). Concretamente, la mayor detonación de la historia fue la de la bomba soviética Tsar el 30 de octubre de 1961, en al península de Sukhoy Nos, archipiélago Novaya Zemlya. Esta bomba estaba compuesta por un primario de fisión de 250 Kt, un secundario de fusión de 3,5 Mt y un terciario final de 46 Mt, desarrollando en total 50 megatones.

!Armas nucleares de fusión! Parte  1La monstruosa bomba Tsar. Su enorme potencia (100 Mt en versión de producción) no compensaba su tamaño que hacía su uso muy complicado

Conviene señalar que en estos diseños, el terciario ha de estar separado de las otras 2 etapas mediante una barrera opaca a las radiaciones y neutrones. Así se evitará que éste se caliente de forma prematura por las radiaciones del primario. Esta barrera sufrirá el mismo proceso de ablación que el resto de materiales, por tanto, se diseñará de forma que se haya desintegrado para cuando comience la fusión del secundario.

De esto se puede extraer que usando un diseño de varias etapas, la potencia del artefacto solo estará limitada por la cantidad de combustible de fusión. Con esto se lograba solventar el principal problema de las armas de fisión. Por otro lado, el uso de un secundario de fusión que iniciase a un terciario mayor permitía reducir costes. Por ejemplo, para obtener 15 Mt se puede utilizar un gran primario que inicie al secundario de 14,5 Mt por ejemplo. Esto requerirá una gran cantidad del caro plutonio. Una posibilidad sería utilizar un primario de baja potencia que inicie un secundario de 1 Mt que a su vez inicie al terciario de 13,9 Mt. La mayoría de la energía necesaria para iniciar al terciario provendría del barato deuteruro de litio del secundario. Este sistema se suele usar en bombas de potencias superiores a varios megatones, a partir de las cuales resulta rentable.



APENDICE
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Diagrama de una bomba B28 por Paul McDonell. Este dispositivo es muy representativo del diseño Teller-Ulam. Comentar que 4 de estas bombas fueron las que cayeron en el incidente de Palomares (Almería)


Nota del Webmaster: Los diseños expuestos son modelos teóricos o montajes básicos para experimentación. Estas armas suelen integrar otros elementos para aumentar su potencia, hacerla variable o darle usos más específicos que la destrucción de grandes áreas. Dada la extensión requerida para analizarlas todas, esto se hará en otro artículo donde finalmente podremos ver diseños prácticos y reales.