2.5- El núcleo

Tras todas estas capas, encontramos finalmente el núcleo, en cuyo interior porta el iniciador de neutrones.

En una mano cabe el poder para destruir una ciudad

Volviendo a nuestro modelo de referencia, Gadget, éste recurría a un núcleo de plutonio formado por 2 semiesferas macizas unidas, salvo por una pequeña cavidad destinada a alojar el iniciador de neutrones. El diámetro era de 9 centímetros y contenía 6,2 kilogramos de Plutonio en fase delta. Las fases de un elemento se refieren a su estructura cristalina, ofreciendo cada una diferentes propiedades físicas. El plutonio tiene 7 y se denotan con las letras del alfabeto griego. Cada una posee características muy diferentes a las del resto, sobre todo en lo referente a cambios de densidades. Concretamente, la fase delta es la menos densa con una relación de 15,9 g/cm³. Si bien esto puede parecer una desventaja, las propiedades físicas del Pu-239 en fase alfa (densidad: 19,84 g/cm³) como es el caso de su rigidez y fragilidad no lo hacían el más indicado. Al ser un elemento químico muy reactivo, las dos semiesferas fueron recubiertas con níquel mediante galvanoplastia (Electrochapado), pero al hacer esto, sus superficies planas de contacto presentaron irregularidades. Habiéndolas trabajado con material de dentista no era sorprendente, y cuando se iba a cancelar la prueba, 3 días antes de la misma se remedió usando delgadas láminas de pan de oro.

El proceso de detonación nuclear es bastante similar al de Little Boy salvo en la forma de conseguir la masa supercrítica. Los 32 detonadores son activados de forma simultánea iniciando de igual forma las lentes explosivas que generan una onda de choque esférica que se va contrayendo en su camino hacia el núcleo. En su camino comprime la esfera de aluminio y la onda se estabiliza. A su vez, esta comprime al tamper de uranio y finalmente a la esfera de plutonio. La compresión de cada material es diferente, y concretamente la del plutonio en fase delta es bastante alta, en torno al 50%. Esto se debe a la baja densidad del Pu-239 en esa fase. Si el núcleo fuese de U-235, solo se alcanzaría un 25%. Estos datos son para presiones en torno a los 400 kilobars (Algo menos que 400.000 veces la presión atmosférica). El efecto de esta presión puede ser aumentando insertando entre el tamper y el núcleo capas de material de densidad creciente. Respecto a la velocidad de compresión, el radio de la esfera de plutonio se reducía a una velocidad de 2 km/s, lo que nos da una idea de la velocidad a la que se desarrollaba el resto de preocesos.

Cuando el plutonio ha alcanzado su máxima compresión y la temperatura se ha disparado, el iniciador de neutrones comienza su emisión. Para garantizar que el plutonio iba a estar listo en el momento de la emisión, la cavidad interna presentaba una holgura de 2,5 milímetros con la cápsula de berilio/polonio (La cavidad tenía un diámetro de 2,5 centímetros frente a los 2 centímetros de la cápsula). En estado de masa supercrítica, los núcleos de los átomos de Pu-239 empezaron a dividirse iniciando la reacción en cadena. Mientras tanto, en el exterior, la capa de aluminio evitaba los efectos de la descompresión, y la de U-238 que la masa se expandiese de forma prematura, además de reflejar neutrones de vuelta a la reacción y comenzar a fisionarse ella misma por la acción de los neutrones rápidos. Todo esto hizo que el rendimiento de este artefacto se disparase hasta el 16-17%, que contrasta con el 1,4% de Little Boy.

A pesar de la cavidad interna, este sistema de ensamblaje de implosión se denomina de núcleo sólido. Todo el núcleo es macizo salvo el espacio destinado al iniciador de neutrones. No obstante, pronto empezó a barajarse otro tipo de núcleo.

Diagrama del modelo de implosión básico

El diseño de núcleo sólido presentaba 2 importantes carencias; La onda de Taylor solo podía ser atenuada con el pusher, pero no eliminada, y por otro lado, la onda de choque no se aprovechaba al máximo para comprimir el material fisible. Como solución a estos problemas apareció el núcleo levitado. En este planteamiento, el núcleo es una esfera hueca. Si en el modelo de Gadget, la compresión empezaba tan pronto como llegaba la onda de choque, con el modelo de núcleo levitado la esfera hueca se empezaba a colapsar sobre si misma, y a acelerar radialmente dirigiéndose cada punto hacia el centro. El material empezaba comprimirse al ser la esfera cada vez de menos diámetro, pero al colapsarse del todo de forma que el vacío interno desapareciese, la superficie interna chocaba sobre si misma completándose la compresión.

Esto es solo el modelo teórico. En la práctica, los mejores resultados se consiguen incluyendo en el centro del vaciado una esfera contra la que la superficie interna impacta. Esta esfera se mantiene levitada (De ahí el nombre) mediante unos delgados ejes de aluminio, alambres e incluso espuma ligera sólida. En cualquier caso, lo que se busca es que estos soportes interfieran lo menos posible en la simetría del avance de la esfera hueca hacia su centro. La arquitectura de este modelo es variable. La esfera levitada, independientemente si de contiene el iniciador de neutrones en su interior o bien se recurre a algún otro sistema externo como el tubo de pulso de neutrones, está fabricada en material fisible. Por su parte, la esfera hueca, puede estar formada exclusivamente por el tamper. También es posible que ésta esté fabricada por dos capas; Una externa de tamper y una interna de material fisible. Finalmente puede darse el caso de que estando la esfera hueca formada solo por el tamper, también se incluya una capa de este que rodee a la esfera levitada. En el modelo de núcleo levitado existen desarrollos consistentes en varias capas levitadas además de la esfera central.

No obstante, el método que se ha mostrado más eficaz y que a día de hoy es el más extendido es el de la placa voladora. En lugar de usar la onda de choque para comprimir el material fisible o colapsar una esfera hueca, se rodea un núcleo levitado completo (Es decir, rodea a la esfera levitada y a la esfera hueca) con una esfera hueca de paredes delgadas (Un espesor de pocos milímetros), rodeadas del explosivo. Entre los explosivos y la esfera se deja un leve espacio para reducir los efectos de la onda de Taylor y entre ésta y el núcleo, un espacio de algunos centímetros. Esto se debe a que cuando la esfera es violentamente lanzada contra el núcleo (De ahí el nombre de placa voladora), continua acelerando tras la detonación de los explosivos, debido a la interacción de las ondas en los gases generados. Las principales ventajas de la placa voladora son la elevada velocidad de compresión conseguida, que ronda los 8 Km/s y el mejor aprovechamiento de los explosivos, permitiendo reducir su cantidad y espesor.

Diagrama del ensamblaje de implosión linear

Finalmente existe una extraña pero simple forma de ensamblaje de implosión, la implosión linear. En lugar de recurrir a una esfera, se le da al núcleo una forma alargada, de sección longitudinal elíptica y se rodea de alto explosivo. En los dos extremos, a modo de lentes explosivas se colocan placas de material inerte para que moldeen la onda de choque de forma que empiece comprimiendo los extremos y termine comprimiendo la zona central, consiguiendo sí una forma esférica y una compresión aceptable. Con este diseño se logran cabezas nucleares realmente delgadas y pequeñas, muy aptas para proyectiles de artillería, sin tener que renunciar además a la eficiencia del ensamblaje de implosión ni a su menor peso en relación con el ensamblaje de cañón.

2.6- Conclusiones

Dadas las numerosas ventajas del ensamblaje de implosión en cualquiera de sus tipos frente al ensamblaje de cañón, este se impuso rápidamente en todos los campos, quedando relegado éste último a aplicaciones muy concretas. De hecho por haber nacido casi al mismo tiempo, el ensamblaje de cañón apenas fue usado. No obstante, si la meta de toda potencia nuclear es alcanzar el ensamblaje de implosión, la complejidad de este sistema provoca que se comiencen los desarrollos con el sistema de cañón, como es el caso de Sudáfrica durante su etapa como potencia nuclear (Ya no lo es. Renunció a estas armas).

Finalmente, comentar que además de cómo bombas en si mismas, las armas nucleares de ensamblaje de implosión son ampliamente utilizadas como “detonadoras” en armas nucleares de fusión, pero este tipo será analizado en el próximo artículo.