La bomba H y el factor de escala

Bomba H

Cuando Hiroshima y Nagasaki quedaron arrasadas por las bombas atómicas, el mundo no le prestó mayor atención. Otras ciudades como Dresde o Tokio habían sufrido bombardeos igual de devastadores, y después de cinco años de feroz guerra fueron sólo una cadena más en el eslabón. En la posguerra, sin embargo, quedó claro que la nueva arma cambiaba el panorama futuro de la guerra. Ya no sería necesario enviar un millar de aviones para bombardear una ciudad o una región industrial, ya que con un solo avión bastaría; y con los nuevos cohetes intercontinentales en desarrollo, ni eso.

A pesar de los horrores que nos causa Hiroshima, un hecho a tener en cuenta es que, si bien esas armas podían borrar del mapa una ciudad de tamaño medio, ni siquiera esos engendros nucleares podían destruir del todo una gran ciudad como Nueva York o Moscú. El rendimiento de las bombas atómicas de uranio y plutonio era limitado, y aunque producirían graves daños al centro de una gran ciudad harían falta varias de ellas para destruir toda una región metropolitana o una cuenta industrial.

Llegó entonces la bomba de hidrógeno. Mucha gente la considera como una bomba atómica más gorda, pero es mucho más que eso. Significó un salto cualitativo de varios órdenes de magnitud. Una bomba de hidrógeno es a una bomba atómica lo que una bomba atómica es a una bomba convencional. La bomba Zar, detonada por la URSS, fue tan potente que siguen habiendo dudas sobre su rendimiento real, pero su potencia explosiva se cifra en varios miles de veces la de la bomba de Hiroshima.

Prácticamente no hay límite al poder destructor de una bomba de hidrógeno, y por eso en los años cincuenta y sesenta se desarrollaron bombas enormes, capaces de destruir la ciudad más grande. También podían destruir objetivos militares endurecidos como los silos de misiles enemigos a pesar de que la precisión de las armas nucleares era bastante pobre. Con una potencia semejante, ya no importaba que la bomba errase el blanco en cinco kilómetros.

Con el tiempo la tecnología mejoró y las bombas dejaron de crecer en potencia. Los motivos son sencillos de entender. El aumento en la precisión de los misiles y el uso de la tecnología de ojivas múltiples (MIRV) hicieron innecesario el uso de bombas grandes para batir los objetivos. En el caso de un bombardeo sobre una región extensa, digamos una concentración de cuarteles en un valle, es más eficaz enviar una bomba pequeña hacia cada cuartel que un único y gran pepino para barrerlo todo. O bien podríamos lanzar ojivas MIRV a la periferia de una ciudad para destruir los objetivos militares circundantes (aeropuertos, base navales, arsenales) sin atacar la cuidad en sí.

Pero incluso para el bombardeo sobre una ciudad es preferible usar varias bombas pequeñas que una grande, y el motivo es matemático: factor de escala. Cuando cambia el tamaño de un objeto, algunas propiedades varían de forma diferente a otras. El ejemplo típico es el de las patas de un animal. Si un científico loco aumentase diez veces el tamaño de una hormiga tendría un bicho con una volumen mil veces mayor pero sus patas tendrían una superficie de contacto sólo cien veces mayor, por lo que acabaría cayendo a tierra bajo su propio peso.

Supongamos en primera aproximación que el efecto de un arma nuclear es devastar un cierto volumen de espacio, de modo que ese volumen es aproximadamente proporcional a la potencia explosiva. Eso significa que el radio de destrucción es proporcional a la raíz cúbica de la potencia, y la superficie destruida es proporcional la potencia elevada a la potencia 2/3. Es decir, si la potencia se duplica el radio letal sólo se hace (2)^(2/3) = 1,26 veces mayor, y la superficie destruida aumenta en un factor (2)^(2/3)=1,6.

Supongamos que el Kremlin construye una bomba nuclear de un megatón, capaz de destruirlo todo en 10 kilómetros de radio. Eso nos daría un área de 314 kilómetros cuadrado. Ahora tomemos un arma de veinte megatones. El nuevo radio letal sería de 10 km * (20)^(1/3) = 27 kilómetros. La superficie destruida sería de 314*(20)^(2/3) = 2.314 kilómetros cuadrado.

Sin embargo, esa misma destrucción se lograría usando 2.314/314 = 7 (y pico) bombas de un megatón. Y ahí está el detalle. Siete bombas de un megatón producen el mismo efecto destructivo que una de veinte megatones, así que la realidad de los números se impone. Además de las diversas ventajas propiamente militares, resulta que las bombas nucleares de gran tamaño sólo son un desperdicio de material en lo que respecta a sus resultados si las comparamos con armas pequeñas.

Por eso la evolución de las armas nucleares ha sido la misma en todos los países que la poseen. Primero, la bomba atómica; luego, la de hidrógeno; después aumentamos la precisión de los misiles y los dotamos de ojivas múltiples; finalmente reducimos su potencia hasta el punto en que pueden destruir los objetivos asignados (como búnkeres y silos protegidos). En ocasiones, por ejemplo para fijar los límites de los arsenales en los tratados de limitación de armamento nuclear, se tenía en cuenta no tanto la potencia explosiva como el llamado “megatonaje equivalente,” igual a la potencia explosiva elevada a la potencia 2/3, que es una medida de los efectos destructores.

En la actualidad las ojivas norteamericanas W87 de sus misiles ICBM tienen una potencia de unos 500 kilotones, y las W88 de los submarinos Trident II son aún menores, inferiores a los 100 kilotones, en tanto que los rusos tienen ojivas de similar rendimiento (500-800 kilotones para sus ICBM, 50-100 para los SLBM). El arsenal nuclear mundial sigue siendo terrorífico, pero ha decaído mucho en término de ojivas activas y de potencia explosiva. Los factores de escala tienen su parte del mérito.


22 Comentarios

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pepepepe

Una pequeña rectificacion al ejemplo de la hormiga, una hormiga pesa (el peso es directamente proporcional al volumen) alrededor de 5 miligramos y es conocido que llegan a levantar hasta 100 veces su propio peso http://www.muyinteresante.es/curiosi...51406274508.
Si multiplicamos por 10 sus dimensiones, el volumen se aumentaria por 1000, pesaria alrededor de 5 gramos. Se conocen insectos que llega a pesar unos 300 gramos, no habria pues problemas en principio para este crecimiento.
Todo se arregla si multiplicamos por 100 las dimensiones, entonces el peso se multiplicaria por un millon y nuestra hormiga pesaria 5 kgm, que excede al mayor insecto conocido.

J.DiazJ.Diaz

Peor aún.

Da igüal. Es indiferente.

La radiación no entiende de rayas en los mapas, de frontreas, alianzas o enemistades. No entinede de ese absurdo de “paises insurgentes” — Implicaria que hay un pais ocn el derecho legal de dirigir el mundo y por tanto, cualquier desabediencia seria insurgencia, uan estupidez fascista —.
Todo eso da igüal.

Una infima fracción del arsenal nuclear envenenaria por decadas y posiblemente siglos el ambiente con una radiación que exterminaria toda forma de vida.
Dicen que las cucarachas lo soportarian. Lo dudo.
Un pequeño conflicto local como los que tanto anhela provocara el trumpetista y el hijo de putin, seria suficiente para provocar el envenemiento radioactivo de miles de millones de personas.

El cine y la literatura se ha empeñado en meternos en la cabeza mundo pos nucleares a lo maxmax o hacernos creer que con meternos en un sotano o en un refugio, en unos meses, o a lo sumo años, todos tan panchos.
Que despues de un ataque de escainet lo peor seria luchar contra las maquinas.

No hace falta maquinas para luchar. No quedaria nadie.

La radiación no se cura, no crea enormes tipos de piel verde o arañitas que is t epican trepas por las paredes con los calzoncillos sobre el pantalon.

La radiación no solamente produce cancer y mutaciones dañinas que destrozan el oragnismo.

La radiación mata. lo mata todo, y lo hace con una cantidad de exposición ridicula.

Asi que en realidad no importa si se usan diez cabezas pequeñas en lugar de una grande, no importa si se es mas o menos preciso en la destruccion , que, por cierto, hay que ser un grandisimo hijo de puta para andar calculando como matar mas y mejor.
No importan las hormigas.
Un uno por mil — por decir algo — de cualquier arsenal exterminaria toda vida.

Pero eso si, yanquilandia necesita mas y mejores bombas.

Menos mal que ya soy viejo y estoy hecho una mierda. A quien deberia preocupar es a lso que teneis menso años, mejor vida e incluso hijos.
Pero nada, seguid atentos al nuevo telefono movil.

lumoslumos

Comprensión lectora? este pais? uff, menos mal, soy anglosajon. Igual el pesado este y listillo lo que quería decir es que para hablar del factor de escala y divulgar la ciencia no hace falta hablar del desperdicio que suponen algunas bombas porque no matan y destruyen tanto como otras. O que para hablar de científicos locos, no hay que mencionar a los que aumentan una hormiga, sino a los que aumentan las bombas destructoras. Bueno, lo dejo y me voy al curso de comprensión lectora.

RamonRamon

Yo creo que más que falta de comprensión lectora, este tío es un pesado de cojones y un listillo.

AE.AE.

“Un uno por mil — por decir algo — de cualquier arsenal exterminaria toda vida.”

Por decir algo…
Por decir algo…
Esto es un blog de divulgación científica. Para eso, mejor no decir nada.

Pd: Enhorabuena al autor, no por decir algo, sino porque la merece.

J.DiazJ.Diaz

La reduccion al absurdo tampoco es ciencia, chato.

Quieres datos. Lo hay a patadas, como por ejemplo los 2500 “experimentos” con artefactos que han dejado una huella mesurable en los seres vivos y que es perfectamente detectabel en comparacion con las muetras previas a la “era atomica”

Efectivamente, hay radiación en un platano.

«Estas radiaciones han convivido con el ser humano a lo largo de toda su existencia, por lo que se presupone que en los niveles naturales (que pueden llegar a provocar en las personas que viven en ciertos ambientes niveles superiores a los 10 mSv al año), no son dañinos. »

Pero si te molestas en mirarlo.

«Recientes estudios indican que incluso una guerra nuclear regional, de menos de 1.000 megatones, podría generar cambios climáticos globales y una catástrofe humanitaria mundial. Incluso una pequeña guerra nuclear, donde sólo se llegasen a usar 100 armas nucleares con un promedio de 15 kilotones, generaría cambios climáticos abruptos, aún más, bastan tan sólo 50 detonaciones como la de Hiroshima para causar un grave cambio climático. Una confrontación nuclear de esa magnitud podría emitir hasta 5 millones de toneladas métricas de ceniza y polvo, lo cual ya tendría un efecto sobre el ambiente del planeta entero.»

Con solo dedicar diez minutos a la güiquipedia.

Sobre las seguras centrales mejor no hablamos, ¿Chernovil?

«Dos empleados de la planta murieron como consecuencia directa de la explosión y otros 29 fallecieron en los tres meses siguientes. Unas 1000 personas recibieron grandes dosis de radiación durante el primer día después del accidente, 200 000 personas recibieron alrededor de 100 mSv, 20 000 cerca de 250 mSv y algunos 500 mSv. En total, 600 000 personas recibieron dosis de radiación por los trabajos de descontaminación posteriores al accidente. 5 000 000 de personas vivieron en áreas contaminadas y 400 000 en áreas gravemente contaminadas, hasta hoy no existen trabajos concluyentes sobre la incidencia real, y no teórica, de este accidente en la mortalidad poblacional.»

Y no es equivalente ni siquiera a un unico petardazo.

Ya, ya, ya. Sigue emitiendo radiación. Vale, para ti la perra gorda.

Una exposición a 1 o 2 Sv mata al 30% de lso afectados en un mes.
SI quieres comprobarlo mirate -https://es.wikipedia.org/wiki/Envenenamiento_por_radiaci%C3%B3n-

Por mucho que os gusten los mangas yanquis y os creais la propaganda armamentisitica.

SI. LA RADIACION MATA.

ArribeveneArribevene

En explosiones de artefactos nucleares tras un periodo “corto” de tiempo la radiación que queda es despreciable.

Lo puedes ver en Nagasaki e Hiroshima. Y eso que esas ciudades sufrieron unas bombas de eficiencia menor a las actuales.

Arturo Quirantes

Depende, y mucho, de la altura de la explosión. Una detonación a gran altura produce (relativamente) pocos residuos radiactivos, pero una explosión de superficie (necesaria p. ej. para destruir silos y otros objetivos endurecidos) envía mucha porquería radiactiva a la atmósfera.

alal

“Eso significa que el radio de destrucción es proporcional a la raíz cúbica de la potencia, y la superficie destruida es proporcional la potencia elevada a la potencia 2/3. ”

Esa frase esta un poco rara construida, justo cuando es la parte mas dificil de entender, creo que le falta un “a” en “proporcional * la potencia”, y despues como hablas de potencia refiriendote a potencia de la bomba y a potencia matematica aun me lio mas, a ver si podias pulir justo ese trozo, gracias.

Pedro

Una pregunta.
Cuando mencionas que “El rendimiento de las bombas atómicas de uranio y plutonio era limitado” ¿puedes especificar cuál era el “problema” que impedía hacerlas más potentes? ¿Era una cuestión física (p.e. que pesaran demasiado) o una mera cuestión práctica (p.e. que conseguir suficiente Pu-239 fuera muy caro, mucho más que el litio con el que se “ceban” las bombas-H)?
Gracias por adelantado.

kaekae

No soy experto ni muchisimo menos, (seguramente este equivocado) pero creo recordar que el problema principal es que es dificil “quemar” todo el combustible en una bomba de fision, es decir, para incrementar el kilotonaje de una bomba de fision se tendria que incrementar la cantidad de combustible necesario de manera casi exponencial haciendolas inviables en tiempo y dinero a la hora de producir un arsenal mas “potente” de manera rapida. Tambien supongo que incrementaria su peso haciendolas poco practicas para ser lanzadas por medio de misiles, asi como su almacenamiento, mantenimiento etc…

AgevAgev

El problema no viene del coste, la eficiencia en “quemar” el plutonio/uranio o en una limitación física. Las bombas de plutonio/uranio son de fisión, mientras que las bombas de hidrógeno son de fusión. Pueden parecer lo mismo, pero la energía liberada durante la fusión de los isótopos del hidrógeno como el deuterio o el tritio es varios órdenes de magnitud superior a la fisión del plutonio o el uranio. Por comprarlos, es como la pólvora y la nitroglicerina.
De hecho, se necesita tantísimo calor para que los isótopos de hidrógeno se fusionen, que el detonador de una bomba de hidrógeno es una pequeña bomba atómica “convencional”.

YeilYeil

En verdad la mayor parte de la energía de las bombas de fusión viene de la fisión, por eso se les llama bombas de fisión-fusión-fisión.

Básicamente una bomba nuclear de fisión convencional (primario) inicia la reacción de fisión del núcleo de plutonio 239 de dos bombas de fisión concéntricas (secundario). Conforme este núcleo empieza a emitir neutrones, la envoltura de Uranio 238, que en condiciones normales no fisiona, comienza a hacerlo a lo bestia por la gran temperatura, presión y radiación.

Entre estas dos bombas nucleares concéntricas que acaban de hacer explosión se encuentra el deuterio de litio, que sometido a centenares de millones de grados, presiones descomunales y un barbaridad de radiación, comienza a fusionar. Es la reacción de fusión, que hace que la fisión del plutonio 238 se acelere todavía más e inicia la fisión de la vaina que forma el cuerpo de la bomba rodeando al primario y al secundario. Esta vaina también está formada por plutonio 238, que con la temperatura descomunal de la fusión también fisiona con gran energía. Además el primario también se ve estimulado por la explosión de fusión.

Casi 3 cuartas partes de la energía provienen de la fisión en una bomba termonuclear convencional. Luego hay algunas que reducen la fisión a una mínima expresión y casi todo proviene de la fusión, pero son menos potentes. Su utilidad es táctica porque su radiación en principio no tiene mucha duración al emitir casi toda la energía en forma de rayos gamma y neutrones, son las bombas N (de neutrones).

GuillermoGuillermo

La destrucción de las llamadas bombas H, o Termonucleares, la provoca en su casi totalidad el calor que genera una devastador onda de choque. La radiación (ionizante) generaría menos menos del 5% de las muertes. Igualmente la emisión de sustancias radiactivas en las bombas H es pequeña, en ese sentido son “limpias”. Las bombas de fisión , como las de Hiroshima, también es la onda de choque y el calor quienes matan, aunque liberan más sustancias radiactivas que las H. Se estima que de los 50000 muertes provocadas unas 200 fueron por la radiación ionizante, las fotos con el horrible efecto que provocaron normalmente corresponde a personas quemadas. Las muertes muertes son pero la causa no es la radiación ionizante como generalmente se cree. Es una simple aclaración.

AJAJ

“La radiación mata”
Madre mía. ¿También la radiación producida por la temperatura por cualquier cuerpo por encima del cero absoluto?

El rendimiento de las bombas de fisión es limitado, por su propia forma de actuación. Se basa en poner en contacto suficiente masa fisionable para que ocurra la reacción en cadena descontrolada. Si ponemos un poco de atención esto significa que para conseguir más potencia que la que ya da la masa crítica, hacen faltas arreglos extraños; en general, sincronizar varias masas subcríticas.

YeilYeil

No es necesario, de hecho una de las ventajas del Plutonio y motivo por el que apenas se usan las de Uranio es porque la masa crítica es pequeña en el caso del plutonio, por lo tanto con menos material consigues hacer fisión. La masa crítica del plutonio es de 10 kg e incluso así, las bombas modernas utilizan tan solo 3 kg, pues como han dicho es más eficiente usar más bombas que una gorda.

La masa crítica depende de muchas cosas, densidad, temperatura, radiación, forma… por ello aumentar la potencia de una bomba nuclear es bastante ineficiente en comparación con las termonucleares, ya que conforme aumenta la masa de material fisible, mayor porcentaje quedará sin fisionar.

Con las bombas de plutonio, a diferencia de las de uranio, lo que se hace es comprimirlas enormemente con una explosión convencional para que alcancen masa crítica de forma casi instantánea y detonen de golpe.

AJAJ

¿Lo de hacerlo implosionar, no es un arreglo extraño? De hecho, el problema principal es que la onda de choque inicial haga que mucha de la masa fisionable saldrá despedida sin participar en la explosión. Te despistas una milésima de segundo, y lo que consigues es una bomba más sucia que nuclear…

AJAJ

P.S.: De hecho, la explosión nuclear por fusión se usa para conseguir la reacción efectiva del material fisionable en ciertos diseños de bomba. Es una cadena de pesadilla, donde cada explosión se usa para hacer que la siguiente sea más potente.

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