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jueves, mayo 22, 2008

The Core: Aumentando la potencia de una cabeza nuclear

Carátula de la película

¡Sí! Hoy volvemos a esa película, que podríamos casi denominar como favorita de este blog: The Core. Si recordáis el final de la peli, cuando están armando y colocando las 5 cabezas nucleares para «reactivar» el núcleo terrestre, los científicos se dan cuenta de que la última explosión debería ser mayor. Concretamente, habría que incrementar su energía en un 30%. Así que nuestro prota, ni corto ni perezoso, extrae las barras de plutonio del reactor nuclear que proporcionaba energía a la nave, las coloca al lado de la cabeza nuclear, y ya está. Sin embargo, eso no hubiera servido de nada.

Hace tiempo comenté a grandes rasgos cómo funciona una cabeza nuclear. Básicamente, se trata de que el material fisionable, supere lo que se denomina masa crítica, y provoque una reacción nuclear en cadena incontrolada, expulsando una inmensa cantidad de energía. Eso se consigue juntando o comprimiendo una determinada cantidad de material, y una detonación no hace que material fisionable cercano detone también (como podría ocurrir con algunos explosivos convencionales).

¿Y qué es exactamente eso de la mása crítica? Veréis, en los materiales utilizados (determinados isótopos de uranio o plutonio), ya se producen pequeñas reacciones nucleares de forma natural, que van transmutando el elemento original en otro. En ellas, un átomo del elemento en cuestión se divide (se fisiona), lanzando diversas partículas en el proceso. Esto hace que el material sea radiactivo. Entre estas partículas emitidas se pueden encontrar neutrones. Si un neutrón golpea otro átomo del elemento fisionable, induce a su vez otra fisión. Esto es lo que se conoce como reacción en cadena (cada suceso genera otro similar).

Imaginemos que por termino medio, sólo un neutrón de cada fisión consigue golpear otro átomo e inducir otra fisión, mientras que el resto de partículas simplemente alcanza el exterior del material. En este caso, el número de reacciones por unidad de tiempo se mantiene constante. Pero ¿y si por termino medio, más de un neutrón de cada fisión induce a su vez otra fisión? Parece evidente que el número de fisiones por unidad de tiempo se irá incrementando en forma de progresión geométrica. En este caso estamos ante una reacción en cadena incontrolada.

¿Cómo podemos aumentar el número de neutrones por átomo que producen otra fisión? Una forma es simplemente aumentando la cantidad de material. Si un neutrón tiene que recorrer más distancia hasta alcanzar el exterior, la probabilidad de colisionar con un átomo aumenta. Otra forma es comprimiendo el material, de forma que al estar los átomos más «apelotonados», aumentamos también la probabilidad de colisiones. Una tercera forma es recubriendo el material con algún otro material que refleje neutrones. Así, un neutrón que alcanza el exterior, es reflejado otra vez hacia el material fisionable, teniendo «otra oportunidad» para colisionar. Se llama masa crítica, a la cantidad de material fisionable necesaria para que se produzca una reacción en cadena. Como podéis deducir, este valor depende de la densidad, geometría y elementos exteriores que recubran el material.

En una cabeza nuclear, tenemos una determinada cantidad de material fisionable por debajo de su masa crítica. Al detonar la bomba, lo que se pretende es que el material supere su masa crítica, y se produzca una explosión nuclear. Para ello hay dos diseños básicos: Uno de ellos consiste en tener el material en dos trozos separados, cada uno de ellos por debajo de la masa crítica, pero que unidos la superan. En el momento de la detonación, simplemente hacemos que se junten (generalmente con una explosión convencional, que empuja uno hacia el otro). Otro diseño es tener el todo el material dispuesto en forma de esfera, por debajo de la masa crítica. El material está recubierto de explosivos cuidadosamente colocados, de forma que al explosionar todos a la vez compriman la esfera, y se supere la masa crítica. Este último diseño es preferible al anterior, dado que es más seguro. Fijáos que para detonar la bomba, todos los explosivos de la esfera tienen que detonar de forma síncrona. Si no, no hay detonación nuclear (aunque podemos tener una detonación normal de los explosivos, que esparza el material radiactivo por ahí).

Debido a cómo «detona» el material fisionable, y debido a la enorme cantidad de energía liberada, normalmente no todo el material fisionable reacciona, y parte de él es lanzado por la explosión. Este material estará obviamente por debajo de su masa crítica por lo que no explotará, siendo su único peligro su propia radiactividad. Si esto ocurre con parte del material presente en el núcleo de una cabeza nuclear, es bastante evidente que sucederá lo mismo con todo aquél que esté fuera de ésta. Es decir, si colocamos una barra de plutonio al lado de una cabeza nuclear, no incrementaremos la explosión, sino que simplemente estaremos añadiendo «metralla» radiactiva que se esparcirá con la explosión.

23 comentarios:

  1. Hombre se pueden escapar si suponemos que el material "mágico" con el que esta diseñada la nave contiene un poco la explosión, lo suficiente para que rebote y comprima las barras de plutonio.

    Pero entonces ¿cómo generarían las explosiones anteriores?

    S2

    Ranganok Schahzaman

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  2. Pregunta tonta de un no-experto en reacciones nucleares (algo se, pero solo "algo")

    Dado que se encuentran en el borde del núcleo interno terrestre y que la presión que hay en ese punto es enorme, ¿no sería posible que esa barra de material radioactivo llegase a alcanzar su masa crítica debido a la presión a la que se vería sometida al entrar en contacto con el magma?

    PD: y cambiando de tema... ¿no habría alguna que otra posibilidad de que los circuitos de la nave mágica esa se frieran dado el pulso EM?

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  3. Hola, no conocía este film que nos acercas en esta minuiciosa reseña. Me gusta las películas que comentas. Saludos!

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  4. claro, la primera explosión destroza el modulo de la nave, la presión del núcleo exterior comprime el plutonio hasta su masa crinita. Podría ser tanta la presión que el plutonio no sea capaz de explotar...

    y creo que el material de la nave bloquea los pulsos EM de alguna manera. El laser-taladro creo que eran pulsos EM, no me acuerdo.

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  5. "crinita"

    quería decir critica (la culpa es del teclado)

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  6. Hola a todos. La película, pese a su nulo valor científico, es bastante entretenida. El motivo de extraer las barras de plutonio es sencillamente, que si contaran con ellas no podrían prolongar la tensión dramática (salir del núcleo sería un paseillo) ni usar el unobtanium como panel "geolico". La pena es tener que montar un guion sobre supuestos científicos tan cutres.

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  7. En alguna parte leí, que cuando diseñaron la primera bomba atomica, los científicos temían que la reacción en cadena usara el hidrogeno del aire, por lo que los apocalipticos pensaban que una explosión atómica se extendería por toda la atmosfera.

    De hecho, las bombas de fusión o "H" usan una explosión atómica para calentar el hidrogeno y fusionarlo, creo que las bombas más poderosas se basan en este concepto.

    Ahora mi pregunta, si en vez de agregar plutonio, hubieran añadido unos tanques de hidrógeno al lado de la bomba ¿Habrían incrementado la potencia? ¿O también es necesario la configuración del hidrogeno en estas bombas de fusión?

    PD: Los post de la pelicula The Core siempre son unos de los mejores.

    PDD: Hey Alf, hace tiempo hablaste sobre las ondas electromagneticas y su propagación a través de la tierra. ¿El Núcleo externo donde se encontraba la nave sería suficiente para suprimir el pulso electromagnetico EMP de las bombas?

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  8. Me imagino que el núcleo externo, con todo ese hierro será un apantallamiento más que suficiente para cualquier pulso EM

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  9. ¡Volvió The Core! Muy buena entrada Alf. Creo que está relacionada con una idea que tengo y sobre la que deseo consultarte. Varias veces he visto (por ejemplo, en la serie 24) que los buenos capturan una bomba atómica que está programada para estallar por un mecanismo de tiempo. (Por supuesto, la bomba tiene siempre en un lugar visible un display digital con una cuenta regresiva.) Resulta que los buenos siempre se pelan las neuronas para tratar de desarmar el mecanismo de tiempo. Pienso que impedir que la bomba atómica explote sólo requiere de hacer estallar un explosivo convencional junto a ella. Este explosivo convencional simplemente destruirá los mecanismos que la bomba tiene para alcanzar la masa crítica, y esta no estallará. Podrían quedar libre una importante cantidad de material radiactivo, pero esto se soluciona poniendo todo en un contenedor adecuado. ¿Te parece que es así, Alf?
    Para terminar, una pequeña crítica: ¿Por qué usar el neologismo explosionar cuando existe el verbo explotar?

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  10. Hola:
    Mi nombre es Carlos Roque Sánchez y escribo desde Sevilla, España.

    Os invito a que os paséis por mi blog de divulgación científica.

    http://enroquedeciencia.es

    Gracias.
    Un saludo.

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  11. "El nucleo", en mi vida he visto una película tan mala. Hay un momento en la película en la que se ve el circuito principal creado con... placas de montaje de FP!! XDD y luego el tio antando a través del magma... de lo peorcito, según mi gusto. Saludos :)

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  12. Un dato que falta por comentar, el material con el que se hacen las bombas nucleares y el combustible de un reactor nuclear no son lo mismo. Se diferencian en la concentración de isotopos de Plutonio ( o de Uranio ) altamente radioactivos. Por tanto por muy alta que sea la presión una barra de combustible nuclear no puede crear ni incrementar una explosión nuclear.

    Lo del comentario de añadir hidrogeno al lado de la bomba para incrementar la potencia sí funcionaria en teoría, pero no en la practica. En las bombas H el hidrogeno está colocado dentro de la bomba y no fuera. También se puede incrementar la potencia usando el Hidrogeno como compresor del Plutonio, pero deberia estar colocado de forma que ejerciera la misma presión alrededor de toda la esfera.

    Para desactivar una bomba nuclear, efectivamente, lo más sencillo es aporrear la bomba para romper los circuitos, dado que el que golpeara la bomba seguramente moriría contaminado por radiación, también se puede hacer con una pequeña explosión convencional que detone el resto de los explosivos asimetricamente o deforme la esfera de Plutonio. Si la bomba estubiese dentro de un contenedor de Plomo capaz de resistir la explosión convencional no habría ningún problema.

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  13. Como hay cosas que ya se han contestado (gracias Nop), iré directamente a lo que se ha quedado en el aire.

    Dado que se encuentran en el borde del núcleo interno terrestre y que la presión que hay en ese punto es enorme...

    El problema es que dentro de los módulos de la nave, la presión es normal. Incluso cuando son eyectados con la bomba. Eso queda claro cuando el científico "a lo Sagan" queda atrapado dentro de uno de ellos, y sigue vivo hasta que la cabeza nuclear explota.


    el material con el que se hacen las bombas nucleares y el combustible de un reactor nuclear no son lo mismo

    Cierto, aunque en la peli dejan caer que el reactor de la nave es "experimental". Lo que no sé es si un reactor así sería factible, o si tendría interés o ventajas sobre los actuales. Parece más bien una justificación pillada por los pelos.


    Y gracias a Carlos Roque por el enlace.

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  14. No sé que pasa, cada vez que intento comentar algo aquí no entra. Supongo que algo estará haciendo mal.

    En fin, a ver si de esta: hay una página muy buena y en español, llamada "portierramaryaire", que tiene una excelente explicación de la física y la ingeniería de las armas nucleares. Dice, por ejemplo, que ya no hay armas puras de fisión en los arsenales de las grandes potencias; todas las bombas, grandes o pequeñas, son de fusión (si bien el dispositivo primario siempre es de fisión). No tengo grandes conocimientos de física, pero me ha parecido una página excelente. Aterradora, claro, pero excelente.

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  15. Creo que ya sé lo que pasaba: ponía la dirección completa de la página web (con las tres uves dobles delante y el punto com detrás). ¿Hay alguna "cosilla" en la página que salta e impide el comentario si pones una dirección, Alf? Yo, es que como soy de la aldea y no entiendo de esto de la intennete...

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  16. Mmmm... Que yo sepa, no debería pasar nada por poner una dirección "a pelo". Sé que al enviar un comentario, se realiza alguna validación para ver si hay HTML "no adecuado", pero si no metes nada entre los símbolos de "<" y ">", no debería pasar nada.

    A ver...

    www.portierramaryaire.com

    Parece que funciona. No sé qué te ha podido pasar. A veces parece que hay duendes :-)

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  17. No si al final va ha resultar que eres el fan nº1 de esta peli jejejej,

    Un saludo!! Que es la primera vez que te escribo (creo) pero te sigo desde casi el comienzo. ALF RULES!

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  18. luchogrela (at) gmail.com24 junio, 2008 16:40

    Joder macho, pensaba que era yo el único que pensaba que esta película es lo más malo que se ha hecho nunca en lo que a ficción científica se refiere.

    Estoy convencido de que se puede sacar algo bueno de esta película: cuando la ciencia avance lo suficiente descubriremos que esta película viola principios y teorías físicas QUE TODAVÍA NO SE HAN FORMULADO.

    Saludos...

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  19. luchogrela (at) gmail.com24 junio, 2008 17:07

    (Y perdon por el offtopic)

    Gastón Corradi Leuman:

    explotar.

    (Del fr. exploiter, sacar provecho [de algo]).

    1. tr. Extraer de las minas la riqueza que contienen.

    2. tr. Sacar utilidad de un negocio o industria en provecho propio.

    3. tr. Utilizar en provecho propio, por lo general de un modo abusivo, las cualidades o sentimientos de una persona, de un suceso o de una circunstancia cualquiera.


    Este verbo explotar es un verbo transitivo puro, lo que significa que no acepta un complemento indirecto,

    Osea, que las cosas pueden "explotar" (pero de manera figurada) (esta forma la academia la acepta porque ha trascendido al uso cotidiano, pero a pesar de ello, cuando realizas la voladura de algo, lo estas explosionando.

    Ej: Los guionistas norteamericanos explotan el uranio con simples pedos. (Incorrecto)

    Ej: Los guionistas norteamericanos explosionan el uranio con simples pedos. (Correcto)

    Luego está el otro verbo explotar en cuya primera acepción se registra esa derivación del lenguaje coloquial del que te había hablado antes. Aunque se escriban igual y se conjuguen igual, son dos verbos distintos:

    explotar2.

    1. intr. explosionar (‖ hacer explosión).

    2. intr. Dicho de una persona: Manifestar violentamente un sentimiento, hasta ese momento reprimido. En Cuba, u. c. prnl.

    Pero ya ves que la preferida para la acción de realizar la voladura de algo (hacer explotar) siempre es la primera (explosionar).

    Saludos...

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  20. Al que le interese profundizar en el tema, pero a un nivel accesible, puede leer un articulo muy correcto de la web portierramaryaire.

    http://www.portierramaryaire.com/arts/bombasfision_1.php

    Complementa excepcionalmente esta informacion.

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  21. ¡Ja! ¡Ya sabía yo que buscando en Internet iba a encontrar la forma de hacer mi bomba atómica! Gracias, Alf. ;)

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  22. ¿Sabes algo sobre las ballenas que vemos en la peli a 240 m. de profunidad? es que a mi me parece que esas ballenas (jorobadas) bajan hasta 100 o 150 m.

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    Respuestas
    1. No sabría decirte. La zoología no es mi fuerte. Pero vamos, que no me estrañaría que también se colaran con eso.

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