Miércoles, 14 Septiembre 2016 14:38
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El ensayo nuclear de Corea del Norte


    Arturo Menchaca

El pasado nueve de septiembre nos enteramos de que Norcorea realizó un ensayo nuclear que ha generado preocupación mundial. Hace no mucho el programa nuclear de Irán era el que originaba la noticia. Curiosamente, por el nivel técnico que se requiere para entender lo que está pasando en esos países, el público en general sólo se entera de que unos tienen y que otros podrían tener bombas nucleares, sin entender realmente qué tan cerca o tan lejos están unos y otros de lograrlo. En el caso de Irán se habla de enriquecimiento de uranio; y en el caso de Norcorea se utiliza plutonio. ¿Por qué esas diferencias? Este texto trata de explicárselo para que tenga una idea más clara de lo que está pasando.

Lo básico para comprender la problemática inicia por entender que la materia está compuesta de átomos, cuya estructura con frecuencia vemos representada como una especie de sistema solar en que los electrones (eléctricamente negativos) dan vuelta alrededor del núcleo. Este último está, a su vez, compuesto de dos tipos de partículas: los protones (eléctricamente positivos) y los neutrones (sin ella). Ya que en condiciones de equilibrio el átomo es eléctricamente neutro, y que la carga eléctrica de un protón es igual en magnitud a la del electrón, el núcleo debe tener tantos protones como el átomo tiene electrones para que el conjunto sea neutro. Es decir, el núcleo mantiene unidos a un cierto número (que llamaremos Z) de protones, cuyas cargas tienen el mismo signo y que por lo tanto se repelen. Por otro lado, los N de neutrones que tiene un núcleo, aunque no se repelen, tampoco se atraen eléctricamente. Entonces, uno se pregunta ¿qué garantiza que el núcleo se mantenga unido? La respuesta es que entre sus Z protones y sus N neutrones, en el núcleo actúa una fuerza atractiva muy intensa que, por falta de imaginación, los físicos nucleares denominan simplemente la "fuerza fuerte".

El otro “ingrediente” que hace falta agregar es que la atracción fuerte sólo actúa a distancias muy cortas, como si fuese un pegamento de contacto. Así, a distancias mayores, por ejemplo en núcleos con Z y N grande, la fuerza repulsiva eléctrica llega a vencer la atracción fuerte, razón por la cual no existen núcleos estables con Z > 83. Es decir, la estructura de los núcleos se debate entre la atracción nuclear fuerte y la repulsión eléctrica. En una primera aproximación, el origen de la energía nuclear no es conceptualmente distinto al de la energía química. En esta última, uno gana uniendo átomos y/o moléculas lo mismo que se pierde al separarlos. El equivalente nuclear es la energía de fusión, cuyo nombre lo dice todo. Tal es el mecanismo que produce la energía del Sol y de las estrellas, que funden principalmente núcleos de hidrógeno para producir núcleos de helio. La gran diferencia entre la energía química y la nuclear de fusión, es que la segunda es típicamente un millón de veces más intensa que la primera. Sin embargo, hasta ahora ha sido imposible producir de manera estable y durable la fusión nuclear en un laboratorio terrestre, como para permitir su uso pacífico. Por cierto, también es posible ganar energía fundiendo, por ejemplo, tres núcleos de helio para producir uno de carbono, o cuatro para producir uno de oxígeno, y así sucesivamente. No obstante, para núcleos con Z > 26 la repulsión eléctrica hace que el mecanismo de ganancia de energía tienda a invertirse. Es por eso que en la Tierra los elementos químicos más pesados que el hierro (Z=26) son muy escasos. Por esa razón, la plata (Z = 47) y el oro (Z = 79) son más caros que el aluminio (Z=13) o el cobre (Z=29). Los casos relevantes aquí son el uranio (Z=92) o el plutonio (Z=94) que, por lo recién dicho, se desintegran espontáneamente. La presencia de un cierto número N neutrones en esos núcleos juega un rol estabilizador que hace, por ejemplo, que el núcleo (o isótopo) de uranio que tiene N=146 (U238) sea más estable ante la fisión que el que tiene N=143 (U235). Algo parecido ocurre con los isótopos del plutonio, en que el Pu239 se fisiona más fácilmente que los demás.

Es importante aclarar que los dos isótopos del uranio que se han mencionado, aunque son inestables, aún se encuentran de manera natural en la Tierra, siendo 99.3 % la fracción del U238, contra tan solo 0.7% del U235. En cuanto al plutonio, su abundancia natural es tan escasa que el isótopo que se utiliza para las aplicaciones energéticas (Pu239) proviene de reactores nucleares de uranio, donde se genera como un residuo. Como habrá imaginado el lector, es la facilidad con que se fisionan el U235 y el Pu239, la que permite su aplicación bélica. Cabe agregar que la gran energía en una bomba de fisión permite, en determinadas condiciones, servir de detonador para iniciar la fusión del hidrógeno, más precisamente de isótopos pesados del hidrógeno, como lo son el deuterio y el tritio, para producir lo que se denomina una bomba H, o de hidrógeno.

Retomemos el caso de Irán, cuyo problema es el “enriquecimiento” del uranio. Eso quiere decir, que a partir del uranio natural se debe encontrar la manera de obtener muestras que tengan mucho más que 0.7% de U235. Estamos hablando de 4% para aplicaciones pacíficas (generación de energía eléctrica) y de 90% para hacer bombas de fisión. El proceso de enriquecimiento se basa en que la pequeña diferencia de masa que hay entre el U238 y el U235 permite la separación por difusión utilizando un centrifugado iterativo, las famosas ultracentrífugas. Así, la negociación reciente de la comunidad internacional con Irán fue que ese país permitiera verificar que el enriquecimiento en sus plantas no rebase 4%. Por su parte, aunque Norcorea posee uranio, su estrategia ha sido rescatar el Pu239 de sus reactores nucleares, construidos con tecnología rusa. Esto le permitió detonar su primer bomba en el año 2006. A partir de ahí, ha podido probar 4 bombas más, y se cree que tiene suficiente Pu239 para construir otras 22.

El incremento paulatino en la potencia de sus artefactos, desde 0.7 kilotones en 2006 hasta 30 kilotones en la prueba de septiembre 2016, es considerable pero insuficiente para afirmar que se trata de una bomba de hidrógeno. Como referencia, la bomba de fisión que destruyó Hiroshima tenía 15 kilotones, mientras que una bomba de hidrógeno debe tener al menos diez veces más potencia. Aún así, es posible que la última bomba norcoreana haya contenido hidrógeno, y que ello haya permitido aumentar su potencia, pero de ninguna manera se trataría de una bomba que utiliza su hidrógeno eficientemente. Otro factor faltante para que Norcorea sea una verdadera amenaza nuclear es que sus bombas tengan dimensiones lo suficientemente pequeñas como para ser transportadas por sus misiles, lo cual a juicio de los expertos, está lejos de ocurrir. En todo caso, el que Kim Jong-un declare que una de sus bombas puede desaparecer a Estados Unidos del planeta es a todas luces una más de sus exageraciones.


Coordinador General del Consejo Consultivo de Ciencias e
Investigador del Instituto de Física de la UNAM
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