Las armas de fisión tipo pistola son armas nucleares basadas en la fisión cuyo diseño ensambla su material fisible en una masa supercrítica mediante el uso del método "pistola": disparar una pieza de material subcrítico a otra. Aunque a veces esto se representa como dos hemisferios subcríticos impulsados juntos para formar una esfera supercrítica, típicamente se dispara un proyectil hueco sobre una punta que llena el agujero en su centro. Su nombre es una referencia al hecho de que está disparando el material a través de una artillería.barril como si fuera un proyectil. Otros arreglos potenciales pueden incluir disparar dos piezas entre sí simultáneamente, aunque se desconoce si este enfoque se ha utilizado en diseños de armas reales.
Dado que es un método de ensamblaje relativamente lento, el plutonio no se puede utilizar a menos que sea puramente el isótopo 239. La producción de plutonio libre de impurezas es muy difícil y poco práctica. La cantidad requerida de uranio es relativamente grande y, por lo tanto, la eficiencia general es relativamente baja.
El método se aplicó en cuatro programas conocidos. Primero, el arma " Little Boy " que fue detonada sobre Hiroshima y varias unidades adicionales del mismo diseño preparadas después de la Segunda Guerra Mundial, en 40 bombas Mark 8 , y su reemplazo, 40 bombas Mark 11 . Tanto el diseño Mark 8 como el Mark 11 estaban destinados a ser usados como bombas que penetran la tierra (ver destructor de búnkeres nucleares ), para lo cual el método de tipo pistola fue preferido durante un tiempo por los diseñadores que no estaban seguros de que las armas de tipo implosión tempranas pudieran funcionar. detonar con éxito después de un impacto. El segundo programa fue una familia de proyectiles de artillería nuclear de 11 pulgadas (280 mm) , el W9 y su derivado W19 , más un W19 reempacado en un proyectil de 16 pulgadas (406 mm) para los acorazados de la Armada de los EE . UU . , El W23 . La tercera familia era un proyectil de artillería de 203 mm (8 pulgadas), el W33 . Más tarde, Sudáfrica también desarrolló seis bombas nucleares basadas en el principio de tipo pistola y estaba trabajando en ojivas de misiles utilizando el mismo diseño básico: ver Sudáfrica y armas de destrucción masiva .
Actualmente no se conocen armas de tipo pistola en servicio: los estados con armas nucleares avanzadas tendieron a abandonar el diseño a favor de las armas de tipo implosión , las armas de fisión potenciadas y las armas termonucleares . Los nuevos estados con armas nucleares tienden a desarrollar solo armas termonucleares y de fisión potenciada. Se han desmantelado todas las armas nucleares conocidas de tipo pistola fabricadas anteriormente en todo el mundo.
Niñito
El método de la "pistola" es más o menos cómo funcionaba el arma Little Boy, que fue detonada sobre Hiroshima , utilizando uranio-235 como material fisionable. En el diseño de Little Boy, la "bala" del U-235 tenía una masa de alrededor de 86 libras (39 kg), y tenía 7 pulgadas (17,8 cm) de largo, con un diámetro de 6,25 pulgadas (15,9 cm). La forma cilíndrica hueca lo hacía subcrítico. Fue alimentado por una carga de cordita . El pico de uranio objetivo fue de aproximadamente 57,3 libras (26 kg). Tanto la bala como el objetivo consistían en varios anillos apilados juntos.
El uso de "anillos" tenía dos ventajas: permitía que la bala más grande permaneciera subcrítica con confianza (la columna hueca servía para evitar que el material tuviera demasiado contacto con otro material) y permitía probar los ensamblajes subcríticos utilizando el misma bala pero con un solo anillo.
El cañón tenía un diámetro interior de 6,5 pulgadas (16,5 cm). Su longitud era de 70,8 pulgadas (1,8 m), lo que permitió que la bala se acelerara hasta su velocidad final de aproximadamente 1000 pies por segundo (300 m / s) [1] antes de entrar en contacto con el objetivo.
Cuando la bala está a una distancia de 9,8 pulgadas (25 cm), la combinación se vuelve crítica. Esto significa que algunos neutrones libres pueden hacer que la reacción en cadena tenga lugar antes de que el material pueda unirse por completo (ver reacción en cadena nuclear ).
Normalmente, la reacción en cadena tarda menos de 1 μs (100 sacudidas ), tiempo durante el cual la bala viaja solo 0,3 mm. Aunque la reacción en cadena es más lenta cuando la supercriticidad es baja, todavía ocurre en un tiempo tan corto que la bala apenas se mueve en ese tiempo.
Esto podría causar un apagón , una predetonación que haría estallar el material antes de crear una gran explosión. Por lo tanto, es importante que la frecuencia a la que se producen los neutrones libres se mantenga baja, en comparación con el tiempo de ensamblaje desde este punto. Esto también significa que la velocidad del proyectil debe ser suficientemente alta; su velocidad se puede aumentar, pero esto requiere un cañón más largo y pesado.
En el caso de Little Boy, el 20% de U-238 en el uranio tenía 70 fisiones espontáneas por segundo. Con el material fisionable en un estado supercrítico, cada uno dio una gran probabilidad de detonación: cada fisión crea un promedio de 2,52 neutrones, y cada uno tiene una probabilidad de más de 1: 2,52 de crear otra fisión. Durante los 1.35 ms de supercriticidad antes del ensamblaje completo, hubo un 10% de probabilidad de fisión, con algo menos de probabilidad de pre-detonación.
Inicialmente, el esfuerzo tipo pistola del Proyecto Manhattan se dirigió a fabricar un arma que usara plutonio como fuente de material fisionable, conocida como el " Hombre Delgado " debido a su extrema longitud. Se pensaba que si se podía crear una bomba tipo pistola de plutonio, entonces la bomba tipo pistola de uranio sería muy fácil de fabricar en comparación. Sin embargo, en abril de 1944 se descubrió que el plutonio producido en reactores ( Pu-239 ) está contaminado con otro isótopo de plutonio, Pu-240 , que aumenta la tasa de liberación espontánea de neutrones del material, lo que hace inevitable la detonación previa. Por esta razón, se cree que una bomba tipo pistola solo se puede utilizar con una bomba de uranio enriquecido.
Después de que se descubrió que el programa "Thin Man" no tendría éxito, Los Alamos redirigió sus esfuerzos hacia la creación del arma de plutonio de tipo implosión: " Fat Man ". El programa de armas cambió por completo al desarrollo de una bomba de uranio.
Aunque en Little Boy se utilizaron 132 libras (60 kg) de U-235 de grado 80% (por lo tanto, 106 libras o 48 kilogramos), el mínimo es de 44 a 55 libras (20 a 25 kg), frente a 33 libras (15 kg). ) para el método de implosión.
Los científicos que diseñaron el arma "Little Boy" estaban lo suficientemente seguros de su éxito como para no probar en el campo un diseño antes de usarlo en la guerra (aunque científicos como Louis Slotin sí realizaron pruebas no destructivas con ensamblajes subcríticos, peligrosos experimentos apodados haciendo cosquillas en la cola del dragón ). En cualquier caso, no se pudo probar antes de implementarlo, ya que solo había suficiente U-235 disponible para un dispositivo. Aunque el diseño nunca fue probado, se pensó que no había riesgo de que el dispositivo fuera capturado por un enemigo si fallaba. Incluso un "fizz" habría desintegrado por completo el dispositivo, mientras que las múltiples redundancias integradas en el diseño del "Little Boy" significaban que había una posibilidad insignificante o alguna de que el dispositivo golpeara el suelo sin detonar en absoluto.
Para un inicio rápido de la reacción en cadena en el momento adecuado, se utiliza un disparador / iniciador de neutrones. Un iniciador no es estrictamente necesario para un diseño de arma efectivo, [2] [1] siempre que el diseño utilice "captura de objetivos" (en esencia, asegurando que las dos masas subcríticas, una vez disparadas juntas, no puedan separarse hasta que exploten) . Teniendo en cuenta las 70 fisiones espontáneas por segundo, esto solo provoca un retraso de unas pocas veces 1/70 de segundo, que en este caso no importa. Los iniciadores solo se agregaron a Little Boy al final de su diseño.
Proliferación y terrorismo
Con respecto al riesgo de proliferación y uso por terroristas , el diseño relativamente simple es una preocupación, ya que no requiere tanta ingeniería o fabricación como otros métodos. Con suficiente uranio altamente enriquecido, las naciones o grupos con niveles relativamente bajos de sofisticación tecnológica podrían crear un arma nuclear ineficiente, aunque todavía bastante poderosa, de tipo arma.
Comparación con el método de implosión
Para los estados tecnológicamente avanzados, el método del tipo de pistola es ahora esencialmente obsoleto, por razones de eficiencia y seguridad (discutidas anteriormente). El método del tipo de pistola fue abandonado en gran medida por Estados Unidos tan pronto como se perfeccionó la técnica de implosión, aunque se mantuvo en el papel especializado de la artillería nuclear durante un tiempo. Otras potencias nucleares, como el Reino Unido y la Unión Soviética, nunca construyeron un ejemplo de este tipo de arma. Además de requerir el uso de U-235 altamente enriquecido, la técnica tiene otras limitaciones severas. La técnica de la implosión se adapta mucho mejor a los diversos métodos empleados para reducir el peso del arma y aumentar la proporción de material que se fisiona. Sudáfrica construyó alrededor de cinco armas de tipo pistola y ninguna de tipo implosión. Posteriormente abandonaron por completo su programa de armas nucleares . Fueron únicos en su abandono de las armas nucleares y probablemente también en la construcción de armas de tipo pistola en lugar de armas de implosión.
También existen problemas de seguridad con las armas tipo pistola. Por ejemplo, es intrínsecamente peligroso tener un arma que contenga una cantidad y forma de material fisionable que pueda formar una masa crítica a través de un accidente relativamente simple. Además, si el arma se deja caer desde un avión al mar, entonces el efecto moderador del agua de mar también puede causar un accidente de criticidad sin que el arma se dañe físicamente. Tampoco puede suceder con un arma de tipo implosión, ya que normalmente no hay suficiente material fisible para formar una masa crítica sin la detonación correcta de las lentes explosivas.
Artillería nuclear estadounidense
El método del cañón también se ha aplicado para proyectiles de artillería nuclear , ya que el diseño más simple se puede diseñar más fácilmente para resistir la rápida aceleración y las fuerzas g impartidas por un cañón de artillería, y dado que el diámetro más pequeño del diseño tipo cañón puede ser relativamente se ajusta fácilmente a proyectiles que se pueden disparar desde la artillería existente.
Un arma de artillería nuclear de tipo cañón estadounidense, la W9 , fue probada el 25 de mayo de 1953 en el sitio de pruebas de Nevada . Disparado como parte de la Operación Upshot-Knothole y con el nombre en código Shot GRABLE , un proyectil de 280 mm se disparó a 10.000 my detonó a 160 m sobre el suelo con un rendimiento estimado de 15 kilotones . Este es aproximadamente el mismo rendimiento que Little Boy , aunque el W9 tenía menos de 1/10 del peso de Little Boy (365 kg frente a 4000 kg, o 805 libras frente a 8819 libras). El caparazón tenía 1384 mm de largo.
Este fue el único proyectil de artillería nuclear que se haya disparado (con un arma de artillería) en el programa de pruebas de Estados Unidos. Fue disparado desde una pieza de artillería especialmente construida, apodada Atomic Annie . Se produjeron 80 proyectiles entre 1952 y 1953. Se retiró en 1957.
El W19 también era un proyectil nuclear tipo cañón de 280 mm, una versión más larga del W-9. Se produjeron ochenta ojivas y el sistema se retiró en 1963.
El W33 era un proyectil de artillería nuclear más pequeño, de 203 mm (8 pulgadas), que se fabricó a partir de 1957 y estuvo en servicio hasta 1992. Dos fueron disparados de prueba (detonados, no disparados con un arma de artillería), uno colgado debajo de un globo al aire libre, y uno en un túnel. [3]
Las versiones posteriores se basaron en el diseño de implosión.
Lista de armas tipo pistola de EE. UU.
Bombas
- Niño pequeño , 1945-1951
- Thin Man , cancelado
- Mark 8 ( destructor de búnkeres ), 1952-1957
- Mark 10 , cancelado
- Mark 11 ( destructor de búnkeres ), 1956-1960
Artillería
- W9 , 1952-1957
- W19 , 1955–1963
- W23 , 1956–1962
- W33 , 1957–1992
Otro
- Munición de demolición atómica T-4 , 1957-1963
- W8 para el misil de crucero SSM-N-8 Regulus , cancelado
Referencias
- ^ a b "Elementos de diseño de armas de fisión" , Preguntas frecuentes sobre armas nucleares , nuclearweaponarchive.org
- ^ "Las primeras armas nucleares: niño pequeño" . 2015-03-15. Archivado desde el original el 15 de marzo de 2015 . Consultado el 30 de diciembre de 2015 .
- ^ Operación Nougat en el sitio web nuclearweaponarchive.org, Carey Sublette (2005).
enlaces externos
- Simulación de "Little Boy" una simulación interactiva de la bomba atómica de diseño tipo pistola "Little Boy"