Si usted observa el Uranio en su forma natural quizá le parezca un mineral poco llamativo y nada diferente de cualquier otra roca, lo mismo podría pasar con el Radio y el Polonio. Pero, en realidad son elementos extraordinarios. La naturaleza radioactiva de estos metales permitió visualizar una nueva fuente de energía. La proveniente del núcleo de los átomos, la energía nuclear.

Durante la segunda guerra mundial se sabía que quién lograse conquistar esta energía sería el vencedor. Como ya se dejaba ver con la teoría de relatividad especial de Albert Einstein la masa alberga una cantidad enorme de energía, y de resultar posible expulsar toda esa energía de un solo golpe en una bomba el poder destructivo sería descomunal.

Para explicar el funcionamiento de la bomba nuclear de fisión primero debemos familiarizarnos con la radioactividad. Volviendo a la idea del principio: a primera vista un cilindro de metal radioactivo se ve igual que cualquier otro metal. Sin embargo, si usted lo toca puede notar que a diferencia de un metal cualquiera este puede sentirse ligeramente tibio.

Esto se debe a la radioactividad del material, el núcleo atómico al momento de emitir radiación está liberando energía, esto puede notarse en la temperatura. Pongamos en términos simples la radiación de un material como la constante emisión de partículas, diminutos trocitos de materia que salen disparados del objeto radioactivo. Ahora, usted no necesita ser un físico prominente para hacerse la siguiente pregunta: ¿Qué las impulsa?

La respuesta esta ahí, en el núcleo del átomo. Tratamos con una fuente de energía diferente al carbón y la leña. Estos combustibles son fuentes de energía química, recordemos que la combustión no es más que una reacción química exotérmica (reacción que libera calor). Ahora bien, en el caso de la energía nuclear, la energía proviene de reacciones nucleares, valga la redundancia. (véase: fuerzas nucleares)

Hay dos tipos de reacciones nucleares: cuando núcleos ligeros se fusionan formando un núcleo nuevo más pesado, las reacciones de fusión. Y cuando núcleos grandes se desintegran en núcleos más pequeños, la fisión. En ambas, (sobre todo en la primera) se libera una gran cantidad de energía al modificarse la estructura del núcleo.

La masa crítica y la reacción en cadena

Al quemar carbón las brazas liberan energía lentamente a medida que se combinan químicamente con el oxígeno del aire. Sin embargo, si pulverizamos el carbón (combustible) y lo mezclamos con nitrato de potasio (comburente) y un poco de azufre (para facilitar la reacción) obtenemos la pólvora, una mezcla que no necesita del aire para arder y al hacerlo libera energía mucho más rápido.

Dentro de un reactor nuclear el material radioactivo toma un papel similar a las brazas ardiendo, y en la bomba atómica resulta análogo a la pólvora de un explosivo. En el primero se aprovecha el calor de una reacción de fisión controlada como fuente de energía, y al no tratarse de combustión no hay emisiones de bióxido de carbono, por ello es una fuente de energía limpia.

En ambos casos hay una reacción en cadena, para el caso del arma nuclear de fisión la reacción en cadena es descontrolada y en poco tiempo se libera una cantidad enorme de energía. La reacción en cadena se logra al obtener una masa crítica del material radioactivo, el cual deberá ser lo suficientemente inestable para que esta masa crítica sea de unos cuantos kilogramos.

Como se explicó anteriormente, un material radioactivo constantemente está emitiendo partículas, pueden ser partículas alfa, electrones, neutrones y radiación electromagnética (fotones). Los neutrones no poseen carga eléctrica y tienen una masa considerable. Estos son los «pedacitos de materia» que participan en la reacción en cadena.

Si un neutrón impacta un núcleo atómico lo suficientemente inestable (en términos simples, que no aguante ni un neutrón más) entonces este núcleo atómico se rompe y da lugar a núcleos más ligeros. Durante el rompimiento se libera energía (con la emisión de partículas muy veloces así como radiación electromagnética) y lo más importante: ¡varios neutrones salen disparados!

Los neutrones disparados pueden llegar a otros núcleos y desencadenar el mismo efecto. Imagine un núcleo que al romperse libera dos neutrones y estos rompen dos núcleos que liberan cuatro neutrones que rompen cuatro núcleos que liberan 8 neutrones que causan la liberación de otros 16, luego 32, 64, 128, 256, 512, 1024, 2048, 4096. . . En n pasos se habrán roto dos a la n núcleos.

Para que se haga una idea, después de solo treinta y dos pasos llegan a fisionarse más de cuatro mil millones de núcleos atómicos [2 a la 32 es 4,294,967,296]. Así, a causa del crecimiento exponencial, en cuestión de milésimas de segundo la reacción de fisión nuclear en cadena logra liberar energía de una inmensidad de núcleos atómicos.

Esto se traduce en una gran explosión. Cómo se describió, hay que hacer que un neutrón al ser liberado pueda impactar contra un núcleo. La difusión de neutrones debe ser adecuada y esto se logra juntando suficiente cantidad de material inestable, esto es la masa crítica.

En un reactor nuclear es posible controlar la reacción en cadena a través de un material mediador que frena la difusión de neutrones. Cálculos realizados dentro del proyecto Manhattan llevaron a la conclusión correcta de utilizar el grafito como material mediador. Se usó en los reactores encargados de enriquecer el material radioactivo (hacerlo suficientemente inestable) para la bomba.

Finalmente, es importante mencionar que el desarrollo de la bomba atómica durante la segunda guerra mundial tiene una cara amable: Muchas mentes brillantes trabajando en conjunto y con todo el apoyo económico de una nación, esto fue apostar por la ciencia, lo cual rinde frutos. La otra cara es por lejos terrible.