¿Qué es exactamente un Demon Core y por qué es tan infame?

‘The Demon Core’ era un núcleo de plutonio de masa subcrítica de 6,2 kg construido durante la década de 1940 para ser utilizado en armas nucleares. El núcleo resultó en la muerte de dos científicos, lo que le valió el apodo extraño y siniestro.

En la década de 1940, durante la Segunda Guerra Mundial, los Estados Unidos de América desarrollaron tres núcleos de plutonio radiactivo para utilizarlos en sus bombas nucleares. Entre estos, el primero se utilizó en Trinity Nuclear Test, la primera explosión nuclear del mundo. El segundo núcleo fue el corazón de la bomba nuclear ‘Fat Man’ lanzada sobre la ciudad de Nagasaki, Japón.

Se suponía que la tercera se usaría en otra bomba, que se lanzaría sobre la ciudad de Tokio. Sin embargo, Japón se rindió tras las detonaciones en Hiroshima y Nagasaki, y la guerra llegó a su fin.

Por lo tanto, la tercera bomba no tuvo un uso inmediato, y su núcleo, llamado ‘Rufo’ fue enviado al Laboratorio de Los Álamos en Nuevo México para la investigación. Aquí, recibió el apodo de ‘El núcleo del demonio. Entonces, ¿cómo se convirtió ‘Rufus’ en ‘The Demon Core’? ¡Vamos a averiguar!

implosión arma nuclear

Núcleo de plutonio utilizado en la bomba atómica (Crédito de la foto: Ausis/Wikimedia commons)

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¿Qué es el núcleo del demonio?

bola metalica

El Demon Core, a primera vista, parece una bola de metal ordinaria (Crédito de la foto: veinte20)

El núcleo Demon es un Esfera de plutonio-galio de 6,2 kg con un diámetro de 8,9 cm (más pequeño que una pelota de baloncesto). los plutonio-239 El isótopo utilizado en el núcleo es un elemento artificial producido en reactores nucleares. Es altamente inestable, radiactivo y se desintegra emitiendo partículas alfa, lo que daña nuestros tejidos.

Por lo tanto, el núcleo tiene un recubrimiento de níquel que bloquea las partículas alfa de corto alcance y también evita que el núcleo se oxide. Además, debido a la radiactividad, el núcleo está caliente al tacto.

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Las partículas alfa son de corto alcance. Sin embargo, la inhalación y el contacto con el torrente sanguíneo pueden ser fatales (Crédito de la foto: concepto con Shutterstock)

El núcleo funciona según el principio de la fisión nuclear. Pu-239 es un elemento fisionable. Es decir, al absorber un neutrón, el núcleo Pu-239 se divide en dos núcleos más pequeños liberando una gran cantidad de energía, junto con la liberación de 2-3 neutrones extra. Estos neutrones luego son absorbidos por otros núcleos de Pu y la fisión continúa. Esto resulta en un reacción nuclear en cadena.

Diagrama de energía nuclear de la reacción de fisión nuclear (OSweetNature) s

Pu-239 sufre fisión nuclear. (Crédito de la foto: OSweetNature/Shutterstock)

El núcleo está construido de tal manera que no entra en una reacción en cadena inmediatamente por sí mismo, sino solo cuando lo necesitamos.

¿Qué es el estado ‘supercrítico’?

Los materiales fisionables existen en tres estados; subcrítico, crítico y supercrítico.

Si los átomos de Pu están dispuestos de tal manera que, en promedio, cada evento de fisión no desencadena necesariamente otro evento de fisión, el sistema es Subcrítico. Una reacción en cadena no ocurre en este estado, y la fisión simplemente se extingue.

En promedio, si cada reacción de fisión desencadena exactamente ‘una’ nueva reacción de fisión, el sistema se vuelve Crítico e inicia una reacción en cadena constante. Los reactores nucleares funcionan según este principio.

Finalmente, en promedio, si cada reacción de fisión desencadena más de una reacción de fisión, el sistema obtiene Supercrítico. Esto da como resultado una reacción en cadena que crece exponencialmente.

Sin embargo, la tasa de fisión no llega hasta el infinito. La tasa de fisión sigue aumentando hasta que el sistema finalmente alcanza su límite. Después de un tiempo, debido a la cantidad excesiva de energía, el sistema explota y la reacción cesa. Los núcleos de las bombas nucleares se basan en este principio.

Estados de criticidad

Estados de criticidad

Así, en el núcleo, el plutonio debe mantenerse por debajo de cierta masa, denominada Masa critica. Es la cantidad mínima de material fisionable necesaria para sostener una reacción en cadena. Una vez que el plutonio alcanza su masa crítica, se inicia una reacción en cadena de fisión. Sin embargo, hay una trampa. Como sugiere el nombre, la masa crítica no depende solo de la “masa”.

Para una masa dada de plutonio, la masa crítica se puede lograr manipulando otros factores, como la concentración, la densidad o la pureza del material. En otras palabras, la criticidad se puede lograr aumentando la interacción plutonio-neutrón. Analicemos esto con un poco más de detalle.

¿Cómo alcanzar la criticidad?

Hay diferentes formas de alcanzar la criticidad de una determinada masa de plutonio.

1. Aumento de la concentración de plutonio

Cuanto más se acercan los átomos de plutonio, mayores son sus posibilidades de colisionar con un neutrón. Por lo tanto, una mayor concentración conduce a la criticidad.

Muchos factores nos ayudan a lograr una disposición compacta de los átomos de Pu. Éstos incluyen:

  • Forma: Una forma esférica es ideal para que los átomos estén más cerca. Por ejemplo, el galio ayuda a mantener el plutonio en forma esférica.
  • Densidad: Si la densidad es alta, habrá una gran cantidad de átomos empaquetados en un volumen pequeño.
  • Pureza: Cuanto más puro es el material, mayor es la concentración de átomos de Pu.

2. Reducción de la pérdida de Neutrones

En una reacción de fisión, no todos los neutrones liberados son capturados por otros núcleos. Algunos de los neutrones de movimiento rápido se filtran o escapan sin sufrir una reacción adicional. El uso de reflectores de neutrones resuelve este problema. Reflejan los neutrones de regreso al sistema y ayudan a alcanzar la criticidad sin cambiar la masa de plutonio.

Experimentos de criticidad

En el Laboratorio de Los Álamos, los científicos comenzaron experimentos de criticidad para ver hasta dónde podía llegar el núcleo antes de alcanzar la criticidad. Utilizaron reflectores de neutrones para evaluar la eficiencia del núcleo. El Demon Core estaba un 5% por debajo de la criticidad, lo que significa que incluso un pequeño disparador podría iniciar la reacción en cadena nuclear.

plutonio: Estado subcrítico

La supercriticidad inicia una reacción en cadena exponencial

Los experimentos de criticidad son extremadamente peligrosos. Una vez que el núcleo se vuelve crítico, se inicia la reacción de fisión y se emite una cantidad letal de energía y radiación de neutrones, más que suficiente para matar a cualquiera que se encuentre cerca.

Teniendo en cuenta los peligros involucrados, el famoso físico Richard Feynman supuestamente describió el experimento como “Hacer cosquillas en la cola de un dragón dormido”. Sus palabras luego se hicieron realidad. En dos años, dos destacados científicos sucumbieron al fuego del dragón.

La primera víctima: Harry Daghlian

En 1945, el físico estadounidense Harry K. Daghlian comenzó a realizar experimentos de criticidad. El puso Ladrillos de carburo de tungsteno alrededor del núcleo para reflejar los neutrones en él. Probó diferentes números de ladrillos y diferentes orientaciones para ver qué acercaría más al núcleo a la criticidad.

Montaje experimental de Daghlian

Montaje experimental de Daghlian. Ladrillos de carburo de tungsteno utilizados como reflectores de neutrones (Crédito de la foto: Laboratorio Nacional de Los Álamos/Wikimedia commons)

Sin embargo, la curiosidad se apoderó de él. Intentó probar el núcleo hasta su límite máximo. El 21 de agosto de 1945, cuando estaba a punto de colocar un último ladrillo, el contador indicó que colocar un ladrillo más haría que el núcleo se pusiera “supercrítico”. En ese momento, trató con cuidado de quitar el ladrillo, pero accidentalmente ¡LO DEJÓ CAER!

¡El dragón estaba despierto!

Hubo un brillante destello de luz azul y una oleada de calor mientras el ladrillo caía sobre el núcleo. Daghlian recibió alrededor de 500 rads de radiación, que es mucho más alto que el límite máximo de 200 rem. Inmediatamente recuperó el ladrillo, pero esos segundos de exposición ya habían cavado su tumba. Pronto, entró en coma y murió 25 días después por exposición a la radiación. Esta fue la primera muerte debido a un experimento de criticidad.

Monumento a Harry K. Daghlian en Caulkins Park

Memorial de Daghlian (Crédito de la foto: Pi.1415926535/Wikimedia commons)

La segunda víctima: Louis Slotin

El 21 de mayo de 1946, el núcleo Demon reclamó su segunda víctima, Luis Slotin—un físico que fue compañero de trabajo de Daghlian en el Proyecto Manhattan. Coincidentemente, falleció otro día 21 en el mismo hospital que su colega.

Tras la muerte de Daghlian, Slotin continuó con los experimentos de criticidad, pero en lugar de ladrillos, utilizó dos Semiesferas de berilio como reflectores de neutrones.

EXPERIMENTO DE CRITICIDAD SLOTINS

Configuración de Slotin. Mitades de berilio como reflectores de neutrones

Colocaría el núcleo dentro del hemisferio inferior y bajaría lentamente la esfera superior sobre él. Bajar la esfera aumentaría la reflexión de neutrones y conduciría a la criticidad. Sin embargo, si la esfera exterior encerrara totalmente el núcleo, la reflexión completa de los neutrones haría que el núcleo se volviera “supercrítico”. Por lo tanto, el experimento requería colocar dos cuñas entre los hemisferios para evitar que se cerrara por completo.

Slotin fue brillante, pero imprudente, y en lugar de las cuñas, simplemente usó la punta de un destornillador de cabeza plana para evitar que los hemisferios encierren el núcleo. Inclinaba el destornillador para ajustar la esfera y notaba el cambio de criticidad. El 21 de mayo, estaba realizando un experimento similar con otros 7 colegas cuando ¡EL DESTORNILLADOR SE PASÓ! El caparazón encerró el núcleo y se volvió “supercrítico”.

Hubo una ola de calor similar y una luz azul. Slotin inmediatamente avisó a la esfera, pero ya estaba expuesto a una cantidad letal de radiación (1000 rads). Nueve días después, falleció debido a una enfermedad por radiación. Según los médicos, su cuerpo había experimentado algo similar a una “quemadura solar tridimensional”.

El accidente de Slotin fue el resultado de un mero descuido

El accidente de Slotin fue el resultado de un mero descuido

Conclusión

Los experimentos de criticidad resultaron indirectamente en la muerte de otras personas, incluidos científicos y guardias de seguridad presentes durante el incidente. La muerte de dos destacados científicos desató un debate sobre las precauciones y medidas de seguridad que se deben seguir durante los experimentos científicos. Como resultado, el gobierno detuvo los experimentos de criticidad, dados los riesgos involucrados. Además, el núcleo de plutonio recibió su apodo de “Demon Core”.

Es alucinante pensar que una pequeña esfera de metal puede ser tan peligrosa. Demuestra cuán extraño y sorprendente es realmente el universo. La película de 1989 “Fat Man and Little Boy” retrata una representación visual del núcleo y el accidente de criticidad. Después de los incidentes, las autoridades fundieron el núcleo del demonio y lo refundieron para construir nuevos núcleos. Así, el núcleo llegó a su fin y se convirtió en parte de una nueva era de armamento y experimentación.

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