Noticia Nº30: Trinitita

Noticia Nº30: Trinitita

A pesar de lo que sugiere su nombre, la trinitita no es un mineral o una roca. Ni es natural. Es un vidrio de color verde o verde grisáceo, con aspecto de escoria, que se formó en un lugar y momento concreto, durante uno de los hechos históricos mas decisivos del siglo XX: La primera explosión nuclear de la Historia, el 16 de Julio de 1945 en Alamogordo (Nuevo Mexico, USA).

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Fragmentos de trinitita

Se acercaba el final de la Segunda Guerra Mundial. El Proyecto Manhattan llevaba desarrollándose desde 1941, cuando el presidente Roosevelt, motivado por la posibilidad de que los Nazis alemanes consiguieran desarrollar un nuevo tipo de arma de destrucción masiva, una bomba nuclear, autorizó la puesta en marcha de uno de los proyectos técnicos, científicos e industriales mas ambiciosos de toda la Historia. Un enorme esfuerzo contrarreloj que implicó a físicos, químicos, ingenieros, matemáticos y miles de trabajadores auxiliares. Durante su desarrollo, los hitos científicos del proyecto en el campo de la física y la química, poco conocidos por el público, pero importantes, fueron muy grandes (ahora tengo en mi escritorio un libro de 1000 páginas titulado “la química analítica del proyecto Manhattan”, donde se detallan todos los nuevos procedimientos desarrollados, como por ejemplo la espectroscopía de rayos X o de masas). Pero su primer y dramático fruto, surgido en 1945 de las instalaciones de Los Alamos en Nuevo México, fué éste:

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foto: http://nuclearweaponarchive.org/

Conocido como The Gadget, es el primer prototipo funcional de una bomba nuclear. En la foto lo vemos el dia 15 de Julio de 1945, totalmente montado y listo para explotar durante el test Trinity, destinado a comprobar experimentalmente todas las predicciones teóricas desarrolladas los últimos tres años. The Gadget era un dispositivo de implosión: un explosivo convencional comprime el núcleo de plutonio-239 de la bomba, desencadenando una reacción de fisión en cadena y liberando una cantidad de energía jamás vista antes.

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A la una de la tarde del día 12 de Julio de 1945, Herbert Lehr (en la foto) lleva el núcleo de plutonio de la bomba a la sala de montaje. El plutonio-239 es un isótopo fácilmente fisible fabricado por irradiación de uranio con neutrones. Este fué uno de los primeros retos del proyecto: obtener suficiente plutonio puro a partir de uranio en el Reactor B, en la planta secreta de producción de plutonio en Hanford (Washington), ahora no utilizada y visitable.

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El reactor B de Hanford, construido para la fabricación de plutonio a partir de uranio.

El Gadget fué colocado en lo alto de una torre metálica de acero, un detalle importante, como veremos despues. La torre, con la bomba en la casetita, se volatilizó completamente en la explosión:

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El plutonio-239 sostiene fácilmente una reacción en cadena, en la que un neutrón rompe un núcleo atómico de plutonio en dos fragmentos y liberando varios neutrones que rompen otros núcleos y así sucesivamente. La reacción en cadena se extiende en un tiempo inferior a un milisegundo, provocando la liberación explosiva de la energía producida por la ruptura de los núcleos:

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El impacto de un neutrón rompe el núcleo en dos fragmentos, liberando una media de 2.88 neutrones que, a su vez, pueden romper otros núcleos. El resultado es que se producen dos distribuciones de productos de fisión. Algunos de los más abundantes son los mostrados en la figura. El problema es que éstos productos de fisión son altamente inestables y radiactivos y algunos, además, son volátiles o gases (como el Xenon-136). Los neutrones liberados provocan la activación de elementos estables con los que se encuentran. El resultado es una enorme contaminación radiactiva, además, lógicamente, de una gigantesca y destructiva explosión:

 

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Vídeo de la explosión filmado desde una distancia de 32 km y la única foto en color tomada ese día.

El dia 16 de Julio de 1945, a las 5:29 de la mañana, se detonó el Trinity Gadget, teniendo lugar la primera explosión nuclear de la Historia, con un rendimiento aproximado de 20 kilotones. La explosión fué mas potente de lo esperado, destruyendo algunos instrumentos científicos ubicados a cierta distancia del punto cero y formando un crater de unos 100 metros de diámetro. Tras la explosión, que sorprendió totalmente a los científicos por su potencia y efecto, Kenneth Bainbridge, director científico del test Trinity, exclamó: “Ahora somos todos unos auténticos hijos de puta” No le faltaba razón, pues las dos siguientes bombas desarrolladas tras el éxito del experimento Trinity, Little Boy Fat Man, mataron a unas 246000 personas, básicamente civiles no combatientes, de las cuales mas o menos la mitad murieron por las explosiones y la otra mitad debido a la intensa contaminación radiactiva.

El calor (mayor que el de la superficie del Sol) fundió la arena y polvo levantados por la explosión, que formaron gotas de vidrio fundido enormemente radiactivas que llovieron en un radio de cientos de metros alrededor del punto cero. La radiactividad de éstas escorias de vidrio se debe a que absorbieron productos de fisión y elementos formados por activación neutrónica.

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Costra de Trinitita en los alrededores del punto cero, poco tiempo después de la explosión

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Curiosamente, la trinitita tenía un bonito color verde (debido a su contenido en Tierras Raras?) y muchos fragmentos eran un vidrio transparente. Su aspecto y el simbolismo asociado, hicieron que muchas se tallaran para joyería. Sin embargo, la alta radiactividad que emitían hizo imposible su uso. Ahora, 70 años despues, la trinitita ha perdido la mayor parte de su radiactividad, por lo que puede manejarse sin ningun riesgo.

 

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Trinitita escoriacea.

 

Análisis de la Trinitita y origen de los isótopos

Aunque ya es muy poco radiactiva, permaneciendo sólo los isótopos de vida media mas larga, el análisis de la Trinitita mediante espectrometría gamma nos revela aspectos interesantes de la reacción de fisión nuclear:

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Este es el espectro gamma de la Trinitita que he realizado yo mismo sobre unas muestras recogidas en el Trinity site de Alamogordo (NM, USA), en la proximidad del punto cero de la explosión. La Trinitita es rara, ya que la mayor parte fué recogida por bulldozers y enterrada, para disminuir la contaminación radiactiva y facilitar el trabajo de los científicos que estudiaron los efectos de la explosión.

Los elementos radiactivos dominantes y sus origenes son:

  • Cesio-137: con un periodo de semidesintegración de 30 años, es uno de los principales productos de fisión del plutonio. Formado directamente en la explosión y acumulado en el vidrio fundido, es el elemento que, actualmente, proporciona la mayor parte de la radiactividad a la muestra. El cesio es muy volátil en las condiciones de la explosión y es uno de los responsables mas peligrosos de la contaminación radiactiva.
  • Americio-241: su persistencia será larga, ya que su periodo de semidesintegración es de 410 años. El Americio no se forma en la explosión, sino que es un producto de captura neutrónica del plutonio-239. Su presencia es un indicador indirecto de la presencia de plutonio-239 en la muestra, cuya emisión gamma es muy poco energética.
  • Europio-152: Este es un elemento formado por activación neutrónica. Los neutrones liberados en la explosión reaccionan con núcleos de europio-151 estable presente en la arena u otros materiales, formando europio-152 radiactivo.
  • Bario-133: Formado por activación neutrónica de uno de los isótopos naturales del bario, el Ba-132. Se piensa que el origen del bario está en el explosivo utilizado para detonar la bomba, llamado Baratol y formado por nitrato de bario.
  • Cobalto-60: Su periodo de semidesintegración es de poco más de 10 años, por lo que ya es casi indetectable. Se formó por activación del cobalto presente en el acero de la torre y los materiales de la bomba.
  • Uranio y plutonio: observables por la emisión de rayos X. Proceden de los materiales de la bomba.

Esta combinación de elementos es característica de la Trinitita y permite distinguirla de otros vidrios formados en otras explosiones nucleares. Aunque pueda parecer mucho, en realidad la muestra es muy poco radiactiva y los elementos reseñados están en cantidades ínfimas, indetectables utilizando análisis químicos habituales.

Si alguien tiene una muestra, de Trinitita u otra cosa con elementos radiactivos, y necesita caracterización, puede contactar conmigo sin problema. Utilizando la espectrometría gamma, se puede desvelar que isótopos radiactivos contiene.

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Esta entrada participa en la LIII edición del Carnaval de Química, alojada en el blog quimidicesnews de @quimidicesnews

CARNAVAL

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