Bomba de hidrógeno y bomba atómica: la diferencia explicada

Una bomba atómica obtiene su energía dividiendo átomos pesados. Una bomba de hidrógeno obtiene la mayor parte fusionando átomos ligeros, y necesita una bomba atómica dentro para arrancar. Esa es la respuesta corta. La diferencia práctica es la potencia: las dos bombas usadas en la guerra en 1945 liberaron 15 y 21 kilotones, mientras que la primera bomba de hidrógeno, probada siete años después, liberó 10.400 kilotones.

Bomba atómica (de fisión)Bomba de hidrógeno (termonuclear)
ReacciónNúcleos pesados que se dividen en una reacción en cadenaNúcleos ligeros que se fusionan, más mucha fisión
CombustibleUranio-235 o plutonio-239Deuteruro de litio y tritio, con un detonador de fisión
Cómo arrancaExplosivos convencionales reúnen una masa críticaUna bomba atómica (el primario) enciende la etapa de fusión
Potencia típicaDe 1 a decenas de kilotones; la mayor prueba fue de 500 ktDe cientos de kilotones a megatones; se han probado 50 Mt
Primera pruebaTrinity, julio de 1945Ivy Mike, noviembre de 1952
Usada en guerraHiroshima y NagasakiNunca
La bomba atómica Little Boy sobre su soporte de manipulación
Little Boy, la bomba de uranio tipo cañón lanzada sobre Hiroshima. Tres metros de largo, unas 4,4 toneladas, 15 kilotones. Foto: US Department of Energy

Dividir y fusionar

Cuando un neutrón golpea un núcleo de uranio-235 o de plutonio-239, el núcleo se rompe en dos fragmentos más ligeros y expulsa dos o tres neutrones nuevos. Con suficiente material bien apretado en un mismo lugar, esos neutrones dividen más núcleos, y el número de fisiones se duplica más o menos cada centésima de microsegundo. Toda la liberación dura menos de una millonésima de segundo.

La fusión va en sentido contrario. Núcleos de hidrógeno pesado, deuterio y tritio, se fuerzan a unirse en helio, y la masa que se pierde en el proceso se convierte en energía. Kilo por kilo, la fusión de deuterio y tritio libera unas cuatro veces más energía que la fisión del uranio. El inconveniente es la temperatura: decenas de millones de grados, algo que ningún explosivo químico puede producir.

Diagrama que compara la fisión nuclear y la fusión nuclear
La fisión divide un núcleo pesado. La fusión une dos ligeros. Ambas convierten una pequeña cantidad de masa en una gran cantidad de energía.

Por qué una bomba de hidrógeno contiene una bomba atómica

La única fuente práctica del calor que necesita la fusión es una explosión de fisión. En el diseño de dos etapas que idearon Edward Teller y Stanisław Ulam en 1951, primero estalla una bomba de fisión llamada primario. Sus rayos X, que viajan a la velocidad de la luz, inundan la carcasa y comprimen la segunda etapa antes de que la explosión pueda destrozar el arma. El combustible comprimido se enciende.

El secundario está envuelto en uranio, y el torrente de neutrones rápidos de la fusión también fisiona ese uranio. En muchas armas termonucleares cerca de la mitad de la potencia total procede de este último paso de fisión. Así que el nombre «bomba de hidrógeno» solo es verdad a medias: es una bomba de fisión, fusión y fisión.

Esquema de un arma termonuclear de dos etapas
La disposición en dos etapas: el primario en un extremo, el secundario de fusión en el otro, dentro de una carcasa que canaliza los rayos X.

De 1945 a 1952

La bomba de fisión fue el producto del Proyecto Manhattan durante la guerra. Hiroshima fue destruida por un diseño de uranio tipo cañón que nunca se había probado; Nagasaki, por una bomba de implosión de plutonio idéntica al artefacto de Trinity. Las bombas de fisión crecieron deprisa tras la guerra, pero toparon con un techo. Cuanto más material fisible se pone en un arma, más difícil es evitar que reaccione antes de tiempo. La mayor bomba de fisión pura jamás probada, Ivy King en 1952, rindió 500 kilotones.

Dos semanas antes, Estados Unidos había probado Ivy Mike, un aparato refrigerado de 74 toneladas lleno de deuterio líquido. Produjo 10,4 megatones y borró una isla. En dos años el combustible líquido se había sustituido por deuteruro de litio sólido y la bomba de hidrógeno cabía en un avión. Un verdadero diseño soviético de dos etapas llegó en 1955; Gran Bretaña, en 1957; China, en 1967, y Francia, en 1968.

El artefacto termonuclear Ivy Mike en su edificio de pruebas
El artefacto Ivy Mike, apodado Sausage («salchicha»), antes de la prueba en Enewetak en 1952. Su combustible debía mantenerse a 250 °C bajo cero. Foto: US Department of Energy

Qué hay hoy en los arsenales

Casi todas las ojivas estratégicas desplegadas por Estados Unidos, Rusia, Gran Bretaña, Francia y China son termonucleares. El diseño tiene otra ventaja además de la potencia bruta: es eficiente. Una ojiva moderna de dos etapas que pesa unos cientos de kilos rinde varios cientos de kilotones, lo que permite que un misil lleve varias. Las armas de fisión pura siguen siendo el punto de partida de los nuevos estados nucleares, y los primarios de las ojivas modernas son a su vez artefactos de fisión reforzados con una pequeña carga de gas deuterio-tritio.

Potencias de explosiones famosas de fisión y termonucleares
Explosiones famosas de fisión y termonucleares en una misma escala. Cada paso del eje es diez veces el anterior.

Confusiones habituales

¿Una bomba nuclear es lo mismo que una bomba atómica? «Arma nuclear» abarca ambos tipos. «Bomba atómica» suele reservarse para las armas de fisión.

¿Una bomba de hidrógeno es más radiactiva? No necesariamente. La lluvia radiactiva depende sobre todo de cuánta fisión se produce y de si la bola de fuego toca el suelo. Un diseño limpio con poco uranio en el secundario produce menos lluvia radiactiva por kilotón; una explosión en superficie de gran potencia produce muchísima.

¿Se puede hacer una bomba de hidrógeno tan grande como se quiera? En principio las etapas pueden encadenarse; la bomba del Zar soviética usó tres y estaba diseñada para 100 megatones. En la práctica un arma así no tiene uso militar, como muestra la historia de la bomba del Zar.

Para comparar los dos tipos sobre un mapa, elige Little Boy y después una ojiva moderna de 800 kilotones en el simulador. Los detalles de cada diseño se explican en cómo funcionan las armas nucleares.