Como funcionam as armas nucleares

Uma arma nuclear libera energia não da química, como o TNT, mas do próprio núcleo do átomo. Uma única ogiva do tamanho de uma geladeira pode liberar mais energia do que todas as bombas lançadas na Segunda Guerra Mundial juntas. Há dois mecanismos básicos: fissão e fusão.

Invólucro da bomba nuclear de implosão “Fat Man” — A bomba de implosão “Fat Man”: o projeto de plutônio comprovado no teste Trinity e lançado sobre Nagasaki.

Diagrama de reação em cadeia de fissão — Uma reação em cadeia de fissão: cada divisão libera energia e nêutrons que provocam novas divisões.

Fissão: dividir átomos pesados

Certos isótopos pesados (urânio-235 e plutônio-239) se partem em dois fragmentos mais leves quando atingidos por um nêutron, liberando energia e dois ou três nêutrons novos. Se houver material suficiente e compacto o bastante (uma massa crítica), esses nêutrons provocam novas fissões e a reação cresce exponencialmente: cerca de 80 gerações de duplicação acontecem em menos de um microssegundo.

O problema de engenharia é manter o material subcrítico até o instante da detonação. Duas soluções foram construídas em 1945:

Tipo canhão: um pedaço de urânio é disparado por um cano contra outro. Simples e tão confiável que nunca foi testado por completo antes do uso: foi a Little Boy, a bomba de Hiroshima, de cerca de 15 quilotons.
Implosão: uma esfera de plutônio é comprimida até a supercriticidade por explosivos convencionais detonados com sincronia precisa. Esse projeto foi comprovado no teste Trinity e usado na Fat Man sobre Nagasaki.

Armas puramente de fissão chegam no máximo a algumas centenas de quilotons: a maior já testada, Ivy King, atingiu cerca de 500 kt.

Bola de fogo do teste nuclear Trinity — A bola de fogo do Trinity, 1945: a primeira detonação do projeto de implosão.

Fusão: o salto termonuclear

A fusão une núcleos leves (deutério e trítio) e libera ainda mais energia por grama, mas exige temperaturas de dezenas de milhões de graus. O único “fósforo” prático é a própria bomba de fissão. No projeto em estágios Teller–Ulam, um “primário” de fissão detona primeiro, e seus raios X comprimem e inflamam um “secundário” de fusão fisicamente separado antes que a bomba se despedace. Em princípio, os estágios podem ser encadeados indefinidamente; foi assim que a União Soviética chegou a 50 megatons com a Bomba Tsar.

A maioria das ogivas modernas segue projetos termonucleares de dois estágios, normalmente reforçadas (boosted): alguns gramas de gás deutério-trítio injetados no primário elevam muito sua eficiência, o que permite ogivas pequenas, leves e seguras que ainda assim têm potência de centenas de quilotons.

Por que as ogivas modernas são “menores”

Os mísseis da Guerra Fria eram imprecisos, e as superpotências compensavam com ogivas de vários megatons. À medida que os sistemas de orientação melhoravam, a precisão substituiu a força bruta: uma ogiva estratégica típica em serviço hoje, como a americana W88 (455 kt) ou a ogiva do Topol russo (800 kt), fica muito abaixo dos monstros de vários megatons dos anos 1960, e um míssil agora leva várias ogivas com alvos independentes (MIRV) em vez de uma só gigante.

Veja a diferença você mesmo

A melhor forma de entender esses números é compará-los no mapa: experimente a bomba de Hiroshima, de 15 kt, depois uma ogiva moderna Topol de 800 kt sobre Washington, depois a Bomba Tsar de 50 megatons, tudo no simulador. O modo como a destruição de fato acontece é explicado em efeitos de uma explosão nuclear.