El misterio de la bomba atómica que quisieron fabricar los científicos nazis

Si hay unos días que difícilmente serán alguna vez olvidados por la historia son aquellos en los que -en plena Segunda Guerra Mundial- el gobierno de Estados Unidos lanzó dos bombas atómicas sobre las ciudades de Hiroshima y Nagasaki. No es para menos, pues aquel terrible acto de 1945 se tradujo en cientos de miles de muertos, en un horror inimaginable y, para colmo, en una condena nuclear que pervivió durante décadas en Japón.

Sin embargo -y desde el punto de vista militar- estas bombas cumplieron su cruel objetivo: obligar al país nipón a llenar una ingente cantidad de ataúdes y, finalmente, capitular ante los aliados. Viendo su triste efectividad no resulta extraño afirmar que, durante la guerra, se inició una carrera armamentística increíble entre los diferentes países con el objetivo de obtener el que, para muchos científicos, sería el explosivo más efectivo del planeta.

Así pues, desde la potente Estados Unidos hasta U.R.S.S. de Stalin se embarcaron en sus respectivos proyectos nucleares con el objetivo de utilizar la energía acumulada en los átomos para dar un cruel escarmiento a sus enemigos. De la misma forma, el régimen nacionalsocialista de Adolf Hitler también sintió la llamada de la supremacía armamentística y, como ya hiciera en otros tantos campos, puso a sus físicos a trabajar en el proyecto.

La ciencia en el Tercer Reich:

La historia de cómo Alemania combatió (científicamente hablando) para obtener la bomba atómica comenzó en 1939. Por aquel entonces, Adolf Hitler -en la política y como Fürer de Alemania, gracias a unas elecciones- ya había atacado con sus legiones Panzer a la maltrecha Polonia y había logrado provocar una guerra que, a la postre, sería mundial. Fue en ese momento también en el que Peter Debye (director del Instituto Káiser Guillermo de Física –una de las instituciones más respetadas en la materia del país-) recibió una carta del Führer informándole que, en lo sucesivo, su organismo dejaría a un lado las investigaciones tradicionales.

Por el contrario, éstas pasarían a tener una finalidad más útil a la causa militar y menos elevada a nivel científico. “El 16 de septiembre de 1939, dos semanas después de que Inglaterra declarara la guerra a Alemania, Debye recibió una carta […] que declaraba que el Instituto Káiser Guillermo de Física quedaría destinado a fines “tecnológico-militares y actividades relacionadas con la economía de guerra”, explica Philip Ball en su último libro “Al servicio del Reich. La física en tiempos de Hitler”.

A su vez, los altos cargos del gobierno se encargaron de recordarle en la misma misiva que –ya que se hallaba inmerso en una nueva sociedad aria- debería cambiar su nacionalidad holandesa por la alemana para poder seguir al frente de sus experimentos. A Debye no le hizo demasiada gracia la idea, pues preparó el petate y se marchó a Estados Unidos para vender sus secretos científicos a los Estadounidenses. Y es que, según parece, estos eran mucho más tolerantes en lo que a las nacionalidades se refiere (sobre todo, si podían dar de paso un buen puntapié en las posaderas a Hitler).

Dejando a un lado este cambio de chaqueta, los alemanes se vieron obligados a sustituir a su antiguo director por Werner Heisenberg. Éste, como cabía esperar, heredó las tareas que le habían sido encargadas a su predecesor. La primera fue mantener la gran ventaja que tenía Alemania con respecto al resto de sus competidoras, a las cuales adelantaba varios años en lo que a ciencia se refiere.

“En los años 20 y primeros 30 la ciencia alemana –en la que se incluye la austríaca y la realizada por científicos no alemanes en Alemania- […] dominaba la física y la radioquímica mundiales. Tan sólo unos pocos nombres fuera de este ámbito […] podían compararse con la pléyade de figuras germanas, explica el físico español Francisco José Ynduráin en su dossier -El club del Uranio de Hitler y el programa atómico alemán en la IIGM- ”.

A su vez, Heisenberg recibió el encargo de analizar las investigaciones de Fritz Strassmann y Otto Hahn, quienes habían descubierto a finales de 1938 que era posible dividir (o fisionar, en términos científicos) el Uranio bombardeándolo con neutrones. El hallazgo puede ser considerado trivial, pero lo cierto es que varios expertos ya habían informado a Hitler de las posibilidades que implicaba este descubrimiento. “Al mismo tiempo que (dos investigadores) dijeron en Hamburgo que aquel descubrimiento podía utilizarse para generar energía y fabricar armas, (otros señalaron) que podía construirse gracias a él un reactor nuclear”, determina Ball.

En base a esta petición, varios miembros del instituto, junto con otros tantos colegas, crearon el “Club del Uranio” (o “Uranverein”), una organización con dos misiones principales: usar la energía nuclear para elaborar un explosivo con “un poder destructor desconocido hasta hoy” (como afirmó el propio Heisenberg) y crear un reactor –llamado “Uranmaschine”- en alemán- que pudiera generar energía para alimentar los miles de carros de combate y submarinos al servicio de la “Wehrmacht” y la “Kriegsmarine”.

El funcionamiento de una bomba atómica:

Aunque a día de hoy se sabe pormenorizadamente cuál el funcionamiento de las armas nucleares, en aquellos años el desconocimiento era absoluto. De hecho, habían pasado sólo tres décadas desde que Marie Curie había empezado a poner algo de luz sobre la radioactividad. Sin embargo, aunque eran unos “novatos” en lo que a este campo se refiere, los científicos alemanes confiaban en poder crear una bomba usando la energía que, según sabían, albergaban los átomos y cuya liberación se producía cuando se separaban.

Los expertos nazis buscaban, concretamente, elaborar un explosivo haciendo uso de la susodicha fisión. “En las bombas de fisión un núcleo atómico se divide en dos, ya sea de forma natural o inducida por el hombre (mediante una reacción nuclear bombardeándolo con neutrones, por ejemplo). Esto genera a su vez otros productos en la fisión como neutrones o electrones”, explica, en declaraciones a ABC, Francisco José Ager Vázquez, profesor de física aplicada en la Universidad de Sevilla.

Sabiendo esto, entender el funcionamiento de estas bombas es relativamente sencillo. En primer lugar, se bombardea con electrones un elemento (un metal, por ejemplo) hasta que sus átomos se separan (o fisionan). Dicha ruptura provoca que se generen nuevas partículas que, a su vez, vuelven a provocar la división del resto de átomos. Esto lleva a una reacción en cadena que deriva en un aumento increíble de la energía y que termina en una explosión sin parangón. Y es que, en una de estas bombas puede haber millones de partículas.

Con todo, para elaborar este tipo de bombas es necesario contar con un elemento que sea fisionable, es decir, que tenga la capacidad de absorber los neutrones y, posteriormente, de separarse. Este es el Uranio, un metal muy tóxico que está formado por tres isótopos (o elementos): el Uranio 234, el Uranio 235 y el Uranio 238. El problema es que, como señala Ager, no todos ellos reaccionan como querrían los científicos ante el bombardeo de electrones.

“El uranio que se encuentra en la naturaleza contiene un 99,3% de Uranio 238, que no sirve para iniciar una reacción en cadena, pero apenas un 0,7% de Uranio 235, que si sirve. Por ello, es necesario –enriquecer- el uranio que se quiere usar, el 235. Es por eso que se usa uranio altamente enriquecido, que contiene al menos un 90% de Uranio 235, en lugar de uranio natural”, completa el experto.

Una vez que contamos con todos los elementos de esta curiosa “mezcla”, tan solo queda dejar que la energía haga su macabro trabajo. “Pongamos un ejemplo de lo que sucede en uno de estos explosivos. Al bombardear con un neutrón el núcleo de un átomo de Uranio 235, este puede absorberlo, dividiéndose (fisionándose) en dos núcleos más ligeros de Bario 118 y un promedio de 2,5 neutrones, que a su vez pueden provocar la fisión de otros núcleos de Uranio 235, generándose una reacción en cadena. Así, apenas 800 gramos de Uranio 235 producen la misma energía que 16 kilotones (16 000 000 kg) de TNT, que fue la que se liberó por la primera bomba atómica”, completa Ager.

Por otro lado, y aunque la “fisión” es el sistema que trataron de utilizar los nazis para lograr conseguir su bomba atómica, también se pueden crear explosivos nucleares mediante la fusión, es decir, la unión de dos elementos que, al juntarse, provocan una explosión. Este proceso, salvando las distancias, es el mismo que se sucede en el sol.

“En la fusión, dos núcleos más ligeros se combinan formando uno más pesado, liberándose neutrones y energía. Es, por ejemplo, una de las reacciones que se utiliza en una bomba termonuclear. La bomba H se basa en fusionar isótopos de hidrógeno. Apenas 500 g de este combustible de isótopos de hidrógeno producirían una energía equivalente a 30 kilotones de TNT”, completa el profesor.

La carrera armamentística que se perdió:

Aunque los alemanes partían de unos ínfimos conocimientos en lo que al armamento nuclear se refiere, el “Club del Uranio” comenzó sus investigaciones. En primer lugar, y tras meses de trabajo, los científicos llegaron a la conclusión de que existían otros elementos capaces de servir como combustible más allá del Uranio 235.

Concretamente, descubrieron que el Plutonio, un elemento derivado del Uranio, era más sencillo de utilizar que éste a la hora de producir una fisión en una bomba. Esto significó toda una revolución para la época con la que, pensaban, serían aplaudidos por la comunidad científica y pos sus mandos. Sin embargo, lo que desconocían (y no supieron hasta el final de la contienda) es que los estadounidenses ya habían descubierto este elemento… un mes antes que ellos.

Con todo, los avances realizados y el que Alemania fuera por entonces una de las regiones más prolíficas en Uranio (contaba con el mayor yacimiento de este mineral en el mundo) provocaron que los responsables del “Club del Uranio” acudieran henchidos de orgullo a presentar sus primeras conclusiones a la plana mayor del Führer.

“En febrero de 1942, a petición del Consejo de Investigaciones del Reich, [varios miembros del grupo] impartieron conferencias ante un auditorio con conocimientos técnicos y funcionarios de alto nivel, entre ellos, varios miembros de la plana mayor como Himmler, Goering y el jefe de armamentos, Albert Speer. […] Éste quedó favorablemente impresionado con el potencial de los experimentos nucleares”, añade Ball.

El ministro quedó tan fascinado por la posibilidad de conseguir este explosivo que pidió ser informado del progreso con regularidad. Sin embargo, lo que el nazi no hizo fue dar una mayor financiación a esta investigación. No sirvieron de nada las quejas de los expertos (quien criticaban que los proyectos armamentísticos como el de las bombas volantes V1 y V2 disponían de más liquidez) pues Speer se limitó a afirmar que el dinero escaseaba en tiempos de guerra.

No mentía el ministro nazi, pues al poco tiempo la falta de “cash” llevó a la Oficina de Armamentos del Reich a desvincularse del proyecto. Así pues, la investigación de la bomba atómica nazi pasó a ser un asunto civil, y no militar. Para entonces, los estadounidenses ya habían dejado atrás al “Club Uranio” y ultimaban los detalles de su propio explosivo (algo que era desconocido por los nazis, quien durante toda la guerra se vieron como unos genios sin competencia).

“Pese a haber recibido cierta prioridad de acceso a materiales y fuerza de trabajo, el proyecto del Uranio continuó a paso lento. Los experimentos en el reactor prototipo de Berlín no comenzaron hasta finales de 1943; para entonces, los alemanes que eran capaces de contemplar racionalmente la situación (muchos no lo eran) comprendían que, la derrota militar era inevitable. Además, hacia el final de aquel año las condiciones en Berlín, especialmente los intensos bombardeos, volvieron muy peligroso y casi imposible continuar las investigaciones”, explica el autor en su obra.

En 1945, con la llegada de los aliados a la capital del Reich y el fin de la contienda, el proyecto se dio por finalizado. Eso sí, para disgusto de muchos de los científicos del “Club Uranio” que consideraban que estaban a escasos meses de realizar un hallazgo que revolucionaría la ciencia y la industria armamentística.

Habría que haber visto su cara cuando, en agosto de 1945, se enteraron que, Estados Unidos había lanzado dos bombas atómicas. Y es que, en ese momento se debieron quedar boquiabiertos al percatarse de que todos sus “grandes avances” no eran más que migajas en comparación a lo que habían logrado los norteamericanos.

Cuatro preguntas a Francisco José Ager Vázquez:

1-¿Cómo se consigue que una bomba atómica libere esa ingente cantidad de energía?

Las armas nucleares se basan en dos procesos físicos diferentes: la fisión y la fusión atómica. Por lo tanto, existen armas de fisión atómica, llamadas habitualmente “bombas atómicas” y que usan uranio o plutonio, y armas de fusión atómica, llamadas “bombas de hidrógeno” o “bombas termonucleares”.

En ambos procesos se produce la conversión de masa en energía, de acuerdo con la ecuación de Einstein, (E=mc2). El resultado tanto de la fisión como de la fusión son productos cuya masa total final es inferior a la masa total inicial, habiéndose convertido el defecto de masa en energía, conocida como “energía de ligadura” del núcleo.

Recordemos que el valor de la velocidad de la luz, c, es de unos 300 000 km/s (3×10 elevado a ocho m/s), por lo que la conversión de cierta cantidad de masa, por pequeña que sea, produce una gran cantidad de energía.

2-¿Cómo funciona una bomba atómica de uranio?

La bomba atómica de uranio se basa en la reacción de fisión del Uranio 235. En dicha reacción, por cada núcleo fisionado se producen un promedio de 2,5 neutrones que pueden fisionar otros núcleos de Uranio 235, pero también pueden escapar o ser absorbidos por otros núcleos presentes (Uranio 238) sin contribuir a la fisión.

Para asegurar una reacción en cadena sostenida es necesario que la masa de Uranio 235 presente en la bomba supere cierta masa crítica. Así, la bomba deberá contener una cantidad de masa llamada supercrítica. La bomba se diseña interiormente en lo que se conoce como ensamblaje tipo cañón: dos masas subcríticas de Uranio 235, que sumadas formarían una masa supercrítica.

Ambas se mantienen inicialmente separadas. En el momento en que se quiere detonar la bomba, se utiliza cierta cantidad de explosivo convencional para disparar una de las masas contra la otra, a modo de bala. Esto las une formando una masa supercrítica e iniciándose así la reacción en cadena que provoca la explosión atómica.

3-¿Cómo funciona una bomba atómica de plutonio? ¿En qué principios físicos y/o químicos se basa?

Los principios en los que se basa la bomba de plutonio son los mismos en los que se basa la bomba de uranio, aunque cambia el modo de detonación. En este caso se usa el isótopo Plutonio 239. Este isótopo es raro en la naturaleza, pero se produce en los reactores nucleares a partir del Uranio 238, que captura un neutrón convirtiéndose en Neptunio 239 que rápidamente se convierte (decae) en Plutonio 239.

La reacción de fisión del Plutonio 239 consiste en la captura de un neutrón, dividiéndose en dos núcleos y produciendo entre 2 y 3 neutrones. Conseguir la ignición en este caso es más complicado que en el caso del Uranio 235.

Para el diseño de la bomba se recurre a técnicas de implosión (bomba nuclear de implosión): el plutonio se dispone formando secciones de una esfera hueca rodeada de explosivo convencional y encerrando una fuente radioactiva que emite neutrones; al detonar los explosivos que rodean la esfera hueca, se produce una onda de choque que hace implosionar (colpsar) la esfera, causando que se funda el plutonio alcanzando la masa supercrítica que permite comenzar la reacción en cadena.

4-¿Qué es y para qué se usa el “agua pesada” en una bomba atómica?

El agua pesada es H2O donde el hidrógeno se ha sustituido por deuterio (2H). Para que se produzca la fisión del Uranio 235 es necesario que los neutrones con los que se bombardea tengan una velocidad baja. Sin embargo, los neutrones que se producen en la fisión tienen una velocidad muy alta, lo que disminuye la probabilidad de que otros núcleos de Uranio 235 los capturen y se fisionen a su vez. En los reactores nucleares se usa el agua pesada para reducir la velocidad de esos neutrones, pues estos, al atravesar el agua pesada, dejan parte de su energía en las colisiones con las moléculas del agua pesada, de mayor masa que las de agua normal (agua ligera).

El agua ligera podría usarse, pero el hidrógeno absorbe neutrones formando deuterio, reduciendo así los neutrones disponibles para fisionar otros núcleos de uranio, además de que frena menos los neutrones al tener menor masa que las moléculas de agua pesada. El agua pesada también absorbe neutrones, formando tritio, pero en menor cantidad.