Diseño Teller-Ulam
El diseño de Teller-Ulam es un diseño de arma nuclear que se utiliza en la gama de las armas termonucleares, y que se designa de forma familiar como “el secreto de la bomba de hidrógeno". Su nombre viene de los dos principales contribuidores, el físico húngaro-estadounidense Edward Teller y del matemático polaco-estadounidense Stanisław Ulam, que desarrolló el diseño en 1951. La idea básica es el uso de una bomba atómica de fisión a modo de disparador colocada cerca de una cantidad de combustible de fusión, y el uso de la “implosión de la radiación” para comprimir el combustible de la fusión y conseguir su encendido.
La bomba H, también llamada bomba de hidrógeno o bomba de fusión o bomba termonuclear es una bomba nuclear en la cual la energía liberada proviene de la fusión de átomos ligeros en átomos más pesados.
En 1940, el húngaro-estadounidense Edward Teller estudia la posibilidad de utilizar la cantidad enorme de calor (108 °C, es decir cien millones de grados centígrados) producida por la explosión de una bomba atómica de fisión para poner en marcha el proceso de fusión nuclear. En 1941, Teller se une al proyecto Manhattan, que tiene como objetivo desarrollar la bomba atómica de fusión.
Después de trabajos preliminares en Chicago con Enrico Fermi, y en Berkeley con Robert Oppenheimer, Teller fue a los laboratorios de Los Álamos (Nuevo México, USA) para trabajar en la bomba atómica bajo la dirección de Oppenheimer. Debido a que las dificultades encontradas para realizar una bomba de fisión fueron menores, no se siguió la pista de la bomba H, lo que causó una gran decepción a Teller.
En 1949, cuando los soviéticos hicieron explotar su propia bomba de fisión (RDS-1), los análisis de los servicios de inteligencia estadounidenses demostraron que se trataba de una bomba que utilizaba el plutonio como combustible nuclear. El monopolio de los Estados Unidos en el tema nuclear dejaba de existir, y la noticia causó un choque psicológico considerable pues los estadounidenses estimaban poder conservar el monopolio del arma nuclear durante una decena de años. Se comprometen entonces en una nueva epopeya, la de la búsqueda de una bomba todavía más poderosa que la bomba de fisión: la bomba de fusión.
El presidente de los Estados Unidos Harry Truman pide así al laboratorio de Los Álamos desarrollar una bomba basada en la fusión de átomos de hidrógeno. Oppenheimer está en contra de esta decisión, considerado que es sólo otro instrumento de genocidio. Teller fue puesto a cargo del programa. Sin embargo, su modelo, aunque razonable, no permitió lograr el fin pretendido.
El matemático polaco-estadounidense Stanisław Ulam, en colaboración con C.J. Everett, realizó cálculos detallados que muestran que el modelo de Teller es ineficaz. Ulam sugiere entonces un nuevo método que sí resultará exitoso. Colocando en un recinto una bomba de fisión en una extremidad y el material termonuclear en la otra, es posible dirigir las ondas de choque producidas por la bomba de fisión. Estas ondas comprimen y encienden el combustible termonuclear.
En un principio Teller no aceptó la idea, pero luego comprendió todo su mérito y sugirió la utilización de radiación en vez de ondas de choque para comprimir el material termonuclear. La primera bomba H, Ivy Mike, estalla sobre el atolón de Eniwetok (cerca de Bikini, Océano Pacífico) el 1 de noviembre de 1952 a satisfacción de Teller, con el desacuerdo de una parte mayoritaria de la comunidad científica.
La "implosión por radiación" se convirtió entonces en el método estándar para crear las bombas de fusión. Ambos creadores, Ulam y Teller, produjeron así su bomba H.
Una bomba de arquitectura Teller-Ulam es lo mismo que una bomba de fisión-fusión-fisión. Tal bomba consta de dos partes principales:
La propia bomba se rodea de una estructura para permitir retener en el interior los rayos X producidos por la explosión de la bomba de fisión. Esta radiación se redirige al interior con el fin de comprimir el material de fusión y conseguir que se "encienda".
La explosión de una bomba H se realiza en un intervalo del tiempo muy corto: 6.10-8 s, o sea 6 cienmillonésimas de segundo. La reacción de fisión toma 5,5 cienmillonésimas partes de segundo y la de fusión 0,5 cienmillonésimas.
D + D → 3He + n
D + D → T + p
D + 3He → 4He + p
T + T → 4He + 2n
3He + D → 4He + p
6Li + n → T + 4He
7Li + n → T + 4He + n
n siendo un neutrón y p un protón.
Cuando el material de fusión se fusiona a más de 100 millones de grados, libera muchísima energía. A la temperatura dada, el número de reacciones aumenta con arreglo al cuadrado de la densidad: así, una compresión mil veces más elevada conduce a la producción de un millón de reacciones más.
La explosión de una bomba de fisión genera una energía de aproximadamente 14 kt de TNT es decir 14.000 toneladas de TNT. Una tonelada de TNT desarrolla calorías, o sea julios.
En comparación, las bombas H típicamente serían por lo menos 1 000 veces más potentes que Little Boy, la bomba atómica de fisión lanzada sobre Hiroshima. Por ejemplo, Ivy Mike, la primera bomba de fusión estadounidense, liberó una energía de aproximadamente 10.400 kT. La explosión más potente de la historia fue la de la Bomba del Zar soviética que debía servir como prueba para bombas de 100 Mt, pero se redujo hasta las 50 Mt por precaución. La energía máxima liberada por una bomba de fusión no tiene límite teóricamente.