Ya está disponible el audio del podcast de Eureka, mi sección en La Rosa de los Vientos de Onda Cero. Como siempre, una transcripción, unos enlaces y algunas imágenes.
El Sistema Internacional de Monitorización (SIM) es la infraestructura encargada de vigilar las pruebas nucleares en todo el mundo. Esta infraestructura de 1.000 millones de dólares analiza terremotos, ondas hidroacústicas y partículas radiactivas. Tiene 282 estaciones de observación repartidas por todo el planeta. Los ensayos nucleares subterráneos, como el de Corea del Norte el pasado día de Reyes, se detectan gracias al estudio de los movimientos sísmicos que provocan. Los terremotos producen ondas P débiles y ondas S fuertes, pero las explosiones de bombas lo hacen al revés. Se sabe poco del último ensayo norcoreano, pero los expertos sugieren que fue una bomba atómica reforzada (boosted) de plutonio, que podría ser la primera etapa (primaria) de una bomba termonuclear.
Las mejores fuentes que he consultado sobre el ensayo norcoreano son Jeffrey Park, “Seismic waves from North Korea suggest a repeat of the 2013 nuclear test,” Bulletin of the Atomic Scientists, 07 Jan 2016; Siegfried S. Hecker, “The real threat from North Korea is the nuclear arsenal built over the last decade,” Bulletin of the Atomic Scientists, 07 Jan 2016; Steve Fyffe, “Hecker assesses North Korean hydrogen bomb claims,” Bulletin of the Atomic Scientists, 07 Jan 2016. Por cierto, el Tratado de Prohibición Completa de los Ensayos Nucleares (CTBTO) se puede consultar en esta web; el mapa interactivo de la red de estaciones de seguimiento de CTBTO está en esta web.
Te recomiendo leer en español a Dani Mediavilla, “Así es el sistema que detecta los ensayos nucleares secretos”, Materia, El País, 07 Ene 2016; Kanijo, “¿Corea del Norte tiene realmente una bomba de hidrógeno?” Ciencia Kanija, 07 Ene 2016, traducción de Richard Stone, “Does North Korea really have an H-bomb?” News, Science, 06 Jan 2016. En inglés recomiendo Nick Stockton, “Science can tell if North Korea’s test was really an H-bomb,” Wired.com, 06 Jan 2016; Sarah Zhang, “The hunt for secret nuclear tests digs up scientific gold,” Wired.com, 08 Jan 2016; Carl Engelking, “How Scientists Detect Nuclear Explosions Around the World,” Discover Magazine, 06 Jan 2016.
Sobre las cuatro pruebas norcoreanas, recomiendo leer a Geoff Brumfiel en Nature. Sobre la primera prueba nuclear norcoreana recomiendo Jim Giles, Geoff Brumfiel, “The fizzle heard around the world,” News, Nature 443: 610-611 (12 Oct 2006), doi: 10.1038/443610a; sobre la segunda Geoff Brumfiel, “North Korea’s ignoble blast,” News, Nature (19 Jun 2009), doi: 10.1038/news.2009.575, y Geoff Brumfiel, “Isotopes hint at North Korean nuclear test,” News, Nature (03 Feb 2012), doi: 10.1038/nature.2012.9972; sobre la tercera Geoff Brumfiel, “Nuclear detectives sniff out North Korea,” News Nature (12 Feb 2013), doi: 10.1038/nature.2013.12422; y sobre la cuerta Declan Butler, Elizabeth Gibney, “What kind of bomb did North Korea detonate?” News, Nature, 08 Jan 2016, doi: 10.1038/nature.2016.19132.
El día de Reyes, 6 de enero, Corea del Norte anunció que había realizado una prueba nuclear de una bomba termonuclear o bomba de hidrógeno (bomba H). Muchos expertos tienen dudas. Se apunta a que pudo ser una bomba nuclear o bomba atómica (bomba A). ¿Cómo puede ayudar la ciencia a saber qué tipo de bomba fue probada? Entre 1994 y 1996, los líderes mundiales negociaron la prohibición de los ensayos nucleares, el llamado Tratado de Prohibición Completa de los Ensayos Nucleares (CTBTO), cuya sede está en Viena, Austria. Sus 183 estados miembros aprobaron la construcción de un sistema global para detectar signos de pruebas de explosiones nucleares como herramienta de disuasión para hacer cumplir la prohibición global de ensayos nucleares. El Sistema Internacional de Monitorización (IMS) es una infraestructura de unos 1.000 millones de dólares que cuenta con 282 estaciones de monitorización instaladas en lugares estratégicos de todo el mundo; el objetivo en marcha es llegar a 337 estaciones. La matriz de detección IMS incluye diferentes estaciones diseñadas para detectar actividad sísmica (terremotos), las ondas de sonido en el océano (hidroacústicas) y las ondas de baja frecuencia (infrasonidos) que se generarían por una explosión nuclear. También cuenta con 80 estaciones para olfatear el aire en busca de signos de partículas radiactivas o gases nobles (como el xenón).
La primera señal de una explosión nuclear se obtiene gracias a los sismógrafos que permiten triangular las señales recibidas usando varias estaciones y localizar con mucha precisión la fuente de la onda expansiva de la explosión. Estos datos sísmicos también permiten estimar la energía de la explosión, pero no permiten saber el tipo de bomba usado. Las explosiones nucleares generan muchos productos ligeros, como isótopos de xenón. A diferencia de otros desechos nucleares, este gas noble interactúa muy poco con el medio ambiente y se puede filtrar a través de fisuras en la roca tras una prueba subterránea. Una vez en la atmósfera, las columnas de isótopos de xenón viajan con el viento cientos e incluso miles de kilómetros. Todavía no sabemos si los cromatógrafos de alguna estación de la CTBTO ha observado estos isótopos. La Fuerza Aérea de Estados Unidos tiene aviones con detectores más sensibles que los de CTBTO y que pueden buscar el xenón desde el aire cerca de la frontera norcoreana, pero no hace públicos sus datos. En el ensayo de Corea del Norte en el año 2013 se detectaron rastros de xenón-133 y xenón-131m varias semanas después de la prueba. Este avistamiento tardío no ofreció suficiente información para determinar si se usó plutonio o uranio, pero los expertos creen más plausible que fuera plutonio. En las próximas semanas sabremos si en esta ocasión alguna estación de la CTBTO detecta rastro del xenón.
Con los datos públicos que se dispone ahora mismo no se puede saber si el ensayo fue de una bomba atómica o de una bomba de hidrógeno como afirma el gobierno norcoreano. Los datos de las estaciones sismográficas permiten estimar la energía de la explosión. ¿Qué sabemos sobre los ensayos nucleares de Corea del Norte? Corea del Norte ha realizado cuatro pruebas nucleares subterráneas desde el año 2006 en su instalación para pruebas en Punggye-ri, en el condado de Kilju, en el noreste del país. En concreto el 9 de octubre de 2006 se ensayó una bomba equivalente a 1 kilotón de TNT, el 25 de mayo de 2009 una de 4 kilotones, el 12 de febrero de 2013 una de 7 kilotones y ahora el 6 de enero de 2016 parece que ha ensayado una de unos 10 kilotones. Aunque el gobierno norcoreano ha afirmado que se trata de su primera bomba de hidrógeno (llamada “bomba H de la justicia”), los expertos se muestran escépticos. La señal sísmica recogida por los sismógrafos de todo el mundo, que corresponde a un terremoto de magnitud 5,1, son casi idénticas a las señales registradas en la detonación de 2013. Los diseños de la posible bomba parecen idénticos. Los datos de los sismógrafos indicaron que en 2013 la detonación alcanzó el tamaño esperado para un dispositivo de fisión de plutonio de primera generación. Corea del Norte había construido un dispositivo nuclear similar a los de Estados Unidos en 1945, o la Unión Soviética en 1949, y varias potencias nucleares desde entonces.
Se cree que el gobierno norcoreano habla de “bomba de hidrógeno” porque se trata de una bomba de fisión reforzada que contiene isótopos de hidrógeno (deuterio y tritio). Una bomba de fisión reforzada o impulsada (boosted en inglés) contiene una pequeña cantidad de tritio y deuterio que se fusionan para liberar neutrones extra que aumentan en gran medida la reacción de fisión en cadena y el rendimiento explosivo de la bomba. Estas bombas reforzadas alcanzan la misma potencia que una bomba de fisión convencional, pero su tamaño es mucho más pequeño, lo que permite su uso en las ojivas de los misiles. Por supuesto, esta bomba de fisión reforzada podría actuar como la primera etapa o “primaria” de una bomba de hidrógeno. El gobierno israelí realizó un ensayo nuclear similar en 1979 para ensayar una primaria de una bomba H, que se desarrolló en la década de 1980. Sin los datos de los isótopos de xenón no podemos estar seguros, pero el gobierno norcoreano podría haber afirmado que ya tiene una bomba de hidrógeno porque ha ensayado una bomba de fisión reforzada que pretenden que actúe como primaria de dicha bomba.
Una bomba de hidrógeno (bomba H) utiliza una bomba atómica (bomba A) como mecanismo de detonación. ¿Cómo funcionan exactamente estas bombas nucleares? Las bombas nucleares que se lanzaron en Hiroshima y Nagasaki en agosto de 1945 eran bombas atómicas desarrolladas en el Proyecto Manhattan. Sobre Hiroshima se lanzó una de uranio-235 altamente enriquecido que provocó una explosión equivalente a 13 kilotones de TNT. Sobre Nagasaki se usó plutonio-239 y liberó unos 21 kilotones. En las bombas atómicas se usa la fisión de un elemento radiactivo pesado cuyos núcleos se desintegran en núcleos más ligeros emitiendo neutrones de alta energía que provocan la fisión de otros núcleos y produciendo una reacción en cadena. En estas bombas debe superarse cierta masa crítica para que se produzca la reacción de fisión en cadena que provoca la explosión nuclear. Para ello se usan dos piezas del material radiactivo que se disparan una contra otra y al juntarse se supera la masa crítica. Cuando se usa uranio-235 diseño es sencillo y no se necesitan pruebas, pero las que usan plutonio-239 son más difíciles de diseñar y requieren pruebas. La primera bomba nuclear ensayada fue de plutonio en la “Prueba Trinity” de julio de 1945, el mismo diseño que luego se usó sobre Nagasaki.
Por el contrario, la bomba de hidrógeno (bomba H) o bomba termonuclear se basa en la fusión de los dos isótopos pesados del hidrógeno, el deuterio y el tritio, para formar helio y otros elementos ligeros más pesados. El diseño de una bomba-H usa una detonación de fisión inicial que genera el calor y la presión necesaria para que se produzca la fusión del combustible de hidrógeno. El diseño más usual es la configuración Teller–Ulam, el llamado “secreto de la bomba H”, ideado por el físico húngaro-estadounidense Edward Teller y el matemático polaco-estadounidense Stanisław Ulam en 1951. La bomba tiene dos compartimentos dentro de una cavidad reflectante a rayos X. En el primer compartimento está la bomba de fisión y en el segundo la de fusión. La radiación de la bomba de fisión provoca la implosión de los isótopos de hidrógeno y la ignición de su fusión. La primera bomba H se ensayó cerca de la isla de Bikini, en el Océano Pacífico, en 1952. Muchos expertos opinan que lo más plausible es que Corea del Norte haya ensayado el día de Reyes una bomba reforzada de plutonio. La única manera de saber si explotó una bomba H o una bomba A reforzada es a través del análisis cuidadoso de los gases nobles que se filtran a la atmósfera, pues el ensayo fue subterráneo. Habrá que esperar varios días (o incluso semanas) para confirmarlo.
Los sismógrafos del Sistema Internacional de Monitorización permiten detectar terremotos, la caída de meteoritos, grandes explosiones convencionales y ensayos nucleares. ¿Cómo se puede distinguir entre un fenómeno natural y un ensayo nuclear? El ensayo de Corea del Norte se realizó bajo tierra, en una instalación subterránea, para evitar su detección por satélites y aviones espía. Por ello se usa la energía sísmica para estudiar estos ensayos. Las ondas sísmicas se dividen en dos grandes categorías: las ondas superficiales que viajan a través de la superficie de la Tierra y las ondas internas que se mueven a través del interior de la Tierra. Las ondas internas siguen caminos curvos debido a la variación de la densidad y de la composición del interior de la Tierra. Este efecto es similar a la reflexión y refracción de ondas de luz. Las ondas internas son de dos tipos: ondas primarias (P) y secundarias (S). Las ondas P (primarias) son ondas longitudinales o compresionales, lo cual significa se comprime y dilata la roca de forma oscilatoria en la dirección de propagación. Las ondas S (secundarias) son ondas transversales a la dirección de propagación y son debidas a movimientos de corte (cizallas). Un terremoto es debido al deslizamiento de tierra en una falla, algo así como si ponemos las dos manos juntas y deslizamos una sobre la otra. Este movimiento de corte genera ondas S, que son las que producen la mayor parte de los daños. Los sismólogos diferencian una explosión de un terremoto gracias a la relación entre las ondas P y las ondas S. Los terremotos generan ondas P débiles y ondas S fuertes. Las explosiones generan ondas P fuertes y ondas S débiles. La duración de la onda y su espectro en frecuencia permite estudiar los detalles de la explosión. La lectura sísmica producida en el ensayo del 6 de enero de 2016 es casi idéntica a las de la prueba nuclear norcoreana de 2013. Por desgracia, no se puede distinguir una pequeña explosión nuclear de una termonuclear usando sólo métodos sísmicos. Por ello, se usan estaciones de medida de radionúclidos, en especial de gases nobles con el xenón. El estudio de la proporción de los cuatro isótopos del xenón permite determinar la firma de la explosión nuclear. Usando cromatógrafos en aviones se puede diferenciar las bombas de hidrógeno de las bombas atómicas a los pocos días del ensayo. Por desgracia estas datos son secretos de Estado y el público general debe esperar a los sensores de la red CTBTO que tardarán unas semanas en ser publicados.
¿Por qué Corea del Norte podría estar interesada en exagerar no sólo sus resultados, sino también sus objetivos? Siegfried Hecker es uno de los mayores expertos del mundo sobre el programa nuclear de Corea del Norte, ex-director del Laboratorio Nacional de Los Alamos, EE.UU., y además es uno de los pocos científicos occidentales que ha visitado las instalaciones nucleares de Corea del Norte, de hecho, en siete ocasiones desde enero de 2004. En su primera visita, los funcionarios norcoreanos le mostraron una bomba de plutonio (aún no ensayada). Y en 2009, le enseñaron su instalación de centrifugación ultra-moderna para producir uranio altamente enriquecido. En su opinión, Corea del Norte puede poseer un arsenal nuclear de alrededor de 12 armas nucleares, la mitad de plutonio y la otra de uranio altamente enriquecido. Corea del Norte lleva 30 años desarrollando armas nucleares durante cinco gobiernos de Estados Unidos. El programa comenzó bajo el abuelo del actual líder, Kim Il-sung, en la década de 1980, con la construcción de reactores de producción de plutonio y una instalación de reprocesamiento capaz de extraer plutonio para bombas. En 1994, la administración Clinton negoció una congelación del programa de plutonio de Corea del Norte. Pero se reinició de forma clandestina con el gobierno de George W. Bush con la producción de plutonio, la construcción de una bomba y el ensayo de 2006.
El gobierno de Obama no ha logrado atajar la expansión nuclear, que continuó a buen ritmo incluso tras el cambio de líder a Kim Jong-un en 2011 tras la muerte de su padre, Kim Jong-il. Según el Dr. Hecker, no es casual la fecha elegida (enero de 2016) para el nuevo ensayo, pues se podría haber realizado desde la primavera de 2014. El líder norcoreano, Kim Jong-un, quiere maximizar la atención mundial y reforzar el prestigio nacional, por ello ha hecho coincidir la fecha con la campaña a presidenciales en los Estados Unidos. En su opinión, el peligro que representa Corea del Norte es importante, pero no debe ser exagerado. Tras la administración de Obama, tiene unas 12 armas nucleares y una capacidad para producir al año entre cuatro y seis bombas. Pero no dispone de un programa de misiles balísticos bien desarrollado. Está trabajando en un misil balístico intercontinental, el KN-08, pero hasta ahora sólo ha aparecido en los desfiles militares. Los expertos no creen que funcione antes de 2020, como muy pronto. Por supuesto, el país tiene otros misiles de corto alcance. El nuevo gobierno de Washington debe acercarse al de Pyongyang y lograr un acuerdo similar al de la administración Clinton. Corea del Norte tiene escasez de energía y graves problemas económicos. Podría congelar su programa nuclear a cambio de reducir o eliminar el bloqueo económico al que está sometido Pyongyang.
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