Respuesta corta: Seth Neddermeyer inventó la bomba atómica, Edward Teller y Stanislaw Ulam inventaron la bomba de hidrógeno en los Estados Unidos Andrei Sakharov y Vitalii Ginzburg la inventaron en la Unión Soviética. Se desconoce si las invenciones de otros países fueron independientes.
Respuesta más larga:
¿Quién inventó la bomba atómica?
Si se ve obligado a dar un nombre, Seth Neddermeyer, quien concibió el uso de un proyectil de altos explosivos para colapsar un ensamblaje subcrítico de material fisible en uno supercrítico.
Pero la pregunta realmente se basa en una premisa falsa. Tan pronto como se descubrió y anunció la fisión de uranio, los físicos de todo el mundo vieron que una reacción en cadena podría ser posible, si las fisión liberan más de un neutrón en promedio. El experimento pronto demostró que efectivamente lo hicieron.
Esto dejó dos preguntas. 1) ¿Cómo se obtiene suficiente material fisible para crear una bomba? Si bien era necesario realizar una gran cantidad de trabajo de ingeniería, esto era más o menos sencillo y solo requería tiempo, esfuerzo y dinero para lograrlo.
2) ¿Cómo se ensambla una masa supercrítica lo suficientemente grande como para que valga la pena construir una bomba?
Ese último fue el rudo. Una masa crítica es un objeto, generalmente una esfera, de tamaño suficiente para mantener una reacción en cadena. Una masa supercrítica es más grande, una en la que la producción de energía de la reacción en cadena aumenta exponencialmente. Cuanto más supercrítico, más rápido precede la reacción y mayor es la eficiencia. Una masa supercrítica de tres veces la masa crítica era necesaria como mínimo para una explosión lo suficientemente poderosa como para justificar el costo de la bomba.
Debido a la producción espontánea de neutrones dentro del material fisionable, una masa supercrítica es inestable y explotará poco después del ensamblaje. Pero durante el montaje, hay un período en el que la bomba es parcialmente supercrítica. Luego puede explotar a una potencia mucho menor que plena.
Se desarrollaron dos diseños para una bomba atómica. El más simple fue el arma bomba. Se disparó un cilindro hueco de uranio 235 contra un cilindro hueco más grande que tenía una punta en el centro. Esto fue muy sencillo, y se le había ocurrido a muchas personas de forma independiente (aunque generalmente pensaban en un hemisferio disparado a otro hemisferio).
Sin embargo, resultó que las armas de fuego no podían usarse con plutonio. Se generarían demasiados neutrones espontáneos, y ciertamente se esfumarían.
El otro diseño desarrollado fue implosión. En 1942, Richard Tolman pensó en utilizar altos explosivos para soplar piezas fisionables en forma de cuña para ensamblar la masa supercrítica. Esto no funcionaría, porque las piezas se desintegrarían irregularmente durante el ensamblaje. Pero cuando Neddermeyer se enteró de la idea a principios de 1943, se le ocurrió que se podría hacer un caparazón de alto explosivo para exprimir un caparazón hueco de material fisionable en una esfera sólida y supercrítica. Además, John von Neumann y Edward Teller descubrieron que una esfera tan supercrítica alcanzaría una densidad máxima mucho más allá de lo que puede obtener la materia ordinaria. Como resultado, el número de masas críticas efectivas aumentaría enormemente, al igual que la velocidad de reacción. Una bomba atómica reacciona exponencialmente, lo que significa que hay intervalos de tiempo en los que la energía producida se duplica. Esta es una serie de la forma 1x, 2x, 4x, 8x, 16x, etc., siendo x una constante para la cantidad de energía producida. La suma de la serie es de la forma 1x, 3x, 7x, 15x, 31x, etc. Entonces, básicamente, la mitad de la energía se libera en la última duplicación y más del 99% en las últimas siete duplicaciones. Mientras más masas críticas, más tiempo continúa la reacción. El resultado es que una bomba de implosión es más eficiente que una bomba de arma de fuego, un factor de diez a cuarenta para la misma cantidad de material fisionable.
La ingeniería de implosión fue un oso, y tomó casi todo el esfuerzo del Laboratorio de Los Alamos durante más de un año. NO es fácil usar explosivos altos como herramienta de precisión para el ensamblaje. Pero se puede hacer, y casi todas las armas nucleares usan implosión, debido al factor de eficiencia. Entonces, si alguien es el inventor, es Neddermeyer.
La bomba de hidrógeno es una historia más complicada. En 1941, se le ocurrió a Enrico Fermi que podría ser posible usar una bomba atómica para calentar un extremo de un tubo de deuterio líquido muy rápidamente, y comenzar una reacción de fusión. Se lo mencionó a su amigo Teller, quien hizo algunos cálculos y concluyó que no funcionaría.
En 1942, Teller y Emil Konopinski se sentaron a escribir un artículo formal explicando por qué no funcionaría, y concluyeron que, después de todo, podría hacerse. Konopinski agregó la idea de usar tritio en el extremo de ‘ignición’ para comenzar la reacción. Este diseño se denominó “Super”.
Le mostraron su trabajo a Hans Bethe y a otros en un seminario sobre diseño de bombas que Robert Oppenheimer había organizado, y Bethe les dijo que habían subestimado un problema crítico que haría que la reacción se enfriara rápidamente, por lo que no funcionaría después de todo. Tal vez. No se hicieron mediciones importantes, no se pudieron hacer hasta que existieron bombas atómicas, y no se hicieron hasta mayo de 1951. Mostraron que la idea original de “Super” podría funcionar, simplemente, con una buena ingeniería. AFAIK, nadie ha probado uno.
Alrededor de 1945, Teller tuvo la idea de una bomba atómica impulsada. Al poner una mezcla de deuterio y tritio en el núcleo de una bomba de fisión, podría ser posible obtener algo de fusión en las últimas etapas, liberando una gran cantidad de neutrones que acelerarían las etapas finales de la fisión, lo que podría duplicar Liberación de energía. Esto no fue probado hasta 1953.
Alrededor de 1946, Teller concibió la bomba “Alarm Clock”, como la llamaba (porque “despertaría al mundo”). Era una bomba atómica con materiales de fusión en el tamper que sería calentada por la bomba atómica, un avanzar en la idea de “refuerzo”. Se fusionarían, liberarían energía directamente y luego causarían mucha fisión en el sabotaje. Como resultado, el rendimiento de la bomba disparadora podría multiplicarse por un factor de aproximadamente diez. Al principio, se suponía que los materiales de fusión eran deuterio y tritio, pero Teller tuvo la idea de sustituir el deuteruro de litio-6 para 1947. El litio-6 interceptaría los neutrones liberados por la bomba de fisión y se dividiría en helio y tritio en el acto.
Por razones políticas, no se hizo nada para probar este diseño hasta después de que los soviéticos explotaran “Joe-1”, su primera bomba atómica. Mientras tanto, se había realizado más trabajo teórico sobre el diseño “Super”, con continuos resultados ambiguos. Dependiendo de qué números se supusieron para las velocidades de fusión a varias temperaturas, los resultados variaron de “definitivamente funcionará” a “definitivamente no funcionará”. Stanislaw Ulam, uno de los matemáticos involucrados en este trabajo, se tomó un descanso, y se le ocurrió la idea de utilizar la explosión de una bomba de fisión para activar una serie de pequeñas explosiones de fisión. La idea clave era utilizar una onda de choque de una explosión inicial para comprimir material en un sistema que estaba físicamente separado de la primera bomba. Poco después, se dio cuenta de que esto también podría aplicarse a una bomba de fusión.
Aproximadamente al mismo tiempo, Teller estaba trabajando en la inyección “Invernadero”, que finalmente mediría las tasas de fusión de deuterio y tritio directamente, en lugar de adivinarlas. Aparentemente se le ocurrió un diseño que usaría radiación de rayos X de una bomba de fisión especialmente diseñada para calentar un recipiente de deuterio y tritio físicamente separado de la bomba de fisión.
Ulam acudió a Teller y le contó su idea de comprimir materiales de fusión con la onda expansiva de una bomba atómica. Teller se dio cuenta de que podría hacerse mejor con la radiación (puede haber descubierto esto antes de que Ulam hablara con él; el registro es turbio aquí). La idea de la separación física y la compresión extrema antes de comenzar la reacción de fusión fueron avances clave.
Unos meses más tarde, Teller le dio el toque final al diseño al agregar la “bujía”, una bomba de fisión en el centro del material de fusión comprimido. Se fisionaría rápida y eficientemente después de la compresión, y comenzaría la reacción de fusión en el material inmediatamente adyacente a la “bujía”. Una vez iniciada, la reacción se extendería por el resto del material, como en el diseño original “Super”. En los Estados Unidos esto se conoció como el diseño “Teller-Ulam”, y parece ser estándar para todas las bombas de hidrógeno de los Estados Unidos.
En la Unión Soviética, a Andrei Sakharov se le ocurrió de forma independiente la idea del diseño del “reloj despertador”, mientras que Vitalii Ginzburg se dio cuenta de las ventajas de usar Lithium-6 en lugar de deuterio y tritio. Esto se probó en 1953, en el dispositivo “Joe-4”, que no era un arma entregable. Después de analizar los resultados, a Sajarov se le ocurrió la idea de la implosión por radiación de una etapa físicamente separada.
Los británicos probablemente idearon la mayoría del diseño de forma independiente, aunque la bomba de implosión y el refuerzo los conocían por su parte en el Proyecto Manhattan. Los británicos no han publicado los nombres de los inventores o inventores.
