¿Por qué una montaña de uranio no explota como una bomba?

Lo que todos los demás han dicho sobre la necesidad del isótopo correcto en una forma purificada es correcto y eso casi nunca sucede, pero hay una notable excepción antigua de la que somos conscientes: el Reactor Natural Oklo. En Gabón, hace aproximadamente 1.700 millones de años, las condiciones de las aguas subterráneas permitieron que se formara un depósito de uranio particularmente rico que se concentró lo suficiente como para mantener una reacción de fisión nuclear autosostenible durante varios cientos de miles de años con una producción de energía promedio de aproximadamente 100kw. Es uno de los hechos geológicos más interesantes en los que puedo pensar y, sorprendentemente, uno de los menos conocidos.

Reactor de fisión nuclear natural
El funcionamiento de un antiguo reactor nuclear

Es difícil adivinar qué quiere decir con “montaña de uranio”, pero supongo que se refiere a rocas naturalmente ricas en uranio o un montón de uranio metálico extraído de dicho mineral. De cualquier manera, la respuesta será más o menos igual. Pero primero, debemos entender cómo funciona una bomba atómica (más o menos).

Los átomos pesados ​​como el uranio son muy enérgicos. Cuando esos átomos son bombardeados por neutrones, tienden a dividirse en dos núcleos más pequeños que liberan energía, un proceso que elimina algunos neutrones (generalmente 2 o 3). Esos 2 o 3 neutrones pueden, entonces, golpear otro átomo de uranio y causar otra fisión, que libera neutrones, y así sucesivamente. Eso se llama reacción en cadena: el hecho de que la reacción libera algo que hace que vuelva a suceder.

Sin embargo, hay dos tipos de uranio que ocurren naturalmente: uranio 238 y uranio 235. Cuando elige una muestra natural de uranio, el 99.3% será uranio 238 y solo el 0.7% será 235. Eso es importante ya que solo uranio 235 sufre fisión. Debido a eso, no todos los neutrones alcanzarán los átomos de uranio 235 y causarán fisión. Algunos neutrones pueden escapar del sistema, otros pueden ser absorbidos por impurezas que no sufren fisión (por ejemplo, uranio 238) y que eliminan los neutrones del sistema antes de que puedan causar fisión.

Para hacer una bomba, debes tomar el uranio del suelo y básicamente purificarlo para eliminar todo el uranio 238 y dejar casi solo uranio 235. Esa es la única forma de hacer una bomba nuclear de uranio.

Para tener una explosión nuclear, necesitas dos cosas:

1. Uranio de grado de armas. Esto significa que debe tener 90% o más U-235. Puede salirse con la suya con un porcentaje menor (la bomba utilizada en Hiroshima tenía alrededor del 80%), pero eso aumentará en gran medida la cantidad que necesita. Y si va muy por debajo de ese número, no podrá hacer una bomba, sin importar cuánto uranio tenga a su disposición. Dado que el uranio que se encuentra en la naturaleza tiene solo un 0,7% de U-235 y aproximadamente un 99,3% de U-238, es prácticamente inútil para construir una bomba. Una montaña de uranio, no importa cuán grande, solo tiene una cantidad minúscula de U-235 que se necesita para una bomba.

2. Una masa supercrítica. Esto es cuando la reacción en cadena (neutrones que dividen átomos, que a su vez liberan más neutrones que luego dividen algunos átomos más, etc.) crece exponencialmente, es decir, el número de neutrones liberados después de la división de átomos siempre aumenta, y también lo hace el número de átomos divididos, hasta que el arma se destruye a sí misma. Esto se puede lograr de dos maneras principales: uniendo dos masas subcríticas muy rápido (esto se hizo en la bomba de Hiroshima), o comprimiendo rápidamente una sola masa subcrítica hasta que se vuelva supercrítica (como se hizo en la bomba de Nagasaki, que usaba plutonio, pero el uranio también se puede usar de esta manera). Si logras crear una masa supercrítica en muy poco tiempo (una milésima de segundo más o menos), liberarás una gran cantidad de energía, y eso es básicamente una explosión nuclear. Dado que no se pueden usar montañas de uranio en este procedimiento (ni se conocen mecanismos naturales que hagan que una montaña se vuelva supercrítica, incluso si tuviera suficiente U-235), esta es una razón más por la que no pueden explotar como una bomba.

Okay. Si bien las respuestas proporcionadas son suficientes. Solo quiero agregar lo siguiente,

Se han estudiado casos en los que el depósito subterráneo natural de mineral de uraniun ha sufrido críticas como el caso Oklo, Gabón. En este caso, la composición gológica local permitió que existieran las condiciones adecuadas para crear un evento sostenido de fisión muclear
Pero la criticidad no significa que hubo una explosión.

La razón principal por la cual un reactor nuclear térmico no explota es porque está prohibido por: la física.

Sin dar más detalles en la explicación, aquí están los principales motivos porque es largo y puede investigarse en la web:

1. Coeficiente de reactividad de temperatura negativa.
2. Los venenos de neutrones matan la velocidad de reacción.
3. Los reactores térmicos se vuelven críticos teniendo en cuenta los neutrones retrasados ​​y no solo los nuetrones térmicos.

Hay otros factores, pero los mencionados son suficientes.

Estas respuestas son correctas, para tener una bomba necesitas uranio enriquecido. También hay otras cosas que necesitas. Necesitas una masa crítica, que supongo que cuando dices montaña, la tendrías. También necesita geometría crítica, es decir, la forma correcta, la forma de una bomba es diferente a la forma de un reactor. También necesita un reflector, para reflejar los neutrones de nuevo en esa masa. Entonces necesita un explosivo para comprimir la masa, la compresión debe ser uniforme en la masa. Podría seguir, pero creo que es suficiente.

Solo el U-235 en uranio natural puede someterse a fisión por neutrones de cualquier energía (este es un requisito para un sistema de reactor de baja concentración de combustible ya que los neutrones de fisión se ralentizan rápidamente).

El contenido de U-235 en el uranio natural es lo suficientemente bajo como para que la absorción de neutrones parásitos por el U-238 evite que se propague una reacción en cadena, sin importar cuán grande sea la masa de uranio.

Tampoco puede hacer una reacción en cadena usando uranio natural y agua de agua natural (ligera) como moderador, independientemente de las proporciones o el tamaño del sistema, aunque podría hacerlo hace más de mil millones de años cuando el contenido de uranio U-235 era mayor.

No sé mucho sobre este tema. Estaba a punto de mencionar la proporción de diferentes isótopos de uranio, la diferencia de estabilidad de sus núcleos y la necesidad de que los neutrones entrantes estuvieran dentro de un rango de velocidades que permitieran ser absorbidos por la variedad inestable del núcleo del átomo de uranio, pero todo esto ya se ha dicho.

Por lo tanto, mi contribución podría ser que toqué con la mano desnuda un gran plato de uranio en el vestíbulo de una planta nuclear y hacía frío. Y que los investigadores del accidente de dos aviones jumbo 747 en Los Rodeos en 1977 descubrieron cientos de kilogramos de uranio, luego se descubrió que se usaba en los años setenta como contrapeso para superficies móviles en las alas. Este tipo de uranio se llama uranio empobrecido, y es el resto después de extraer la mayoría de U-235. Ninguna de esas masas de uranio era una montaña, pero eran grandes y no explotaron.

Porque una bomba nuclear divide átomos y neutrones, y si solo apilas uranio uno encima del otro, esto no sucederá
(PD lo siento si me equivoco con la gramática, soy holandés)

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