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O que fazer quando você deseja realizar testes físicos do plutônio em suas armas nucleares e já disse ao mundo que não irá detonar mais armas nucleares neste tipo de experimento?
Se você é o governo dos EUA, pode fazer os chamados testes subcríticos, cujos resultados podem ajudar os cientistas a entender o que acontecerá em uma detonação completa.
Há muita literatura por aí sobre como as armas nucleares funcionam, mas como uma breve visão geral: um componente primário das armas de hoje é normalmente o metal radioativo plutônio que, no momento em que o dispositivo precisa ser acionado, é rapidamente comprimido para tal uma densidade que vai de subcrítica a crítica, permitindo que uma reação em cadeia de fissão seja sustentada. A compressão é conseguida através do disparo de altos explosivos convencionais cuidadosamente moldados, colocados em torno do plutônio, que esmaga o núcleo de metal.
Esta reacção sustentada e descontrolada por si só pode ser bastante destrutiva: a bomba atómica que foi lançada sobre a cidade japonesa de Nagasaki na Segunda Guerra Mundial utilizou esta implosão de plutónio e a subsequente reacção em cadeia para produzir uma onda de choque, calor e radiação que devastou uma boa parte da população. proporção da cidade. Estima-se que a bomba Fat Man explodiu com a força equivalente a cerca de 21.000 toneladas de TNT. Em armas termonucleares mais poderosas e complicadas, os efeitos da compressão do plutónio numa fase primária podem conduzir a uma fase de fusão secundária, na qual os isótopos de hidrogénio se fundem e libertam neutrões e energia, o que, no geral, resulta em explosões destruidoras de cidades com o equivalente força de centenas ou milhares de quilotons de TNT.
Avançando até aos dias de hoje, as equipas de armas nucleares do Tio Sam têm duas coisas em mente: como verificar se o plutónio com décadas de existência no arsenal nuclear da América ainda se comprime e reage como esperado; e como melhorar a estrutura interna e o design dos pacotes nucleares dentro das armas e saber que funcionarão, sem desencadear nenhum?
Você pode realizar simulações em software, mas precisa de dados de estudos empíricos para confirmar se o código está correto. Por um lado, há hidrodinâmica envolvida quando o plutónio se transforma em líquido durante a sua implosão, e modelar não apenas isso, mas a física nuclear que ocorre naquele momento não é trivial.
Já se sabe por algum tempo que os Estados Unidos conduziram, e ainda está conduzindo, alguns testes subcríticos do seu combustível para armas nucleares. Isto geralmente é realizado comprimindo algum metal físsil não crítico de tal forma que permaneça subcrítico: não atinge uma reação nuclear em cadeia sustentada e descontrolada. Pelo menos alguns dos átomos de plutónio sofrem fissão e dividem-se em subprodutos, libertando neutrões e radiação, os quais podem ser observados, embora não se inicie uma reacção em cadeia significativa e uma explosão, de acordo com o governo. Uma maneira de fazer isso é simplesmente não usar tanto plutônio, acreditamos.
O Tio Sam argumenta que estes tipos de experiências não são uma violação da sua promessa de não realizar testes de armas nucleares terrestres e subterrâneas.
Este mês, o Departamento de Energia dos EUA falou publicamente sobre uma máquina de US$ 1,8 bilhão chamada Scorpius que está construindo para capturar imagens do plutônio comprimido em incrementos em escala de nanossegundos usando raios X. Essa taxa de quadros é necessária devido à velocidade com que ocorrem a compressão e as reações subsequentes. É, de certa forma, uma sessão de fotos bastante cara. Os dados desses experimentos subcríticos serão, segundo nos disseram, usados para verificar se as simulações de materiais estão corretas.
Uma das responsabilidades mais importantes do departamento é garantir que, caso chegue o dia negro em que o arsenal nuclear da América seja necessário, as bombas ainda possam fazer o trabalho, daí a necessidade do Scorpius.
“Se você tivesse um carro na garagem por 30 a 50 anos e um dia inserisse a chave de ignição, quão confiante você estaria de que ele daria partida?”, Jon Custer, do Sandia National Lab. explicado. “Essa é a idade da nossa dissuasão nuclear.”
A agência depende em grande parte de enormes supercomputadores para executar as suas simulações nucleares em software, fornecendo informações sobre o desempenho dos componentes da arma em frações de segundo após o acionamento de um dispositivo. É isso que o recém-inaugurado Crossroads super nós olhou para mês passado tem a tarefa. Mas a questão permanece: como saber se a simulação é precisa, especialmente ao modelar as capacidades de uma ogiva com meio século de idade, ou uma versão atualizada dela?
O DoE chama o processo de monitoramento das reações de fissão dentro de uma amostra de plutônio até o ponto imediatamente anterior à criticidade de “fazer cócegas na cauda do dragão”. É chamado assim porque seus cientistas querem chegar o mais próximo possível de uma reação em cadeia sustentada dentro de um componente de arma, sem realmente fazê-la funcionar de maneira descontrolada.
Fazendo cócegas na cauda do dragão remonta aos primeiros anos de experimentação de armas nucleares. Notoriamente, um experimento de quase criticidade usando esse apelido envolvendo a reflexão de nêutrons em uma cápsula de plutônio subcrítica apelidada de Núcleo Demoníaco, para monitorar a taxa de multiplicação de nêutrons, morto o físico Louis Slotin em 1946. Ele acidentalmente deixou cair um refletor de nêutrons de berílio sobre o núcleo, enviando-o para um estado crítico e liberando uma explosão de radiação letal.
O instrumento Scorpius, do tamanho de um campo de futebol, fundamental para fornecer os dados empíricos do departamento, está em construção e será eventualmente implantado no governo Complexo U1a em Nevada. Produz imagens usando feixes pulsados de raios X, em vez de usar luz visível capturada em filme ou por um sensor digital. A máquina será, de acordo com o departamento, “capaz de produzir quatro pulsos separados de elétrons de 80 nanossegundos a 1.400 amperes por pulso. Esses quatro pulsos podem ser produzidos em qualquer lugar que os experimentadores desejarem em uma janela de três microssegundos”.
É uma capacidade que Custer disse que “realmente coloca os códigos de computador à prova”. Por códigos de computador, ele quer dizer: o software de simulação nas alças.
Estas imagens serão comparadas com as geradas por supercomputadores – como o sistema Crossroads que mencionámos anteriormente – para avaliar o verdadeiro estado das ogivas dos Estados Unidos.
De acordo com o DoE, os esforços de modernização em curso no arsenal nuclear dos EUA levarão cerca de 15 anos para serem concluídos, embora com o Scorpius, eles esperem reduzir esse tempo para apenas cinco.
“Estamos entrando em uma era em que nossos programas de modernização começarão a fazer mudanças significativas nos pacotes de explosivos nucleares, mesmo que as características de desempenho das armas não mudem”, explicou Daniel Sinars, diretor do Pulsed Power Center de Sandia.
No entanto, ainda demorará alguns anos até que o DoE possa começar a fazer cócegas na cauda do dragão desta forma. Primeiro, o departamento precisa terminar de construir e testar o Scorpius, o que não acontecerá antes de 2025, no mínimo. A instalação em Nevada levará mais dois anos, com o primeiro teste previsto para o final de 2027. ®
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