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Una millonésima de segundo después de una explosión nuclear la temperatura dentro de la bomba alcanza unos 10 000 000 °C. El material que compone la bomba y el aire que la rodea brillan intensamente formando lo que se conoce como la bola de fuego. El brillo de la bola, unos segundos después de la detonación de una bomba de un megatón, es mayor que el del Sol al mediodía a distancias de hasta 80 km del punto cero. La bola se expande y en 10 segundos alcanza diámetros de un par de kilómetros para detonaciones de un Mt, y luego comienza a contraerse. El aire alrededor de la bola se calienta, la hace ascender a velocidades de unos 100 metros por segundo y forma el conocido hongo, cuyo tallo lo forma una corriente de aire caliente ascendente. A medida que la bola de fuego se enfría, la condensación de vapor de agua causa el color blanco, como una nube, en su extremo superior. Después de cuatro minutos, la nube de una explosión de 1 Mt ha llegado a su máxima altura, 20 km, y su diámetro alcanza unos 16 km.
El calor liberado en la explosión llega a los lugares cercanos después de algunos segundos en la forma de un pulso térmico. La energía transportada por este pulso se mide en calorías por centímetro cuadrado por segundo. Como ejemplo, mencionamos que el Sol brillando normalmente entrega 2 calorías por centímetro cuadrado cada minuto. El daño que el pulso térmico puede causar depende de varios factores: la energía que transporta, el tipo de material con que se encuentra, y el tiempo durante el cual actúa.
En los seres humanos expuestos al pulso, el daño además depende de la pigmentación de la piel, siendo mayor para pieles morenas que blancas debido a la mayor absorción térmica que presentan las sustancias oscuras. Una quemadura de segundo grado —aquella en que se pierde parte de la piel— cicatriza normalmente en dos semanas, siempre que menos de 25% del cuerpo haya sido quemado; en caso contrario, se requiere de hospitalización. Este tipo de quemaduras se producen al recibir entre cinco y seis calorías por centímetro cuadrado en 10 segundos, lo que ocurrirá a distancias cercanas a los 13 km de una detonación de un megatón. Quemaduras más graves se producen al recibir mayor energía, lo que ocurre a distancias menores. La observación directa de la bola de fuego causa ceguera permanente en individuos que se encuentren a menos de 25 km, y quemadura de la retina a quien mire la explosión en un día despejado hasta los 60 km de distancia.
Cualquier material opaco actúa como blindaje contra el pulso térmico, de modo que las personas que se encuentren protegidas detrás de un árbol, una pared, o incluso sus propias vestimentas, no sufren los efectos directos de la energía calórica. Sin embargo, es posible que sufran daño serio de modo indirecto a causa de los incendios que el pulso puede desencadenar a su paso. La ropa se enciende con 20-25 calorías por centímetro cuadrado recibidas en pocos segundos, situación que se encuentra hasta a 8 km del punto de detonación. Entre los materiales que más fácil prenden se encuentran el papel y las hojas secas, 10 calorías por centímetro cuadrado en 10 segundos, y los materiales de relleno en muebles y colchones. Estos incendios pueden verse empeorados debido a los fuertes vientos que acompañarán la onda de choque. En caso de una explosión nuclear sobre una ciudad los sistemas de urgencia, ambulancias, bomberos, etc., estarán imposibilitados de circular en calles totalmente bloqueadas por los restos de edificios y construcciones. La probabilidad de sufrir una infección debido a las quemaduras recibidas se verá aumentada a causa del daño que el sistema inmunológico recibe por la radiación.
Presión
La energía liberada por la explosión nuclear calienta la zona de la bomba —de aproximadamente un metro de diámetro inicial— a altas temperaturas. Esto produce una región de altísima presión que ejerce gran fuerza sobre las capas de aire vecinas, las que comienzan a expandirse a gran velocidad. La velocidad es mayor que la del sonido en aire, así que se forma una onda de choque esférica compuesta por aire muy denso que se desplaza alejándose del punto de explosión. Al pasar esta onda por cualquier obstáculo, edificio, árbol, o cuerpo humano, éstos sentirán un aumento repentino de la presión atmosférica. Una vez que el frente de la onda ha pasado, y debido a la diferencia de presiones, se generan vientos huracanados de gran velocidad. Son estos dos factores, la onda de choque y el viento que la sigue, la causa del daño ocasionado a personas y construcciones. La energía transportada por estos mecanismos llega a ser 50% de la energía liberada por la bomba.
El aumento instantáneo de la presión durante el paso de la onda de choque se mide respecto de la presión atmosférica normal, a la diferencia entre ambas se la llama sobrepresión, y su unidad de medida es el psi (iniciales de libras por pulgada cuadrada, en inglés). Sobrepresiones entre medio y un psi tienen como efecto la ruptura de los vidrios de las ventanas, cinco psi causan la destrucción de construcciones de madera, entre ocho y 10 psi destruyen viviendas de ladrillo, y sobrepresiones de 45 psi causan la muerte de 50% de las personas debido a la compresión del cuerpo causada por la altísima presión. Los silos donde actualmente se guardan los misiles nucleares son construidos para soportar sobrepresiones de más de 2 000 psi. Los vientos que siguen al paso de la onda de choque llegan a alcanzar 50 kilómetros por hora tras sobrepresiones de un psi y 500 km/h tras 10 psi.
El daño en las construcciones se debe al efecto directo de la sobrepresión y del viento. En caso de una explosión de un megatón a 1 500 m de altura, todo lo que se encuentre en la superficie a una distancia menor que 2.5 km del punto cero sentirá sobrepresiones mayores que 20 psi seguidas por vientos de al menos 700 km/hora. En estas condiciones, incluso los edificios de concreto reforzado resultan destruidos. Sobrepresiones cercanas a un psi se darán en puntos que se encuentran a unos 15 km del punto cero, y en esta zona el daño a viviendas y comercio será moderado.
En los seres humanos el efecto directo más serio de la sobrepresión es el daño a la estructura pulmonar, que comienza a las 12 psi. A 100 psi de sobrepresión prácticamente no hay sobrevivencia humana.
Sin embargo, la mayoría de víctimas y heridos se deben a los efectos indirectos, sobre todo al impacto de objetos que han sido lanzados por el viento. Una ventana destruida por una sobrepresión de cuatro psi se transforma en miles de proyectiles llevados por vientos de casi 200 kilómetros por hora.
La protección de la población frente a los efectos de la onda de presión se puede lograr adentro de edificios que eviten el impacto de los objetos que vuelan en el exterior. Hay que recordar que basta un psi de sobrepresión para que trozos de vidrio y otros materiales se desplacen peligrosamente por el aire libre. En caso de existir un aviso lo bastante anticipado de la explosión, se ha recomendado a la población ingresar a un edificio, abrir las ventanas y puertas interiores para evitar que se rompan, quitar todo objeto suelto que pueda transformarse en proyectil, y cubrirse (idealmente con colchones) como protección.
Es preferible acostarse sobre el suelopiso que permanecer de pie y, de ser posible, alejarse de las paredes ya que la onda de presión al ser reflejada por éstas pueden alcanzar fuerzas de hasta ocho veces el valor original. En Hiroshima un edificio público a sólo 160 metros del punto cero protegió efectivamente a sus ocupantes que sobrevivieron en 50% a pesar de una sobrepresión estimada de 30 psi en el lugar.
Radiación
Las reacciones nucleares que ocurren durante la explosión de una bomba producen diferentes tipos de partículas energéticas y de radiaciones. Algunas son emitidas de inmediato y otras, tiempo después de la detonación.
Los únicos productos de las reacciones nucleares que escapan fuera del material que forma la bomba son los rayos gamma y los neutrones. Los primeros son una forma energética de radiación electromagnética que se desplaza a la velocidad de la luz, y los segundos son partículas sin carga eléctrica que forman parte de los núcleos atómicos. La intensidad de estas radiaciones disminuye con la separación al punto de explosión principalmente debido a que son atenuadas por el aire.
El daño causado por una exposición a esta radiación se debe a que, al atravesar el organismo del ser vivo expuesto, los rayos gamma y los neutrones son absorbidos por el cuerpo, pudiendo resultar lesionadas algunas de sus células. Este daño celular se traduce posteriormente en trastornos físicos que, según la cantidad de radiación absorbida, pueden llegar a ocasionar la muerte.
De acuerdo con los conocimientos actuales, el daño biológico causado por cualquier tipo de radiación está directamente relacionado con la cantidad de energía depositada por la radiación en el organismo, a lo que llamaremos dosis.
La unidad que se usa para medir dosis de radiación es el rad. Todo ser vivo sobre la Tierra recibe anualmente alrededor de un décimo de rad a causa de factores ambientales naturales, como los rayos cósmicos que nos llegan desde el centro de la galaxia, o la radiactividad natural de la corteza terrestre. Dosis similares a este valor se consideran relativamente libres de riesgo debido a que la vida que hoy conocemos sobre nuestro planeta ha logrado desarrollarse y evolucionar en la presencia continua de estos niveles de radiación. En el extremo opuesto, una dosis de 400 rads se considera letal para 50% de los seres humanos expuestos a ella. Las muertes ocurren dentro de los 30 días posteriores a la exposición, y aquellos que consiguen sobrevivir lo hacen gracias a la atención médica especializada.
La dosis inmediata causada por una explosión nuclear puede llegar a los millones de rads cerca del lugar de la detonación, pero es rápidamente atenuada por el aire. En el caso de una bomba de alto rendimiento (megatones), la zona de dosis letal se sitúa adentro de la región devastada por el calor y la presión, por lo que la radiación inmediata no contribuye con nuevas víctimas. Para bombas pequeñas (pocos kilotones), la zona de dosis superior a los 400 rads coincide con la zona donde los efectos de la onda de choque y del calor son causa probable de muerte.
Pulso electromagnético
En contraste con los tres efectos inmediatos ya descritos, el pulso electromagnético no causa ni la destrucción física de viviendas ni daño directo a los seres vivos. En cambio, puede ser devastador para los sistemas telefónicos, de comunicaciones, de cómputo, y en general para cualquier circuito que contenga componentes electrónicos. Los efectos del pulso llegan a miles de kilómetros de distancia de la explosión.
Al detonar una bomba nuclear se produce una gran cantidad de rayos gamma emitidos en todas direcciones. Estos rayos se encuentran con las moléculas del aire, les arrancan algunos de sus electrones que son así acelerados, y se produce un pulso de campo electromagnético que se desplaza por el espacio a la velocidad de la luz. Ya que la intensidad inicial de radiación es muy grande, las diferencias de potencial producidas por este fenómeno son inmensas, llegando a alcanzar miles de voltios por metro. Diferencias de potencial de esta magnitud inducen corrientes del orden de miles de amperes en los materiales conductores encontrados por el pulso. Estos pueden ser las líneas de alumbrado, las antenas, los aparatos de radio y TV, las estaciones de transmisión y las computadoras. Como estos equipos por lo general no están protegidos contra corrientes tan altas, seguramente quedarán inservibles una vez pasado el pulso. Otros sistemas que podrían resultar dañados por el pulso electromagnético son los de control militar, que quedarían así incapacitados para responder al ataque.
Se estima que una sola bomba de un megatón detonada a gran altura (unos 500 km) sobre el centro de los Estados Unidos o la URSS, podría destruir gran parte del sistema de telecomunicaciones, la red de distribución de energía eléctrica, y dañar seriamente el equipo de radares, aviones y misiles militares.
Una posible protección contra los efectos del pulso consistiría en encerrar todos los circuitos en "jaulas" metálicas con excelentes conexiones a tierra. Sin embargo, esto no se puede hacer con todas las líneas de teléfono ni las de energía eléctrica debido al altísimo costo de la operación. Las medidas de seguridad contra los efectos del pulso electromagnético, que son hoy en día parte fundamental de cualquier estrategia basada en la capacidad de respuesta ante un ataque nuclear, se limitan al blindaje del sistema de comunicación militar.
Lluvia radiactiva
Se llama lluvia radiactiva a la caída sobre la superficie terrestre del material radiactivo producido por una explosión nuclear. Los átomos que forman esta lluvia emiten continuamente algún tipo de radiación que en potencia es dañina para los seres vivos alcanzados por ella.
Durante la explosión de una bomba nuclear, se producen muchos tipos de núcleos radiactivos, en particular los fragmentos de la fisión del uranio. Estos núcleos permanecen localizados en la zona que ocupaba la bomba y son vaporizados por la alta temperatura de la bola de fuego. También se producen neutrones que escapan de la bomba a gran velocidad y son absorbidos por los materiales sobre la superficie. Muchos núcleos estables al absorber un neutrón se transforman en núcleos radiactivos que a partir de ese momento comienzan a emitir radiación espontáneamente. Gran parte del material situado cerca del punto cero de la explosión (para una detonación de baja altura) es aspirado por la corriente de aire ascendente creada por la bola de fuego y sube a la atmósfera a través del tallo del hongo nuclear. Entre las sustancias que son inyectadas a la atmósfera por la explosión se encuentran los fragmentos de fisión y los núcleos activados por los neutrones. Este material radiactivo regresará a la superficie terrestre dentro de algunos días, meses o años, de acuerdo con el tamaño de la partícula a la cual están incorporados. Las partículas grandes —de algunos milímetros— ascienden hasta la baja atmósfera y vuelven a caer dentro de uno o dos meses arrastrados principalmente por la lluvia y la nieve. El polvo más fino —de milésimas de milímetro— logra llegar a la alta atmósfera, y ahí puede permanecer entre uno y tres años antes de regresar a la superficie. Los vientos y la circulación del aire entre las capas atmosféricas determinan dónde caerá la lluvia radiactiva, pudiendo trasladarse incluso de un hemisferio a otro antes de volver a la superficie.
Así, si la dosis en un punto es de 100 rads/hora una hora después de la detonación, será de 50 rads/ hora dos horas después, de 25 rads/ hora cuatro horas después, etc. Los valores absolutos de la dosis dependen del tipo de bomba, del rendimiento, de la altura de la explosión, y de la distancia al punto cero, entre otros factores. Si todo el material radiactivo producido por la detonación de una bomba de fisión de un kilotón se distribuyera en un cuadrado de 1 kilómetro por lado, una hora después de la explosión la dosis a un metro de altura en el centro del cuadrado sería de unos 5 000 rads/ hora.
El principal riesgo biológico de la lluvia radiactiva lo constituyen los rayos gamma emitidos por el material activado. Esta radiación es muy penetrante y atraviesa el cuerpo de los seres humanos depositando en ellos parte de su energía. También se emiten partículas alfa y beta, pero son poco penetrantes, el grosor de la ropa o la piel las detiene, y sólo causarían quemaduras si se depositaran directamente sobre la piel. Un riesgo especial lo constituye la incorporación de núcleos radiactivos a la cadena alimentaria, ya sea a través de la comida ingerida por los animales o en forma directa por el ser humano. En este caso, la radiación poco penetrante emitida desde el interior del cuerpo es totalmente absorbida por el mismo organismo y el riesgo de enfermedades genéticas y de cáncer es muy alto, incluso para dosis pequeñas de radiación.
Una protección sencilla contra la lluvia radiactiva la constituye cualquier subterráneo o construcción de muros suficientemente gruesos. Unos 30 cm de concreto o medio metro de tierra reducen la intensidad de la radiación en un factor de 10. Ya que 80% de la dosis es recibida durante el primer día, la permanencia en un refugio puede reducir considerablemente los efectos de la radiación.
Incendios extendidos
Como consecuencia del daño inmediato causado por la onda de presión y el calor, se producirán incendios aislados que podrían incorporarse a uno más generalizado. Tuberías de gas destrozadas, acumulaciones de madera o papeles, y sobre todo detalles geográficos de la ciudad determinarán la extensión del fenómeno. Después de la explosión sobre Hiroshima se produjo un gran incendio que asoló varias manzanas de la ciudad. En .Nagasaki esto no ocurrió debido al terreno accidentado, lleno de colinas, que bloquearon parcialmente el calor y el viento e impidieron que los incendios pequeños se fundieran en uno solo. Estos incendios son similares a las "tormentas de fuego" conocidas en ciudades europeas después de los bombardeos aéreos de la segunda Guerra Mundial.
Cualquier edificio o subterráneo es un refugio seguro, al menos durante un par de horas, en la posibilidad de uno de estos grandes incendios. Las principales precauciones que se deben tomar son mantener una reserva suficiente de oxígeno y evitar la entrada del monóxido de carbono producido en la combustión externa al refugio.
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