Relatório da AIEA diz que Teerão tem informação para produzir bomba nuclear

O Irão tem «informação suficiente para desenhar e produzir» uma bomba nuclear semelhante à usada pelos Estados Unidos em Hiroshima, Japão, segundo um relatório de peritos da Agência Internacional de Energia Atómica (AIEA).

O relatório, divulgado hoje pelo New York Times,afirma que Teerão tem informação suficiente para desenvolver um aparelho de impulsão nuclear com urânio enriquecido, fruto de contributos de especialistas de todo o mundo e de extensa pesquisa e testes.

Este tipo de arma é considerada um modelo avançado semelhante ao que os Estados Unidos lançaram em Hiroshima, durante a II Guerra Mundial (1939-1945).

O documento, elaborado por especialistas de dentro e de fora da agência da ONU, não explicita a que ponto chegaram as experiências iranianas na produção de uma bomba.

As conclusões são rejeitadas pelo Irão, que considera o documento «fraudulento».

Na semana passada, foi dado a conhecer que a República Islâmica construiu uma nova unidade de enriquecimento de urânio, numa altura em que tem previstos testes de mísseis de longo alcance.

Senior staff members of the United Nations nuclear agency have concluded in a confidential analysis that Iran has acquired “sufficient information to be able to design and produce a workable” atom bomb.
Readers' Comments

The report by experts in the International Atomic Energy Agency stresses in its introduction that its conclusions are tentative and subject to further confirmation of the evidence, which it says came from intelligence agencies and its own investigations.

But the report’s conclusions, described by senior European officials, go well beyond the public positions taken by several governments, including the United States.

Two years ago, American intelligence agencies published a detailed report concluding that Tehran halted its efforts to design a nuclear weapon in 2003. But in recent months, Britain has joined France, Germany and Israel in disputing that conclusion, saying the work has been resumed.

A senior American official said last week that the United States was now re-evaluating its 2007 conclusions.

The atomic agency’s report also presents evidence that beyond improving upon bomb-making information gathered from rogue nuclear experts around the world, Iran has done extensive research and testing on how to fashion the components of a weapon. It does not say how far that work has progressed.

The report, titled “Possible Military Dimensions of Iran’s Nuclear Program,” was produced in consultation with a range of nuclear weapons experts inside and outside the agency. It draws a picture of a complex program, run by Iran’s Ministry of Defense, “aimed at the development of a nuclear payload to be delivered using the Shahab 3 missile system,” Iran’s medium-range missile, which can strike the Middle East and parts of Europe. The program, according to the report, apparently began in early 2002.

If Iran is designing a warhead, that would represent only part of the complex process of making nuclear arms. Engineering studies would have to turn ideas into hardware. Finally, the hardest part would be enriching the uranium that could be used as nuclear fuel — though experts say Iran has already mastered that task.

While the analysis represents the judgment of the nuclear agency’s senior staff, a struggle has erupted in recent months over whether to make it public. The dispute pits the agency’s departing director, Mohamed ElBaradei, against his own staff and against foreign governments eager to intensify pressure on Iran.

Dr. ElBaradei has long been reluctant to adopt a confrontational strategy on Iran, an approach he sees as counterproductive. Responding to calls for the report’s release, he has raised doubts about its completeness and reliability.

Last month, the agency issued an unusual statement cautioning it “has no concrete proof” that Iran ever sought to make nuclear arms, much less to perfect a warhead. On Saturday in India, Dr. ElBaradei was quoted as saying that “a major question” about the authenticity of the evidence kept his agency from “making any judgment at all” on whether Iran had ever sought to design a nuclear warhead.

Even so, the emerging sense in the intelligence world that Iran has solved the major nuclear design problems poses a new diplomatic challenge for President Obama and his allies.

American officials say that in the direct negotiations with Iran that began last week, it will be vital to get the country to open all of its suspected sites to international inspectors. That is a long list, topped by the underground nuclear enrichment center under construction near Qum that was revealed 10 days ago.

Iran has acknowledged that the underground facility is intended as a nuclear enrichment center, but says the fuel it makes will be used solely to produce nuclear power and medical isotopes. It was kept heavily protected, Iranian officials said, to ward off potential attacks.

Iran said last week that it would allow inspectors to visit the site this month. In the past three years, amid mounting evidence of a possible military dimension to its nuclear program, Iran has denied the agency wide access to installations, documents and personnel.

In recent weeks, there have been leaks about the internal report, perhaps intended to press Dr. ElBaradei into releasing it.

The report’s existence has been rumored for months, and The Associated Press, saying it had seen a copy, reported fragments of it in September. On Friday, more detailed excerpts appeared on the Web site of the Institute for Science and International Security, run by David Albright, a nuclear expert.

In recent interviews, a senior European official familiar with the contents of the full report described it to The New York Times. He confirmed that Mr. Albright’s excerpts were authentic. The excerpts were drawn from a 67-page version of the report written earlier this year and since revised and lengthened, the official said; its main conclusions remain unchanged.

Most dramatically, the report says the agency “assesses that Iran has sufficient information to be able to design and produce a workable implosion nuclear device” based on highly enriched uranium.

Weapons based on the principle of implosion are considered advanced models compared with the simple gun-type bomb that the United States dropped on Hiroshima. They use a blast wave from a sphere of conventional explosives to compress a ball of bomb fuel into a supercritical mass, starting the atomic chain reaction and progressing to the fiery blast. Implosion designs, compact by nature, are considered necessary for making nuclear warheads small and powerful enough to fit atop a missile.

The excerpts also suggest that Iran has done much research and testing to perfect nuclear arms, like making high-voltage detonators, firing test explosives and designing warheads.

The evidence underlying these conclusions is not new: Some of it was reported in a confidential presentation to many nations in early 2008 by the agency’s chief inspector, Ollie Heinonen.

Iran maintains that its scientists have never conducted research on how to make a warhead and that any documents to the contrary are fraudulent.

But in August, a public report to the board of the I.A.E.A. by its staff concluded that the evidence of Iran’s alleged military activity was probably genuine.

It said “the information contained in that documentation appears to have been derived from multiple sources over different periods of time, appears to be generally consistent, and is sufficiently comprehensive and detailed that it needs to be addressed by Iran with a view to removing the doubts” about the nature of its nuclear program.

The agency’s tentative analysis also says that Iran “most likely” obtained the needed information for designing and building an implosion bomb “from external sources” and then adapted the information to its own needs.

It said nothing specific about the “external sources,” but many intelligence agencies assume that Iran obtained a bomb design from A. Q. Khan, the rogue Pakistani black marketer who sold it machines to enrich uranium. That information may have been supplemented by a Russian nuclear weapons scientist who visited Iran often, investigators say.

The I.A.E.A.’s internal report concluded that the staff believed “that non-nuclear experiments conducted in Iran would give confidence that the implosion system would function correctly.”

Desenhos de armas nucleares são arranjos ou combinações de natureza física, química e de engenharia que permitem que o pacote físico de uma arma nuclear exploda. Há três tipos básicos de desenho. Em todos, a energia explosiva de engenhos activados é derivada essencialmente de fissão nuclear, não de fusão.

Armas de fissão puras foram as primeiras armas nucleares construídas e foram as únicas, até ao momento, a serem usadas em tempo de guerra. O material activo é urânio (U-235) ou plutónio (Pu-293), montado explosivamente numa massa crítica de reacção em cadeia por um de dois métodos:

Montagem balística, na qual uma massa de urânio físsil é disparada contra um alvo de urânio (também físsil) no extremo da arma, similar ao disparo de uma bala pelo cano de uma arma (plutónio pode ser, teoricamente, usado neste desenho; no entanto, provou-se ser impraticável).

Montagem implosiva, na qual uma massa físsil de um dos materiais referidos (U-235, Pu-239, ou uma combinação de ambos) é rodeada por uma carga explosiva modelada que comprime a massa, resultando em criticidade.
Arma de fissão intensificada constitui um melhoramento do desenho implosivo. O ambiente de altas pressões e temperaturas no centro da explosão de uma bomba de fissão comprime e aquece uma mistura de gases de trítio e deutério (isótopos pesados de hidrogénio). O hidrogénio funde-se, formando hélio e neutrões livres. A energia libertada pelas reacções de fusão é relativamente negligenciável, mas cada neutrão libertado inicia, por sua vez, uma nova reacção de fusão em cadeia, reduzindo substancialmente a quantidade de material físsil que, de outra forma, seria gasto. Este mecanismo de intensificação pode representar uma duplicação da energia libertada por fissão.

Armas termonucleares bifásicas são, essencialmente, uma cadeia de armas de fissão intensificada, normalmente com apenas duas fases na referida cadeia. A segunda fase, denominada "secundária", é implodida por energia de raios X a partir da primeira fase, denominada "primária". Esta implosão por radiação é muito mais eficaz que a implosão da primária, de alta potência. Consequentemente, a secundária pode ser várias vezes mais potente do que a primária sem, no entanto, ser maior. A secundária pode ser desenhada para maximizar a libertação de energia de fusão mas, na maioria dos desenhos, é apenas utilizada para conduzir ou melhorar a fissão, como no caso da primária. Mais fases podem ser adicionadas, embora o resultado seja uma arma de megatoneladas, potente demais para ser utilizada.

Armas de fissão puras constituiram, historicamente, o primeiro tipo a ser construído por uma nação. Países com elevados níveis de industrialização e com arsenais nucleares desenvolvidos, possuem armas termonucleares bifásicas, as quais são as mais compactas, escaláveis e com melhor relação resultado/preço, assim que esteja disponível a infraestrutura industrial necessária para as construir.
Todas as inovações em desenho de armas nucleares foram originadas nos EUA, embora alguns desenhos tenham sido desenvolvidos, mais tarde, por outros Estados; as descrições seguintes dizem respeito a desenhos norte-americanos.

Nos primeiros serviços noticiosos, as armas de fissão puras eram chamadas de "bombas atómicas" ou "bombas-A", um termo desadequado já que a energia vem unicamente do núcleo do átomo. Armas que envolviam fusão eram chamadas de "bombas de hidrogénio" ou "bombas-H", denominações igualmente desadequadas já que a sua energia destrutiva provinha principalmente da fissão nuclear. Conhecedores da tecnologia favoreceram os termos "nuclear" e "termonuclear", respectivamente.

O termo "termonuclear" refere-se às altas temperaturas necessárias ao início da fusão, ignorando o igualmente importante factor da pressão, considerado secreto na época em que o termo se tornou corrente. Muitos termos relacionados com tecnologia de armas nucleares são inexactos devido a terem tido origem em ambientes confidenciais. Alguns são termos em código absurdos, tais como "alarme de relógio".

A fissão nuclear divide átomos mais pesados, formando átomos mais leves. A fusão nuclear liga átomos mais leves, formando átomos mais pesados. Ambas a reacções geram, aproximadamente, um milhão de vezes mais energia do que as reacções químicas comparáveis, tornado as bombas nucleares um milhão de vezes mais poderosas que as bombas não-nucleares, facto reclamado por uma patente francesa em Maio de 1939.

Em alguns aspectos, fissão e fusão são reacções opostas e complementares, mas os seus detalhes são únicos em cada uma. Para entender como as armas nucleares são desenhadas, é útil conhecer as importantes similaridades e diferenças entre fissão e fusão. A explicação seguinte emprega valores arredondados.

(cont.)

Fissão

Quando um neutrão livre atinge o núcleo de um átomo fissionável como o urânio-235 (235U), este divide-se em dois átomos menores chamados fragmentos de fissão, bem como em mais neutrões. As fissões podem ser auto-sustentadas porque cada colisão produz mais neutrões com as velocidades requeridas para causar novas fissões.
O átomo de urânio pode dividir-se em várias dezenas de maneiras distintas, a única condição na reacção será a de a soma dos pesos atómicos totalizar 236 (massa atómica do urânio mais a do neutrão). A seguinte equação mostra uma possível divisão em estrôncio-95 (95Sr), xénon-139 (139Xe), dois neutrões (n), e energia (unidade: MeV).



A libertação imediata de energia por átomo é de 180 milhões de electrão-volt (MeV), ou seja, 74 TJ/kg, sendo 90% desse valor energia cinética dos fragmentos de fissão, os quais se afastam uns dos outros por repulsão causada pela carga positiva dos seus protões (38 para o estrôncio e 54 para o xénon). Assim, a sua energia cinética inicial é de cerca de 67 TJ/kg (correspondendo a uma velocidade inicial de 12.000 km/s), mas a sua elevada carga eléctrica provoca inúmeras colisões inelásticas com núcleos vizinhos. Os fragmentos mantêm-se capturados no fosso de urânio até que o seu movimento é convertido em raios X, um processo que demora cerca de um milionésimo de segundo (um microsegundo). Esta energia de raios X produz a explosão e o fogo que são o propósito da explosão nuclear.

Após o abrandamento dos produtos de fissão, estes continuam radiactivos. Sendo novos elementos com neutrões a mais, eventualmente tornar-se-ão estáveis por decaimento beta, convertendo neutrões em protões com emissão de electrões e raios gama. Cada núcleo dos produtos de fissão decai entre uma e seis vezes (três vezes, em média), produzindo uma variedade de isótopos de diferentes elementos, alguns estáveis, alguns altamente radiactivos, e outros radiactivos com tempos de vida média de até 200.000 anos.[7] Em reactores, os produtos radiactivos são os resíduos nucleares do combustível consumido. Nas bombas, tornam-se cinza nuclear, depositando-se na superfície terrestre tanto localmente como globalmente.

Entretanto, dentro da bomba em explosão, os neutrões livres libertados pela fissão atingem os núcleos vizinhos de 235U, provocando a sua fissão numa reacção em cadeia de crescimento exponencial (1, 2, 4, 8, 16, 32,...). Iniciando-se com apenas uma, o número de fissões pode, teoricamente, duplicar-se uma centena de vezes em apenas um microsegundo, o que poderia consumir uma massa de urânio com centenas de toneladas quando fosse atingido o centésimo passo da reacção. Na prática, as bombas não contêm tanto urânio e, de qualquer das formas, apenas alguns quilogramas sofrem fissão antes de toda a massa explodir em pedaços.
Manter a coesão de uma bomba em explosão é o maior desafio no desenho de armas de fissão. O calor da fissão expande rapidamente o fosso de urânio, espalhando e afastando entre si os núcleos-alvo e, consequentemente, criando espaços inter-nucleares pelos quais os neutrões se podem escapar sem serem capturados. A reacção em cadeia pára.
Os materiais que conseguem suster uma reacção em cadeia denominam-se físseis. Os dois materiais físseis usados em armas nucleares são:
U-235, também conhecido por urânio enriquecido ou por 25 (resultante da combinação do último dígito do seu número atómico (92) e do último dígito da sua massa atómica (235));
Pu-239, também conhecido por plutónio ou por 49 (combinação de 94 com 239).
O isótopo mais comum do urânio, U-238, é fissionável mas não físsil, o que significa que pode ser fissionado por neutrões (emitidos por um reactor de fusão, por exemplo) mas não é capaz de suster uma reacção em cadeia per se. É também conhecido por urânio empobrecido ou natural, tuballoy (Tu), e 28 (ver explicação no parágrafo anterior). Não consegue suster uma reacção em cadeia devido aos seus próprios neutrões de fissão não serem suficientemente energéticos para provocar mais fissão de U-238. No entanto, os neutrões libertados por fusão fissionarão o U-238. Esta reacção de fissão de U-238 provoca a maior parte da energia destrutiva numa arma termonuclear bifásica típica.

Fusão
É pouco provável que a fusão seja auto-sustentada pois não produz o calor e pressão necessários a mais fusão. Produz, sim, neutrões que dispersam a energia.[8] Em armas, a mais importante reacção de fusão é chamada de reacção D-T. Usando o calor e pressão da fissão, hidrogénio-2 (2D) funde-se com hidrogénio-3 (3T), formando hélio-4 (4He), um neutrão (n) e energia.



Note que a energia total libertada, 17,6 MeV, é um décimo da da fissão, mas os "ingredientes" da reacção representam apenas uma quinquagésima parte em termos mássicos, pelo que a energia libertada por unidade de massa é superior. No entanto, nesta reacção de fusão, 80% da energia (14 MeV) encontra-se no movimento do neutrão que, por não ter carga eléctrica e por ter quase tanta massa como o núcleo de hidrogénio que o criou, pode escapar sem deixar para trás a sua energia e, portanto, sem sustentar a reacção nem gerar raios X para explosão e fogo.

A única forma prática de aproveitar a maior parte da energia da fusão é a captura de neutrões dentro de uma garrafa maciça de um metal pesado como o chumbo, urânio ou plutónio. Se o neutrão de 14 MeV for capturado por urânio (de tipo 235 ou 238) ou plutónio, o resultado é fissão e a libertação de cerca de 180 MeV de energia de fissão, multiplicando o rendimento por dez.

A fissão é, assim, necessária para iniciar e sustentar a fusão, e captura e multiplica a energia libertada em neutrões de fusão. No caso de uma bomba de neutrões (ver em baixo) o que foi mencionado não se aplica, visto que a própria fuga dos neutrões é o objectivo da arma.

Produção de trítio
Uma terceira e importante reacção nuclear é a que cria trítio, essencial ao tipo de fusão usada em armas e, coincidentemente, o mais dispendioso componente em qualquer arma nuclear. Trítio, ou hidrogénio-3, é produzido no bombardeamento de lítio-6 (6Li) por um neutrão (n), gerando hélio-4 (4He), trítio (3T) e energia.



É necessário um reactor nuclear para fornecer electrões. A conversão, à escala industrial, de lítio-6 em trítio é muito similar à conversão de urânio-238 em plutónio-239. Em ambos os casos, o material de alimentação é colocado dentro de um reactor nuclear e removido para processamento algum tempo depois. Na década de 1950, quando a capacidade dos reactores era limitada, as produções de trítio e plutónio estavam em competição directa. Cada átomo de trítio que entrava numa arma substituía um átomo de plutónio que poderia ter sido produzido em seu lugar.

A fissão de um átomo de plutónio liberta dez vezes mais energia total do que a fusão de um átomo de trítio, e gera 50 vezes[carece de fontes] mais energia explosiva. Por esta razão, o trítio é incluido em componentes de armas nucleares apenas quando produz mais fissão do que aquela sacrificada pela sua produção, nomeadamente no caso da fissão intensificada.

No entanto, uma bomba nuclear em explosão é um reactor nuclear. A reacção acima pode ocorrer simultaneamente ao longo da secundária de uma arma termonuclear bifásica, produzindo trítio in loco à medida que o engenho explode.

Dos três tipos básicos de arma nuclear, a primeira (fissão pura) usa a primeira das três reacções nucleares acima. A segunda (fissão intensificada) usa as primeiras duas reacções. A terceira (termonuclear bifásica) usa as três reacções.

Armas de fissão pura

A primeira tarefa de um desenho de arma nuclear é agregar rapidamente uma massa supercrítica de urânio ou plutónio físseis. Numa massa supercrítica, a percentagem de neutrões produzidos por fissão e capturados por outros núcleos físseis é grande o suficiente para que cada evento de fissão, em média, cause mais do que um evento de fissão adicional.

Assim que a massa crítica se encontre agregada com densidade máxima, um jorro de neutrões é fornecido no sentido de iniciar o maior número possível de reacções em cadeia. As armas primitivas empregavam um "urchin" no fosso, contendo este último polónio-210 e berílio separados por uma fina barreira. A implosão do fosso esmagava o urchin e misturava os dois metais, permitindo, desta forma, que partículas alfa provenientes do polónio interagissem com os átomos de berílio, produzindo neutrões livre. Em armas modernas, o gerador de neutrões é um tubo de vácuo de alta tensão que contém um acelerador de partículas, o qual bombardeia um alvo de hidreto de deutério/trítio-metal com iões de deutério e trítio. A fusão de pequena escala produz neutrões num local protegido, fora do pacote físico, a partir do qual podem penetrar no fosso. Este método permite melhor sincronização na iniciação da reacção em cadeia.

A massa crítica de uma esfera não-comprimida de metal desprotegido é 49,9 kg para urânio-235 e 15,9 kg para plutónio-239 na fase delta. Em aplicações práticas, a quantidade de material requerida para criticidade varia com a forma, pureza, densidade e proximidade ao material reflector de neutrões, sendo a fuga ou captura de neutrões afectadas por todos os factores anteriores.

Para evitar uma reacção em cadeia durante o manuseamento, o material físsil na arma deverá ser sub-crítico antes da explosão. Pode consistir em um ou mais componentes contendo, cada um, menos do que uma massa crítica não-comprimida. Uma fina concha oca pode conter mais do que uma massa crítica esférica e desprotegida, e o mesmo é válido para um cilindro, o qual pode ser arbitrariamente extenso sem nunca atingir criticidade.

A uma camada opcional feita de material denso e que rodeia o material físsil dá-se o nome de calçadeira (do inglês tamper). Devido à sua inércia, atrasa a expansão do material reactor, aumentando a eficiência da arma. É comum a mesma camada servir tanto de calçadeira como de reflector de neutrões.

Desenho de arma de tipo balístico

Diagrama de uma arma de fissão de tipo balístico.



Little Boy, a bomba de Hiroshima, usou 64 kg de urânio com um enriquecimento médio de 80% (51 kg de U-235), muito próximo da massa crítica para o metal desprotegido. Quando montado dentro da sua calçadeira/reflector de carbeto de tungsténio, os 64 kg representavam mais do dobro da massa crítica. Antes da explosão, o urânio-235 foi preparado em duas porções sub-críticas, uma das quais foi, mais tarde, disparada por um cilindro contra a outra, iniciando a explosão atómica. Cerca de 1% do urânio sofreu fissão; o restante, representando a maior parte de toda a produção em tempo de guerra das gigantescas fábricas de Oak Ridge, espalhou-se inutilmente.

A ineficiência foi causada pela velocidade a que o urânio não-comprimido se expandiu e se tornou sub-crítico durante a fissão, devido à sua densidade diminuída. Apesar da sua ineficiência, este desenho, devido ao seu formato, foi adaptado para utilização em projécteis de artilharia cilíndricos e de pequeno diâmetro (uma ogiva de tipo balístico, disparada de um cano de uma arma muito maior). Tais ogivas foram incorporadas pelo Estados Unidos no seu arsenal até 1992, sendo responsáveis por uma fracção significativa de todo o U-235 armazenado; estas foram, também, algumas das primeiras armas a serem desmanteladas de acordo com tratados limitativos do número de ogivas. A base lógica desta decisão foi, sem dúvida, a combinação das baixas potências destas armas com os sérios problemas de segurança associados ao desenho de tipo balístico.

Arma de tipo implosivo

Fat Man, a bomba de Nagasaki, usou 6,2 kg (cerca de 350 ml de volume) de Pu-239, o que representa apenas 39% da massa crítica esférica. Rodeada por uma calçadeira/reflector de U-238, o fosso foi elevado próximo do ponto de massa crítica pelas propriedades de reflectividade neutrónica do U-238. Durante a detonação, a criticidade foi atingida por implosão. Com o objectivo de aumentar a sua densidade, o fosso de plutónio foi comprimido pela detonação simultânea de explosivos convencionais colocados uniformemente à sua volta. Estima-se que apenas 20% do plutónio tenha sofrido fissão; o resto, cerca de 5 kg, foi espalhado.



Uma onda de choque gerada por uma implosão pode ter uma duração tão curta que apenas uma fracção do fosso seja comprimido no instante em que a onda o atravessa.



Imagens de raio X das ondas de choque convergentes formadas durante um teste do sistema de lente altamente explosivo.
Um impulsor (do inglês pusher), implementado na forma de concha de metal de baixa densidade - como o alumínio, berílio ou uma liga de ambos os metais[13] - poderá ser necessário. O impulsor localiza-se entre a lente explosiva e a calçadeira. Actua reflectindo, no sentido oposto, uma parte da onda de choque, tendo assim o efeito de prolongar a sua duração. A bomba Fat Man usou um impulsor de alumínio.

A chave para a maior eficiência da bomba Fat Man residiu no momento transmitido do exterior pela calçadeira massiva de U-238 (a qual não sofreu fissão). Assim que a reacção em cadeia se iniciou no plutónio, o momento da implosão tinha de ser invertido antes que a expansão pudesse parar a fissão. Ao manter-se toda a estrutura durante algumas centenas mais de nanosegundos, conseguiu-se aumentar a eficiência do engenho.

Fosso de plutónio
O núcleo de uma arma de implosão – o material físsil e qualquer reflector ou calçadeira ligado a ele – é conhecido por fosso. Algumas armas testadas durante os anos de 1950 usaram armas feitas somente com U-235, ou em conjunto com plutónio,[14] mas os fossos feitos unicamente com plutónio são os que têm menor diâmetro e têm sido a norma desde o início da década de 1960.

A fundição e usinagem do plutónio são difíceis, não só devido à sua toxicidade, como também devido à existência de várias fases metálicas, também conhecidas como alótropos. À medida que o plutónio arrefece, alterações na sua fase resultam em distorção. Esta distorção é normalmente ultrapassada ligando-o metalicamente a gálio a 3-3,5 molar%, o que provoca a expansão da sua fase delta por uma maior gama de temperaturas.[15] Quando é feito o arrefecimento a partir da fusão, o plutónio sofrerá então apenas uma mudança de fase, de epsilon para delta, em vez das quatro fases que, caso contrário, atravessaria. Outros metais trivalentes também funcionariam, mas o gálio tem uma secção eficaz de absorção neutrónica bastante reduzida e ajuda a proteger o plutónio contra a corrosão. Um inconveniente reside no facto de os próprios compostos de gálio serem corrosivos, pelo que, se o plutónio for recuperado a partir de armas desmanteladas para conversão em dióxido de plutónio, usado em reactores nucleares, há dificuldade em remover o gálio.

Devido ao plutónio ser quimicamente reactivo, é comum revestir o fosso com uma fina camada de metal inerte, o que também reduz o perigo de toxicidade. Nas primeiras armas foi utilizado níquel[16] mas, actualmente, dá-se preferência ao ouro.

Implosão em fosso levitado
O primeiro melhoramento no desenho da bomba Fat Man consistiu na introdução de um espaço com ar entre a calçadeira e o fosso, por forma a criar um impacto similar ao de um martelo a atingir um prego. O fosso, suportado por um cone oco dentro da cavidade da calçadeira, era descrito como "levitado". Os três testes da Operação Sandstone, em 1948, usaram desenhos de tipo Fat Man com fossos levitados. A maior potência foi de 49 kiloton, mais do dobro da potência do desenho Fat Man sem levitação.

Foi imediatamente claro que o modelo implosivo seria o mais adequado para uma arma de fissão. A sua única desvantagem residia no seu diâmetro. A bomba Fat Man tinha 1,5 m de largura, contrastando com os 60 cm da bomba Little Boy.

Onze anos mais tarde, os desenhos de implosão tinham avançado suficientemente para que a esfera de 1,5 m de diâmetro do engenho Fat Man tivesse sido reduzida para um cilindro de 30 cm de diâmetro e 60 cm de comprimento, no caso do engenho Swan.

O fosso de Pu-239 da bomba Fat Man tinha apenas 9 cm de diâmetro, ligeiramente maior do que uma bola de basebol. A maior parte do anel que rodeava a bomba Fat Man dizia respeito ao mecanismo de implosão, nomeadamente as camadas concêntricas de U-238, alumínio e potentes explosivos. A chave para a redução do anel residiu no desenho de implosão de dois pontos.

Implosão linear de dois pontos
Um desenho implosivo bastante ineficiente é um que simplesmente remodela um ovóide numa esfera, com compressão mínima. Num esquema de implosão linear, uma massa de Pu-239, sólida, não comprimida e alongada, maior do que massa crítica numa esfera, é embutida num cilindro altamente explosivo, com um detonador em cada ponta.

A detonação leva o fosso à criticidade pela compressão simultânea dos topos do cilindro, criando uma forma esférica. O choque pode também fazer o plutónio transitar da sua fase delta para a fase alfa, aumentando a sua densidade em 23%, mas sem o momento, do exterior para o interior, de uma verdadeira implosão. A falta de compressão torna a detonação ineficiente, mas a simplicidade e reduzido diâmetro do desenho tornam-no adequado para utilização em projécteis de artilharia e munições atómicas de demolição, também conhecidas por armas nucleares portáteis.

Todas estas armas de combate de baixa potência, sejam desenhos balísticos de U-235 ou desenhos implosivos lineares de Pu-239, exigem o pagamento de um preço alto em termos de material físsil, já que implicam que se alcancem diâmetros entre 152 e 254 mm.

Implosão de dois pontos em fosso oco
Um sistema implosivo de dois pontos emprega duas lentes de explosão e um fosso oco.

Um fosso oco de plutónio era o planeado inicialmente para a bomba Fat Man de 1945, mas não havia tempo suficiente para desenvolver e testar o seu sistema implosivo. Um desenho de fosso sólido era mais simples e, dada a restrição de tempo, considerado mais fiável, mas requeria uma calçadeira de U-238 pesada, um impulsor espesso de alumínio, e três toneladas de altos explosivos.

Após a guerra assistiu-se ao reavivar do interesse no desenho de fosso oco. A sua vantagem mais óbvia reside no facto de uma casca oca de plutónio, deformada por choque em direcção ao seu centro vazio, transmitir momento na sua súbita e violenta configuração em esfera sólida. Ela própria funcionaria como calçadeira, requerendo um muito menor dispositivo deste tipo (em U-238), sem necessidade de qualquer impulsor, e empregando explosivos de menor potência. O fosso oco tornou a levitação obsoleta.

A bomba Fat Man possuía duas conchas esféricas e concêntricas de altos explosivos, cada uma com cerca de 25 cm de espessura. A concha interior guiou a explosão. A concha exterior consistiu num padrão de bola de futebol com 32 lentes altamente explosivas, cada uma convertendo a onda convexa proveniente do seu detonador numa onda côncava cuja frente se adequava à superfície externa da concha interna. Se estas 32 lentes pudessem ser substituídas por apenas duas, a esfera de altos explosivos poderia tornar-se um elipsóide (esferóide prolato) com muito menor diâmetro.

Um excelente exemplo destas duas características reside numa ilustração de 1956 do programa sueco de armas nucleares (encerrado antes de ter produzido uma explosão de teste), nela se vendo os elementos essenciais do desenho de dois pontos em fosso oco.

Há desenhos similares na literatura aberta que provêm do programa alemão de armas nucleares no pós-guerra, o qual foi também encerrado, bem como do programa francês, o qual produziu um arsenal.

O mecanismo da lente de altos explosivos (item nº 6 no diagrama) não é mostrado no desenho sueco, mas uma lente de tipo padrão feita de explosivos potentes rápidos e lentos, como na bomba Fat Man, seria muito mais alongada do que a forma ilustrada. Para que uma única lente explosiva gere uma onda côncava que envolva por completo um hemisfério, aquela deverá ser ou muito comprida, ou a parte da onda na linha que liga o detonador ao fosso dramaticamente abrandada.

Um explosivo potente e lento é, ainda assim, muito rápido, mas a placa voadora de uma "lente de ar" não o é. Uma placa metálica, deformada por choque e empurrada através de um espaço vazio, pode ser desenhada para que se mova à velocidade pretendida.[19][20] Um sistema implosivo de dois pontos usando tecnologia de lente de ar pode ter um comprimento que não exceda o dobro do seu diâmetro, tal como no desenho sueco acima referido.

Arma de fissão intensificada
O passo seguinte em miniaturização teve como objectivo a aceleração da fissão no fosso para reduzir a quantidade de tempo requerida pelo confinamento inercial. O fosso oco constituiu uma localização ideal para a introdução da fusão no sentido de obter intensificação da fissão. Uma mistura 50/50 de gases de trítio e de deutério, bombeada para o fosso durante o armamento, funde-se em hélio e liberta neutrões livres brevemente após o início da fissão. Os neutrões dão início a um elevado número de novas reacções em cadeia enquanto o fosso ainda se encontra crítico ou perto da criticidade.

Assim que o fosso oco é aperfeiçoado, as razões para não se escolher a intensificação tornam-se escassas.

O conceito de fissão intensificada por fusão foi primeiramente testado a 25 de Maio de 1951, na explosão Item da Operação Greenhouse, em Enewetak. A explosão teve uma potência de 45,5 kton.

A intensificação reduz o diâmetro de três formas, todas resultantes de fissão mais rápida:

Como o fosso comprimido não necessita de ver mantida a sua integridade estrutural durante tanto tempo, a calçadeira massiva de U-238 pode ser substituída por uma concha de berílio muito mais leve, reflectindo de volta para o fosso neutrões que se escapem. O diâmetro é, assim, reduzido.

A massa do fosso pode ser reduzida para metade sem reduzir a potência da arma. O diâmetro é, novamente, reduzido.
Visto que a massa do metal a ser implodido (calçadeira e fosso) é reduzida, a carga de alto explosivo necessária é também menor, reduzindo o diâmetro ainda mais.

Como a intensificação é requerida para atingir a potência máxima associada a este desenho, qualquer redução na intensificação implica uma redução na potência. Armas intensificadas são, assim, armas de potência variável. A potência pode ser reduzida em qualquer momento anterior à explosão, bastando para isso reduzir a quantidade de trítio que é injectado no fosso durante o processo de armamento.

O primeiro engenho cujas dimensões sugerem a implementação de todas estas características (dois pontos, fosso oco, implosão intensificada por fusão) foi o engenho Swan, testado a 22 de Junho de 1956 em Enewetak. A explosão recebeu o nome Inca e foi executada no contexto da Operação Redwing. A sua potência foi de 15 kton, aproximadamente a mesma da bomba Little Boy, detonada em Hiroshima onze anos antes. Pesava 47,6 kg e era de forma cilíndrica, com 29,5 cm de diâmetro e 58 cm de comprimento. O esquema acima ilustra as suas prováveis características essenciais.

Onze dias mais tarde, a 3 de Julho de 1956, o engenho Swan foi testado novamente em Enewetak, tendo recebido o nome de Mohawk. Desta vez, o engenho desempenhou o papel de primário num engenho termonuclear bifásico, papel esse repetido uma dúzia de vezes ao longo da década de 1950. Swan foi o primeiro primário multi-uso e pronto a usar, protótipo de todos os que se lhe seguiram.

(cont.)