Entonces sueñas con convertirte en una potencia nuclear de una sola persona. Quiero decir, es el tipo de sueño que es menos conmovedor drama familiar y más “Protagonista: John Lithgow”. Pero me gusta John Lithgow, así que está bien.
Probemos y rompamos esta nuez.
Lo primero para la galería de maní: Sí, esta respuesta discute de manera muy amplia: “Cualquier persona con habilidades de Google intermedias y conocimientos de química, física e ingeniería de nivel 101”, explica cómo construir una bomba nuclear “desde cero”.
Eso podría alarmarte. “¿Qué pasa si los terroristas encuentran esto ?! ¡Estás ayudando a los terroristas!
- ¿Qué países del mundo tienen los sistemas de armas nucleares más confiables?
- ¿Se renovará el Programa de Armas Nucleares Tridente del Reino Unido?
- ¿Las armas nucleares se contradicen?
- ¿Es posible derretir los casquetes polares de Marte con armas nucleares?
- ¿Pakistán tiene armas nucleares?
Dos cosas:
- Si lo mejor que pueden hacer “los terroristas” es escanear a Quora en busca de consejos de un experto no aleatorio sobre la construcción de armas de destrucción masiva, no estoy demasiado preocupado por su capacidad de seguir adelante. Más aún, no soy un físico, químico o ingeniero (nuclear o de otro tipo), por lo que seguir mi consejo muy de cerca en este asunto probablemente no sea algo que nadie deba hacer con gran seriedad.
- Va a ser muy evidente muy rápidamente que esto no es algo de lo que deba preocuparse cualquier Joe Q. Terrorista que se está llevando a cabo. En todo caso, espero al final de esta respuesta que se sienta aliviado por la inverosimilitud de un actor deshonesto que alguna vez lo haya logrado.
Lo último es que esta respuesta es muy larga según los estándares de Internet (7,300 palabras, por lo tanto, 35 minutos de lectura), por lo que si solo desea las cifras de la línea superior antes de navegar a otro lugar, aquí:
- Construcción nuclear: $ 111.3 millones para el primero, $ 9.95 millones para cada uno después
- Construcción ICBM: $ 200 millones en investigación y desarrollo, $ 40 millones por misil (optimista)
- Construcción de instalaciones de apoyo: $ 15 millones
- Adquisición de tierras: $ 416,000 a $ 1.2 millones
- Probabilidades de éxito: Infinitesimal.
¿Estamos bien? Excelente.
Lo primero que le diré que haga en mi búsqueda para ser investigado e interrogado intrusivamente por varias agencias gubernamentales es mudarse (y / o conquistar) Australia.
Eso tiene que ser, como seis agencias allí mismo.
Para empezar, necesitará mucha tierra, como será evidente a medida que evolucione esta respuesta, e idealmente una tierra que esté lejos de miradas indiscretas. Australia tiene eso en picas . De los 7,69 millones de kilómetros cuadrados de tierra de la isla más grande del mundo, alrededor del 40 por ciento está clasificada como desierto, y otro por ciento es adecuado para no mucho más que el pastoreo de animales.
Entonces, concedido, la tierra que adquirirás es probablemente inhóspita, pero bueno, probablemente sea lo mejor que construyas un complejo de cohetes y armas nucleares clandestinas en el medio de la nada. Retrasará su descubrimiento (como lo será).
Volveremos a determinar cuánta tierra necesitará hacia el final de la respuesta, pero está vinculada a la siguiente consideración para basar su operación en Australia: tiene un tercio de las reservas probadas de uranio del mundo, la vasta la mayoría de los cuales ha sido sin minar.
¡Puntuación! ¿Derecho?
Bueno, en realidad no, porque el gobierno australiano tiene una muy buena idea de dónde están estas reservas comprobadas, y no se trata de dejar que cualquiera aparezca y comience la prospección de uranio, sin mencionar el hecho de que Australia Occidental, donde existen muchos de sus depósitos de uranio en tierras áridas / prospectivas, ha prohibido la prospección de uranio / desarrollo de minas en el futuro.
Además, más del 95 por ciento de la producción de uranio de Australia proviene de tres minas existentes.
Entonces, lo que tenemos que hacer es …
… Oh, lo siento, ¿te está posponiendo? ¿Está preguntando: “¿Por qué no puedo simplemente comprar el uranio que necesito de alguien que ya lo está extrayendo?”
Bien, hablemos.
Fuente: Ciencia Popular (marzo de 1950) a través de Modern Mechanix
Para construir una bomba nuclear, necesita uranio “enriquecido”. Esa es una manera simple de decir que necesita usar uranio que esté compuesto en un 90% o más del isótopo U-235, mientras que el uranio natural es 99.2% de U-238, lo que es inútil para hacer que las cosas salgan bien.
Fuente: Asociación Nuclear Mundial
El U-235 ocurre naturalmente en una proporción de aproximadamente 0.72% en el uranio que se extrae del suelo, pero las concentraciones pueden variar. Dicho de otra manera, si sostuvo un kilogramo de uraninita realmente pura, podría estar sosteniendo tal vez seis gramos de U-235, el peso equivalente de una cucharada de azúcar sobrecargada (Nota importante: U-235 y el azúcar no son ingredientes intercambiables para hornear y / o fines nucleares).
La bomba que explotó sobre Hiroshima usó 64 kilogramos de uranio, 51 de los cuales era U-235, 8,500 veces más de lo que podrías sostener de manera casual.
Ahora, sin marcar severamente mi comportamiento de búsqueda en Internet, no puedo encontrar a nadie que venda comercialmente una cantidad apreciable de uraninita para comenzar a hacer comparaciones de precios (probablemente lo mejor). Puede obtener tres gramos de uranio refinado de United Nuclear por $ 69. A ese precio, estaría pagando $ 23,000 por kilogramo. Para obtener suficiente de su uranio para enriquecer 52 kilogramos de U-235 para construir una réplica de trabajo de Little Boy (obteniendo 1 kilo adicional para asegurar la masa crítica), necesitaría gastar al menos $ 166.1 millones (para el mínimo 90% de enriquecimiento nivel requerido para alcanzar uranio de grado arma).
Por supuesto, eso habría supuesto que su uranio fuera 0.72% U-235. Señalan que su uranio es solo un 0,31% de isótopo U-235, por lo que necesita al menos 2,3 veces la cantidad de uranio de grado superior, o un valor de $ 382 millones.
Hmm … Esto se está volviendo bastante caro bastante rápido. Quizás obtener grandes cantidades de uranio puro de terceros no sea el camino a seguir.
Alternativamente, podría intentar crear algún tipo de empresa de fachada y comenzar a comprar cantidades industriales de octoxido de triuranio (AKA, “pastel amarillo”), U3O8, la forma de uranio después de las operaciones de minería y el procesamiento que se vende para un mayor enriquecimiento.
Su precio de mercado al momento de escribir esto es de $ 45.20 por kilogramo. Es 84.8% de uranio en masa, y estamos asumiendo 0.7% de U-235; así que para obtener 52 kilogramos de U-235 de 90% de uranio enriquecido, necesitará 9,100 kilogramos de U3O8, que a precios de mercado son $ 411,300.
¡Ahora eso es mucho más razonable!
Pero, por supuesto, el problema con el que nos encontramos es que comprar esa tarta sabrosa (nota importante: no comas tarta amarilla, porque no es sabrosa) es que te harán notar. Su compañía principal será examinada, probablemente muy rápidamente descubierta como una concha, y su sueño se habrá acabado.
Pero, ya sabes, $ 411,300 … Sí, eso parece un buen negocio. Sin embargo, volvamos a nuestra hipotética operación minera.
Mira, no estamos tratando de establecer una mina de uranio comercialmente viable. Los grandes buscadores corporativos están buscando depósitos que les generen miles y miles de toneladas de U3O8 que se puedan cambiar para obtener ganancias. No están mirando los depósitos pequeños y aislados (menos de 100 toneladas) que no recuperarán sus costos operativos.
Sin embargo, estos depósitos serían suficientes para satisfacer nuestras necesidades.
Entonces, digamos que hurgando al margen de algunos de los depósitos de uranio conocidos de Australia Occidental o Queensland (dígale al gobierno que está buscando oro o cobre) usted y su equipo de geocientíficos ( costo / persona: $ 90-130,000 por año, dependiendo en la experiencia) identifique un área probable de depósito de uranio de 50 toneladas de U3O8 a una profundidad entre 100 y 150 metros. Pregunta a un par de ingenieros de minas ( costo / persona: $ 75-150,000 por año, según la experiencia) cuál creen que es la mejor forma de extracción, y si tiene suerte, podrían recomendar la lixiviación in situ (ISL).
Básicamente, en lugar de abrir un agujero gigante o cavar un montón de pozos con equipos costosos y tener que lidiar con una gran cantidad de desechos, puede colocar algunos pozos sobre áreas clave de depósito y recuperar gradualmente la resina de uranio en la superficie.
En promedio, la extracción de ISL cuesta entre $ 65 y $ 110 por kilogramo de U380 extraído; así que para su línea base de 8,800 kilogramos, podría estar buscando entre $ 591,500 y $ 1,001,000.
“¡Hey!”, Dices. “¡Eso es mucho más de $ 411,300!”
Sí, así es. Sé matemática. Pero considere que obtiene la seguridad adicional de controlar su cadena de suministro. Si terminas necesitando más uranio (pista: lo harás, como será evidente pronto), entonces puedes lixiviarlo.
Además, solo porque el precio de mercado para la cantidad de U3O8 que estaríamos buscando adquirir es menor que nuestro valor de producción estimado, eso no tiene en cuenta ningún otro arancel o tarifa asociado con la importación y almacenamiento de un volumen tan grande de Sustancia altamente controlada y controlada. Si se suman todos esos costos, probablemente estaría en el mismo estadio financiero (y, también, en los radares de tantos reguladores y agencias).
Y, por supuesto, $ 1 millón es mucho menos que tratar de obtener buena uraninita de otro proveedor, por lo que todavía está en el negro.
Como otra nota al margen, querías hacer un arma nuclear desde cero, lo que para mí parece que la minería debería estar involucrada de todos modos para permanecer en el espíritu de la pregunta.
Sin embargo, esos $ 1 millones solo se estiman a partir de los costos operativos de la mina. Todavía tenemos que construir el complejo minero. La mayoría de las citas que puedo encontrar para los gastos de capital de las minas ISL están entre $ 20-40 millones, con algunos valores atípicos en el rango de $ 50 millones. En este caso hipotético, no estamos trabajando con un depósito particularmente grande, por lo que podríamos evitar los costos de construcción en el extremo inferior de ese rango, si no un poco menos.
Dado eso, el costo total de la infraestructura para extraer la cantidad necesaria de U3O8 para su arma nuclear hobby puede estimarse de manera justa en el rango de $ 15-20 millones, dependiendo de cuán geográficamente disperso esté su depósito y cuánto uranio opte por extraer del suelo (de nuevo, aproximadamente $ 100,000 por tonelada). Ese costo incluye la extracción y el proceso de refinación de la suspensión de uranio en torta amarilla.
Para procesar aún más su pastel amarillo en bondad enriquecida, tendrá que hacer algo de química (aunque ya ha estado bombeando muchos ácidos diversos bajo tierra), con el producto final como hexafluoruro de uranio (UF6), un forma gaseosa de uranio que se puede usar para separar el U235 que necesita.
Como se señaló en la introducción, no soy químico. De hecho, la química es el único curso que he reprobado en mi vida (si no cuenta mi repetición de biología para obtener una calificación final aprobatoria). Tendrá que contratar a algunos químicos reales para que lo ayuden a través de este proceso ( costo / persona: $ 60-110,000 por año por químico, según la experiencia). Solo estoy aquí para darle una idea de cuánta química necesitará hacer (pista: mucho) y cuánto podría costarle esa química (pista: mucho).
Entonces, primero la torta amarilla debe bañarse en ácido nítrico para producir nitrato de uranilo. Puede comprar el ácido nítrico directamente (bastante caro para obtener una solución al 100% en cantidades industriales), o puede comprar un montón de dióxido de nitrógeno (no tan caro) para fabricarlo usted mismo.
Para procesar 9.100 kilogramos de torta amarilla, necesitará 5.500 kilogramos de ácido nítrico. Para hacer 5,500 (-ish … ¿Sabes qué? Simplemente agrega “-ish” después de todos estos números) kilogramos de ácido nítrico, necesitarás 6,000 kilogramos de dióxido de nitrógeno (y mucha agua, que ya deberías tener como parte de su operación de lixiviación).
Al escanear en línea, debido a que esta respuesta ya ha destruido mi historial de búsqueda, parece que se pueden obtener botes de dióxido de nitrógeno de 50-60 litros por entre $ 200 y $ 350 cada uno, de los cuales necesitaría entre 70 y 90; entonces eso costaría entre $ 14-32,000, dependiendo del proveedor, la cantidad del recipiente y el grado.
Una vez que haya hecho su ácido nítrico (consulte a sus químicos), podrá producir unos 12,800 kilogramos de nitrato de uranilo (con apenas 1,000 kilogramos de subproducto de dióxido de nitrógeno para una posible captura y reventa, tal vez).
Luego necesitará aproximadamente 1,600 kilogramos de amoníaco (costo: $ 1-2,000, aunque tendrá mucho de esto a mano en su mina ISL) y mucha agua (nuevamente, debe clasificarse) para hacer diuranato de amonio a partir de El nitrato de uranilo. Luego, obtiene un baño de hidrógeno de 65 kilogramos (costo: $ 500) para extraer 8,750 kilogramos de dióxido de uranio.
¡Oye, esto suena bastante barato! Bueno, sigue leyendo, guarda lo mejor para el final.
Para convertir el dióxido de uranio en tetrafluoruro de uranio, necesitarás 2.600 kilogramos de fluoruro de hidrógeno, que deberías poder extraer del ácido fluorhídrico, que se vende por alrededor de $ 100 por kilogramo. Entonces, costo: $ 260,000.
Ouch, y se pone peor.
Para llevar sus 10.200 kilogramos de tetrafloururo de uranio a ese último paso de bondad gaseosa, necesitará 1.250 kilogramos de gas flúor.
Sí, esto es difícil de rastrear (probablemente por buenas razones), ni siquiera por su papel en este proceso ilícito sino porque es generalmente, ridículamente tóxico y corrosivo. Por lo general, se vende en estado diluido para ser transportado de manera segura, lo que podría ser lo mejor que puede hacer (consulte a sus químicos).
La única cita que pude encontrar por su costo en forma pura fue de $ 1,900 por kilogramo, pero eso podría estar muy lejos. Aún así, salvo cualquier otra información, 1,250 kilogramos de gas flúor le costarán $ 2.38 millones.
Eso parece prohibitivo.
Alternativamente, varias plantas dedicadas a grandes volúmenes de producción de UF6 parecen producir gas flúor en el sitio, que es probablemente la ruta más rentable, y luego inyectan directamente el gas en el proceso para minimizar los riesgos de exposición. Su producción en el sitio también le permitiría producir grandes cantidades de fluoruro de hidrógeno, lo que podría reducir aún más sus costos.
El proceso comienza con los ácidospar, un grado muy alto de fluorita y ácido sulfúrico. Esto produce fluoruro de hidrógeno, que luego se mezcla con fluoruro de potasio para formar bifluoruro de potasio. El bifluoruro de potasio luego se somete a electrólisis para producir gas flúor (y otras cosas).
Acidspar cuesta alrededor de $ 350 por tonelada métrica, y ácido sulfúrico $ 30 por kilogramo. Entonces ya podrías estar pensando, “¡Oh, sí, muy barato!”
Sí, bueno, vas a necesitar muchas de estas cosas.
Para obtener 2,600 kilogramos de fluoruro de hidrógeno, necesitará 5,000 kilogramos de ácidopar ($ 1,750) y 6,400 kilogramos de ácido sulfúrico ($ 192,000), que también tendrá como parte de su operación minera. Eso es un ahorro de $ 66,250.
Ahora, para hacer el proceso nuevamente para obtener 1,250 kilogramos de gas flúor, necesita 2,500 kilogramos de ácidopar ($ 875), 3,200 kilogramos de ácido sulfúrico ($ 96,000) y 3,800 kilogramos de fluoruro de potasio, que cuesta $ 5 por kilogramo ($ 19,000) . Eso llega a un gran total de $ 115,875, para un ahorro de $ 2.26 millones.
Entonces, sí, relativamente hablando es “muy barato”.
De cualquier manera que vaya para obtener su gas flúor, al final del proceso tendrá 11,400 kilogramos de UF6 que puede usar para producir uranio enriquecido.
Ah, también habrá acumulado alrededor de 2.800 litros de aguas residuales que necesitará ir a algún lado, así como 5.200 kilogramos de nitrato de amonio que, si no lo maneja adecuadamente, aplastará su operación en un horroroso convencional. explosión incluso antes de llegar a su bomba nuclear. Quizás podría intentar recuperar parte (como una fracción lamentable) de sus gastos vendiéndolo como fertilizante.
Y, por supuesto, toda esa descripción química pasó por alto el tipo de equipo especializado y espacio de laboratorio que necesitaría para llevar a cabo el proceso de extracción de forma segura. No es exactamente algo que pueda hacer en su patio trasero con algunas tuberías oxidadas y vasos de vidrio que compró de segunda mano. También necesita personas que lo ayuden con esto, ya que moverse solo por cantidades industriales de productos químicos peligrosos es básicamente una manera fácil de garantizar una muerte lenta y espantosa.
Es difícil llegar a una buena cifra sobre esto, porque requiere conocimiento sobre equipos especializados que es difícil de rastrear. Examinando algunos sitios de producción industrial comparables, creo que una inversión de capital inicial de $ 15 millones es una estimación razonable, seguida de la contratación de 8 a 12 empleados para ayudar ( costo / persona: $ 50-110,000 por año, dependiendo de la experiencia).
Bien, ahora tienes que seguir con el enriquecimiento. Esto requerirá el trabajo de muchas centrifugadoras muy especializadas. ¿Cuántos? Bueno, obviamente eso depende tanto de la rapidez con la que desee procesar el uranio como del nivel de enriquecimiento que desee. Cuantas más centrifugadoras tenga, más rápido habrá enriquecido uranio; pero cuanto mayor sea el enriquecimiento, más trabajo por centrífuga (y / o más centrifugadoras nuevamente).
Esa es la cuestión: nosotros (usted, todavía todos ustedes) en realidad no nos hemos conformado con un nivel de enriquecimiento. El 90% es la línea de base para el uranio de “grado de arma”, pero tal vez desee obtener niveles más altos de enriquecimiento para minimizar la posibilidad de que su bomba sea un desastre.
En el mundo del enriquecimiento, estos y otros factores relacionados se introducen en una fórmula compleja que determina las unidades de trabajo de separación (SWU) necesarias para lograr el producto deseado. En resumen, al calcular el SWU se tiene en cuenta el contenido de U235 del uranio que ingresa al proceso, el nivel de enriquecimiento objetivo del producto y el nivel de enriquecimiento del producto de desecho.
Haciendo algunos cálculos, obtener 52 kilogramos de U235 enriquecido entre 90 y 99 por ciento con niveles promedio de uranio empobrecido requerirá entre 11,750 y 13,250 SWU.
Las centrifugadoras modernas producen entre 50 y 100 SWU por año, aunque algunas centrifugadoras de próxima generación han demostrado el potencial de producir más de 350 SWU por año. Sin embargo, en la práctica, no puede simplemente dividir el SWU total requerido por la producción promedio de la centrífuga (en este caso, 13,250 / 100 = 133), porque una sola centrífuga no podrá realizar el trabajo de concentración el U235 Las centrifugadoras están dispuestas en cascadas, y luego varias cascadas están unidas en serie, para permitir que más material de alimentación progrese a través del proceso de enriquecimiento.
Entonces, en la práctica, probablemente necesitará diez o veinte veces la cantidad de centrifugadoras que de otro modo podría calcular aproximadamente para alcanzar su objetivo de producción dentro de un año, por lo tanto, en su caso, 1.300-2.600.
Las centrífugas son algunas de las máquinas diseñadas con mayor precisión en el planeta, y están construidas con materiales raros. Es decir, que no son algo que usted pueda preparar y producir en su cobertizo de herramientas, y también significa que el número de empresas capaces de fabricar centrifugadoras es muy pequeño y sus exportaciones están muy reguladas. y monitoreado.
También vale la pena señalar que los enriquecedores comerciales parecen contratar entre 6-10 empleados por cada 1,000 SWU, por lo que está buscando un posible personal de 60-130 técnicos para asegurarse de que su instalación se mantenga en funcionamiento ( costo / persona: $ 60 -120,000 por año, dependiendo de la experiencia).
Podría intentar tomar la ruta de Irak, Irán y Corea del Norte y contratar la experiencia extranjera requerida para construir sus propias centrifugadoras basadas en copias de la tecnología existente, pero sus márgenes de costo (y su producto final) probablemente no serán diferente de comprar centrífugas directamente.
Y sí, estoy evitando el tema de cuánto costará todo esto, porque estamos atacando muchas variables. También nos estamos enfrentando al problema del hecho de que las compañías que fabrican centrifugadoras no tienen (eso puedo decir) información pública sobre cuánto cuestan sus centrífugas por unidad, porque ¿por qué lo harían? No solo son empresas privadas, sino que pueden contar el número de clientes potenciales por un lado (sin incluir sus propias operaciones), y están hablando con ellos directamente.
Por lo tanto, no tengo idea de cuánto podría costarle una centrífuga, mucho menos 100 o 1,000, ya sea en la compra de tecnología existente o (muy crudamente) creando la suya al aprovechar la experiencia disponible.
Sin embargo, algunos investigadores se han tomado la molestia de crear curvas de costos para los gastos de capital necesarios para la construcción de nuevas plantas de enriquecimiento, que podemos suponer que incluirían las centrifugadoras, y, sorprendentemente, no es barato solo porque está haciendo una instalación a pequeña escala. Con base en su trabajo y nuestros aportes, está buscando costos de capital entre $ 16-32 millones.
Por cierto, tenemos que abordar otro componente de costo importante: ¿cómo está impulsando todo esto? Quiero decir, no puedes simplemente conectar tus instalaciones de extracción, extracción y enriquecimiento de uranio a la red y esperar que todo esté bien. Estás viendo los niveles de consumo de energía a la par de un pueblo pequeño. Solo su instalación de enriquecimiento requerirá alrededor de 1,000 MWh en un año para operar (basado en 60-65 kWh por SWU).
Aquí hay otra razón para establecerse en Australia: gran potencial solar.
Sin embargo, construir su propia granja solar será costoso, pero mucho menos que comprar al por mayor. La construcción de granjas solares a nivel de servicios públicos cuesta entre $ 2-3 millones por MW de generación, y si asumimos que 5 MW satisfarán todas las necesidades de su operación, entonces puede esperar gastar $ 10-15 millones.
De todos modos, una vez que tenga su uranio de grado de arma, debe convertirlo en un arma. Con toda probabilidad, se limitará a un arma de tipo arma, ya que la mayoría de las armas nucleares modernas usan plutonio-239 (que no vamos a fabricar, ya que es un subproducto de una reacción nuclear, y estamos no va a construir ningún reactor nuclear hoy, ya que tiende a terminar mal) y otros materiales que, francamente, van a estar más allá de usted para adquirir.
Además, tendrá que consultar con físicos e ingenieros para optimizar el diseño de su ojiva, dado que el tipo de arma es bastante ineficiente. Solo el 2% del uranio en la bomba de Hiroshima se sometió a fisión.
En el papel, si los 52 kilogramos de su U235 se sometieran a una fisión completa, la liberación de energía resultante sería cercana a 1 megatón de TNT equivalente (66 Hiroshimas). Sin embargo, es muy poco probable que logre la fisión completa de todo su U235 en ausencia de otros materiales como Pu-239 y un diseño de ojiva muy complejo.
Aún así, si pudieras mejorar el diseño de Little Boy que ha sido la inspiración para este artículo para lograr que incluso el 10% de tu U235 se someta a fisión, entonces estarías en el estadio del bajo rango de rendimientos de ojivas actualmente desplegados.
Sin embargo, existe un precedente para intentar la ojiva de tipo implosión más compleja con un núcleo U235 puro. Ese fue el principio detrás del Mk-18, que era la bomba de fisión pura más grande producida por los Estados Unidos. Tenía un núcleo U235 que pesaba 60 kilogramos y entregaba un rendimiento de 500 kilotones (alrededor del 42% de su potencial total). Sin embargo, esa cantidad de U235 puro en esa configuración hizo que el diseño fuera increíblemente inestable, y se tuvieron que tomar precauciones adicionales para garantizar que no hubiera una explosión accidental.
Y, ya sabes, al diseñar bombas nucleares, “inestable” y “accidental” no son palabras que quieras unir en la descripción.
Entonces, nuevamente, querrá consultar a algunos físicos para que su diseño sea correcto (y estable).
Además de esto, también tendrá que crear o comprar de alguna manera los altos explosivos necesarios para desencadenar la reacción en cadena (costo de compra: $ 200-400 por kilogramo y todas las banderas rojas).
Pero donde realmente tienes un problema es que parece que quieres poder poner tu arma nuclear encima de un misil. Eso requerirá que puedas miniaturizar la bomba, lo que requiere mucho tiempo y experiencia (solo pregúntale a Irán y Corea del Norte).
¿Cuánto le costará la I + D y el desarrollo final? No tengo idea, pero probablemente sea justo asumir que su presupuesto aquí será de un 20 a un 25 por ciento adicional de su gasto total solo en el diseño de la bomba, y luego nuevamente para la miniaturización de la bomba. Así que hagamos los cálculos, usando las estimaciones superiores:
- Extracción y extracción de uranio: $ 20 millones
- Facilidad de conversión UF6: $ 15 millones
- Conversión de U3O8 a UF6: $ 0.35 millones
- Instalación de enriquecimiento de uranio: $ 32 millones
- Subtotal: $ 67.4 millones
- I + D de diseño de bombas: $ 16.9 millones
- Miniaturización de bombas: $ 16.9 millones
- Subtotal: $ 101.2 millones
- + 10% de amortiguación e inflación: $ 10.1 millones
- Gran total: $ 111.3 millones
Por supuesto, tenga en cuenta que una vez que se clasifican sus gastos de capital e investigación para la primera bomba, para cada bomba subsiguiente (suponiendo una por año):
- Extracción y extracción de uranio: $ 1 millón
- Procesamiento de U3O8 a UF6: $ 0.35 millones sin procesar, personal de $ 800,000 / año
- Enriquecimiento de uranio: $ 7.6 millones / año
- Electricidad: $ 200,000 / año (operación y mantenimiento, a menos que desee pagarse por su propia energía).
- Gran total: $ 9.95 millones
Y estoy seguro de que mucha gente está mirando esa cifra y diciendo: “Espera, el Proyecto Manhattan costó el equivalente a más de $ 30 mil millones en la moneda actual. ¿Cómo estás construyendo una bomba nuclear desde cero por menos del uno por ciento de eso?
Bueno, sí, por supuesto, el Proyecto Manhattan costó una increíble cantidad de dinero para construir la primera bomba nuclear. Nadie había construido uno antes. Todos los pasos que podemos dar por sentado ahora tuvieron que inventarse en ese entonces. Nadie extraía uranio o fabricaba plutonio en cantidades industriales; eran materiales súper raros. La potencia informática que necesitaban para probar sus teorías requería instalaciones similares a las de un bloque de oficinas. Las ciudades literales tuvieron que construirse desde cero para albergar a los científicos, sus técnicos y sus familias a fin de mantener el mayor secreto.
Es bastante fácil ver cómo el gobierno habría dejado caer mucho dinero en ese tipo de circunstancias. Hoy, sin embargo, un tipo como yo puede venir, tomarse unos días para examinar la literatura existente con el fin de pretender que parece que sabe de lo que está hablando, obtener algunos puntos de precio en la economía de combustible nuclear altamente industrializada y ahora global. , e ir desde allí.
Además, después de que el gobierno de los Estados Unidos arrojó esos miles de millones de dólares para la primera bomba, no tuvieron que gastar casi tanto por bomba a partir de entonces. El hecho de que el gobierno de los Estados Unidos gastó tanto como lo hizo en armas nucleares a partir de los años 40 en adelante se debió a la gran cantidad de armas que estaban construyendo, probando y refinando, pero el costo por bomba se redujo bastante bien.
El gobierno de los Estados Unidos ha gastado cerca de $ 9 billones en su programa de armas nucleares desde el comienzo del Proyecto Manhattan. De esa cantidad, se gastaron aproximadamente $ 640 mil millones en la construcción de armas nucleares. Si excluimos el Proyecto Manhattan de esa cifra y nos enfocamos solo en la producción posterior de unas 70,000 ojivas nucleares, entonces el costo por bomba es de aproximadamente $ 9.2 millones.
Y, eh, hice el cálculo de la parte de atrás de la servilleta después de crear mi propia producción de ~ $ 10 millones / bomba, y eso me asustó.
Entonces, sí, le costó a las órdenes de magnitud del gobierno de los EE. UU. Crear su primera bomba nuclear desde cero de lo que costaría alguna otra advenediza. Así es como funciona la tecnología: alguien invierte mucho dinero y esfuerzo para llevar el prototipo al mercado, y todos los demás lo copian por mucho menos.
Lo mismo ocurre con los misiles balísticos intercontinentales, que es la segunda parte de esta pregunta.
Vamos a copiar el Topol-M, el ICBM móvil de Rusia. ¿Por qué? Porque una vez que las autoridades descubran lo que estás haciendo y desciendan en masa a tu complejo de armas, ninguno de ellos se embarcará en una persecución a alta velocidad con una plataforma móvil de armas nucleares. Será la escapada más mala de todos los tiempos.
Además, es mucho más barato comprar y reparar un viejo camión pesado militar que cavar y mantener un silo de misiles (costo promedio: $ 15 millones). De hecho, pude encontrar los camiones utilizados por los soviéticos para transportar el Topol-M a la venta en línea por alrededor de $ 200,000. Agregue otros $ 100,000 para reparaciones y actualizaciones, y auge: tiene su plataforma de lanzamiento.
Fácil. Sobre el cohete.
Contrata mucha ayuda.
Como, necesitas hacerlo. La ciencia de cohetes es difícil, ya que estas respuestas de Quora señalan muy hábilmente. No puedes simplemente agarrar un tubo de metal, llenarlo de propulsor, darle un beso y enviarlo de manera alegre y ardiente.
“Espera”, podrías estar pensando. “¿Simplemente, radicalmente, simplificaste el proceso para crear una bomba nuclear, y ahora estás poniendo un misil en la canasta ‘demasiado dura’?”
…Si, mas o menos. Equilibrar ecuaciones para reacciones químicas y derivar cantidades y precios requeridos es un trabajo de mono. Hay calculadoras para eso. Aunque me perdí muchos detalles importantes al describir el proceso de enriquecimiento, sigue siendo un proceso bastante sencillo en cuanto a los grandes pasos. La química es así de simple (de nuevo: falló).
¿Pero los cohetes?
Tenga en cuenta que solo tomó alrededor de una década convertir las armas nucleares de fabricación teórica a industrial. Mientras tanto, los cohetes, a pesar de décadas de experiencia, aún desafían incluso los programas de inicio con los mejores recursos (por ejemplo, Irán, Corea del Norte). Incluso el Pentágono está teniendo problemas para encontrar una cifra de costos para reemplazar el misil Minuteman III, que no se ha fabricado desde la década de 1990, con estimaciones entre $ 62 y $ 100 mil millones, debido a lagunas en la comprensión de las instalaciones necesarias y el potencial mano de obra y costos de material. La estimación intermedia de $ 85 mil millones cubre $ 718 millones para la construcción relacionada, $ 22,6 mil millones para investigación y desarrollo, y $ 61,5 mil millones para adquisiciones y mantenimiento.
Entonces, sí, va a ser difícil decir con un alto grado de certeza cuánto te llevará este lado del proyecto. Pero podemos darle un tiro de estadio muy crudo.
Otra razón para elegir el Topol-M es porque sabemos bastante sobre sus propiedades por su versión modificada por civiles, el Start-1, que básicamente mantuvo intactas las tres etapas del Topol-M mientras reemplazaba el componente de ojiva con una cuarta etapa ( volverás a cambiar al original).
Ahora, probablemente terminará usando algún tipo de propulsor compuesto de perclorato de amonio (APCP), pero solo un escaneo rápido y básico de la literatura disponible sobre APCP revela múltiples fórmulas posibles que podrían lograr los resultados que necesita para obtener su misil balístico ir intercontinental, cada uno de los cuales tendría costos variables para producir a partir de materias primas.
Ahora, analizando los informes anuales de las partes interesadas de American Pacific Corporation (AMPAC), el único productor de perclorato de amonio en América del Norte, parece que el perclorato de amonio cuesta alrededor de $ 30 por kilogramo. Es dudoso que ellos o alguien similar se lo venda en grandes cantidades, pero hacerlo usted mismo no parece ser menos costoso, por lo que dejaremos esa cifra allí.
Para la mayoría de los cohetes de combustible sólido, alrededor del 90 por ciento de la masa total del cohete es combustible. En aras de la ilustración, aquí hay una representación de los porcentajes de componentes para el Atlas V.
Fuente: Tory Bruno (@torybruno) , presidente y CEO de United Launch Alliance
En nuestro caso, eso nos daría unos 40.600 kilogramos de combustible que, si se tratara de perclorato de amonio, costaría alrededor de $ 1.22 millones. Sin embargo, dado que el propelente final requiere más que solo perclorato de amonio, el costo final de obtener todos los materiales necesarios para su APCP preferido podría ser significativamente mayor que eso. Para propósitos de presupuesto, podría ser seguro agregar otro 50% del costo base por $ 1.83 millones.
Sabiendo que el peso máximo de la cabeza de guerra que puede soportar tu imitación Topol-M es de 1,200 kilogramos, eso te deja con 3,300 kilogramos de materiales de construcción estructural, que serán una mezcla de metales y compuestos de carbono, y serán diferentes para cada etapa.
Las carcasas para las tres etapas del Minuteman III, por ejemplo, son de acero al carbono, titanio y fibra de vidrio. Para una comparación comercial, el Falcon 9 de SpaceX utiliza aluminio-litio, y el Ariane 5, una mezcla de aluminio, acero y plástico reforzado con fibra de carbono en sus diversos componentes.
Y aunque probablemente podríamos buscar los costos básicos para cada uno de estos materiales (el acero y la fibra de vidrio son baratos, el titanio no lo es), no será suficiente simplemente multiplicar el material por el peso y obtener una estimación. Se comportan de manera muy diferente bajo los tipos de estrés que podrías esperar (y algunos que quizás no) al lanzar algo al espacio. Necesitas ingeniería de precisión, o de lo contrario es más probable que tu misil explote en el lanzamiento (algo malo cuando llevas una cabeza nuclear) en lugar de ir a cualquier parte; y las herramientas y la experiencia van a inflar rápidamente el costo de la construcción muy por encima del costo de las materias primas.
Además, necesita una batería y sistemas de guía y control, todos los cuales deben poder sobrevivir a un lanzamiento y funcionar en circunstancias extremas. Esos son componentes caros.
La otra cosa a tener en cuenta con el costo del desarrollo de cohetes es la fase de investigación y desarrollo. Esto es mucho más costoso de lo que estimamos para la investigación y desarrollo del diseño de la bomba porque, idealmente, cada componente de su cohete se someterá a pruebas rigurosas, a menudo llevando a los componentes al punto de falla. Eso significa que no solo está construyendo un misil a partir de un conjunto de planos, sino efectivamente varios misiles al construir, probar, romper y reconstruir componentes varias veces. Entonces, incluso antes de haber construido un solo cohete, es posible que haya gastado el equivalente de cuatro o cinco cohetes en desarrollo.
Quiero decir, podrías saltarte este paso si tienes la máxima confianza en tus equipos de ingeniería y maquinaria, pero definitivamente no es recomendable.
Entonces … No estamos realmente más cerca de una estimación, ¿verdad?
Cada misil Peacekeeper cuesta alrededor de $ 50 millones en dólares de hoy. Cada Minuteman III ronda los $ 40 millones. El Pentágono quiere comprar sus nuevos misiles por alrededor de $ 66 millones cada uno. Sin embargo, los lanzamientos comerciales de cohetes mucho, mucho más grandes que el ICBM de su patio trasero (por ejemplo, Ariane 5 y Falcon 9) cuestan alrededor de $ 60 millones cada uno; y tenemos que asumir que una buena parte de eso tiene que ser ganancia, o de lo contrario la industria espacial comercial colapsaría.
Si no está construyendo su ICBM a nivel industrial, tal vez pueda lograr algunos ahorros de costos al no tener que construir una instalación masiva y emplear un gran personal; pero si pudiera mantener el presupuesto por misil por debajo de $ 40 millones (lo que elevaría la investigación y el desarrollo a más de $ 200 millones), me impresionaría.
Todo esto nos lleva de vuelta a una pregunta crítica que se hace al comienzo de esta respuesta: ¿Cuánta tierra vas a necesitar para construir tu complejo minero / nuclear / misil?
Si has estado prestando atención: mucho.
Recorriendo algunas de las instalaciones de ejemplo que he usado en esta respuesta:
Heathgate Resources actualmente alquila 30,000 hectáreas (300 kilómetros cuadrados) de tierra en el sur de Australia para su operación de la mina Beverley, que en un mapa se ve así:
Fuente: Portal de información de recursos del sur de Australia
El depósito total de U3O8 comprobado e inferido en el área de la mina Beverley es apenas inferior a 80,000 toneladas, por lo que es significativamente mayor que el depósito hipotético para esta respuesta (100 toneladas, para refrescar su memoria).
Sin embargo, solo porque nuestro depósito es 1/800 del tamaño de este ejemplo del mundo real, sería un error suponer que una parcela de 375,000 metros cuadrados sería suficiente. Necesita espacio para explorar y asegurarse de haber capturado la totalidad del depósito.
Entonces, un poco arbitrariamente, calculemos que nuestra parcela necesaria es [matemática] \ frac {1} {\ sqrt {800}} [/ matemática] de la mina Beverley, que llega a 1.060 hectáreas (10.6 kilómetros cuadrados) de tierra . Eso debería ser suficiente para empezar.
Lo bueno de la minería de recuperación in situ es que aún puede usar la superficie para otros desarrollos, ya que los pozos y perforaciones individuales no ocupan demasiado espacio y pueden extraer el depósito a distancia. Por supuesto, no desea construir demasiado cerca del área aproximada de depósito; porque si te equivocas, entonces tienes una costosa reconstrucción en tus manos. Por lo tanto, esperaría mantener al menos 500 hectáreas en reserva explícita para minería y exploración.
La planta de procesamiento de la mina probablemente no ocupará más de 6 hectáreas de tierra, y su granja solar de 5MW ocupará 15 hectáreas en el extremo superior.
La planta de conversión de uranio de Honeywell en Illinois ocupa aproximadamente 24 hectáreas, pero está configurada para procesar unas 15,000 toneladas de UF6 por año a plena capacidad. Solo necesita una décima parte del uno por ciento de esa capacidad por bomba. Sin embargo, al igual que el tamaño de la mina, no puede esperar procesar múltiples toneladas de gases y compuestos volátiles en el 0.1% del espacio (240 metros cuadrados) solo porque necesita el 0.1% del producto.
Simplemente no. No se pueden producir 12 toneladas de hexafluoruro de uranio en el espacio de una acogedora casa familiar.
Si aislamos lo que parecen ser las instalaciones centrales de procesamiento de la planta de Honeywell, tendremos una gran cantidad de tierra vacía, por lo que no necesitamos duplicar el cálculo de cosas como estacionamientos y patios de almacenamiento. Cerca de 5 hectáreas. Tal vez podría comprimir eso en 2 o 3 hectáreas, pero algunos equipos simplemente no se prestan para una mayor compresión; así que para propósitos de planificación, nos quedaremos con 5 hectáreas.
Su planta centrífuga debería poder albergar 10-20 SWU por metro cuadrado, lo que potencialmente la convierte en la más pequeña de sus instalaciones. Aún así, ese es solo el espacio para sus cascadas centrífugas. Debe tener en cuenta el almacenamiento, el mantenimiento, el personal, etc.
La planta URENCO en Nuevo México, por ejemplo, adquirió 220 hectáreas de tierra para su instalación inicial de 3 millones de SWU, incluso las operaciones se llevan a cabo en aproximadamente 44 hectáreas, con el espacio de la instalación real (desde la actualización) que ocupa 10 hectáreas. Eso significa que su SWU / metro cuadrado real es superior a 60; sin embargo, están utilizando las últimas y mejores centrifugadoras, y usted no lo estará.
Entonces, para fines de planificación, reserve dos hectáreas.
Finalmente, tenemos que reservar espacio para la construcción del misil.
SpaceX ha revolucionado la industria de la construcción de cohetes al integrar verticalmente su proceso de construcción en un campus pequeño; y dado el tamaño de su misil y la escala de su producción, es posible que pueda replicar su pequeña huella de construcción. Las instalaciones principales de SpaceX en Hawthorne, California, tienen una huella combinada de 39,000 metros cuadrados, por lo que apenas hay 4 hectáreas. Como se estableció anteriormente, no necesita preocuparse por construir una instalación de lanzamiento, y tendrá mucho espacio abierto para las pruebas que no necesariamente debemos reservar.
¿Dónde nos deja eso en tierra?
- Parcela inicial: 1.060 hectáreas.
- Minería y exploración: 500
- Granja solar: 15
- Instalación de procesamiento de mineral: 6
- Facilidad de conversión: 5
- Facilidad de enriquecimiento: 2
- Producción de misiles: 4
- Total utilizado: 532
- Repuesto: 528
Y si eso parece un montón de espacio vacío, considérelo como un búfer de privacidad / seguridad, o espacio para reservar si alguna vez se siente generoso y decide construir una aldea de vecindad para sus muchos trabajadores (viendo cómo está afuera) en el medio de la nada, eso es un viaje muy largo).
Entonces, ¿cuánto costaría esa cantidad de tierra?
Dependería un poco del estado en el que descubra su depósito, y luego en qué lugar de ese estado, pero en general, el precio medio por hectárea en Queensland, Australia del Sur y Australia Occidental para ventas que excedan los rangos de 500 hectáreas de $ 785 a $ 1,100. Sin embargo, cuanto más rural sea, más rápido caerán esas medianas (por ejemplo, $ 277 por hectárea en el oeste de Queensland, $ 536 en el este de Australia Occidental).
Entonces, si cree que puede comprimir toda su operación en 530 hectáreas sobre un depósito en Queensland, entonces podría estar buscando $ 416,000 en adquisición de tierras. Quedarse con un paquete grande en el norte de Australia Occidental, que, como recordatorio, será el menos adecuado para su prospección de uranio, y es posible que deba pagar $ 1.2 millones o más.
Y ahora, finalmente, volviendo a la pregunta: ¿Cuánto cuesta construir un arma nuclear y un ICBM desde cero?
- $ 327.5 millones para el primer par, $ 49.95 millones para cada par a partir de entonces.
Puede que estés mirando esas cifras y te asustes un poco. “¡Eso es muy barato para un país! ¿Por qué no hay más naciones con armas nucleares? ¿Por qué una organización terrorista bien financiada no tiene una? ”
Bueno, volvamos a poner en perspectiva gran parte de mi escritura muy especulativa.
En primer lugar, sí, esa cantidad de dinero no es nada para las naciones avanzadas como Estados Unidos, Rusia y China. Nuevamente, el Departamento de Defensa de los Estados Unidos está considerando reemplazar todo su arsenal de ICBM a un costo de más de $ 100 mil millones durante varias décadas, y eso se considera costoso pero no prohibitivo.
Pero supongamos por un momento que cada país en la Tierra gastó un promedio del dos por ciento de su PIB en asuntos militares, con un cuarto de un por ciento destinado exclusivamente a un programa nuclear (que sería casi el doble del gasto anual de los EE. UU. porcentaje del PIB); y supongamos que, para una disuasión nuclear efectiva, una nación necesita 25 ICBM con armas nucleares, y su objetivo es construirla dentro de tres años (una aceleración bastante rápida). Basado en todo lo anterior, eso significa que una nación tendría que gastar alrededor de $ 1,53 mil millones, alrededor de $ 500 millones por año, para obtener un disuasivo nuclear ciertamente muy crudo.
Para hacer ese tipo de compromiso, una nación necesitaría tener un PIB anual mínimo de $ 204 mil millones por año. Dependiendo de quién cuente, solo hay entre 40 y 50 países con ese nivel de PIB, y la mayoría de ellos son aliados con una energía nuclear existente (para hacer innecesario el desarrollo de su propio arsenal nuclear).
Obviamente, podemos jugar con esas cifras todo lo que quisiéramos hasta que sea “asequible” que cada nación del planeta deje de lado un poco cada año para su fondo de días de lluvia nuclear, pero finalmente llegaremos a un piso donde el nivel de gasto anual es insuficiente para hacer un progreso sustancial hacia una bomba nuclear y un sistema de entrega. Digamos que el piso es de $ 75 millones por año a una décima parte del porcentaje del PIB. Las matemáticas rápidas dicen que eso significa que un PIB de $ 75 mil millones por año sería suficiente para adquirir un disuasivo crudo en 20 años.
Eso amplía la lista de potenciales estados nucleares a la friolera de 70, menos de la mitad de todas las naciones en la Tierra, y durante un período de tiempo que casi con seguridad sometería a esas naciones a sanciones y embargos comerciales para restringir severamente su capacidad de cumplir con sus obligaciones. ambiciones (por ejemplo, por qué Irak estaba muy lejos de alcanzar el estatus de club nuclear en 1991).
Además, nuestro escenario supone un suministro constante y asegurable de uranio. Es decir, desafortunadamente (o afortunadamente), mucho más allá de la mayoría de las naciones, ya que los depósitos probados solo existen en 50 naciones, con depósitos apreciables y actividad minera en aproximadamente la mitad de ellos.
Sin uranio, (efectivamente) sin armas nucleares.
Los desafíos para una organización deshonesta (es decir, “los terroristas”) para alcanzar el estatus de club nuclear son aún más enormes. ¿En qué universo se supone que tienen la capacidad de adquirir y enriquecer los niveles industriales de uranio sin que nadie lo note, y mucho menos construir las instalaciones altamente técnicas para llevar a cabo el desarrollo de bombas y misiles? Simplemente no es una posibilidad realista.
Es por eso que la preocupación de las agencias de inteligencia es que los terroristas tengan en sus manos una de las míticas “armas nucleares para maletas” que desaparecieron en el colapso de la Unión Soviética, o cantidades suficientes de otros materiales radiactivos y los usen en una bomba sucia en lugar de fabricarlos Un arma nuclear sofisticada desde cero. Es mucho más fácil, relativamente hablando, para una organización terrorista robar y reutilizar la investigación y el desarrollo nuclear de otras personas que tratar de desarrollar la capacidad por su cuenta.
Esa es exactamente la razón por la cual las potencias nucleares existentes en el mundo y las principales organizaciones de inteligencia vigilan y supervisan tan de cerca el tráfico y el almacenamiento de componentes con capacidad para armas nucleares. Además, debido a que el proceso para construir un dispositivo nuclear crudo puede ser investigado con bastante facilidad por alguien lo suficientemente determinado (ver todo lo anterior), también es bastante conocido dónde podrían estar los posibles exploits y cómo protegerse contra ellos.
Además, el hecho de que una persona (o grupo de personas) pueda recopilar los conocimientos básicos necesarios para comprender cómo construir una bomba nuclear y un vehículo de entrega de ninguna manera garantiza que tengan la capacidad de producir tales cosas. Todavía requerirían la experiencia de un club bastante exclusivo de científicos e ingenieros, la mayoría de los cuales ya están empleados por fabricantes legítimos y mantenedores de materiales nucleares y que probablemente no firmarían fácilmente el programa emergente de un actor deshonesto.
Entonces, si tiene $ 300 millones para ahorrar y una gran cantidad de tierra sobre un depósito de uranio, sí, está bien, es posible que tenga los recursos necesarios para poner en marcha su propio programa de armas nucleares. Sin embargo, no se sorprenda si alguno de los ingenieros y físicos nucleares a los que se acerca para unirse a su equipo se da vuelta y alerta a cualquier número de autoridades internacionales sobre sus intenciones.
Pero oye, avísame qué tan lejos llegas, con lo que quiero decir que leeré sobre eso en las noticias después de que te detengan y las autoridades compartan con los medios qué tan cerca estuviste (o, más probablemente, no llegaste) )
Por el lado positivo, John Lithgow podría hacer un cameo en la representación televisiva de su esfuerzo y caída final.
Costo: no tiene precio.