Nanomateriales en armas antiguas, el secreto del acero de Damasco

Hay una razón por la que decimos que "la tecnología evoluciona" en lugar de decir "la tecnología involuciona". 
La tecnología está destinada a moverse constantemente hacia adelante, a volverse más compleja, eficiente y manejable, pero todavía hay muchos casos donde una tecnología moderadamente avanzada en comparación con otras desaparece. 
Uno de los ejemplos más llamativos son las espadas de Damasco.

Se sabe que las espadas de Damasco fueron inventadas en los años 300 y su técnica se propagó lentamente durante seiscientos años, desde India hasta medio oriente.

Las espadas de Damasco son parte de la leyenda - literalmente. 
Se cuenta que en una de las cruzadas, Saladino, uno de los mayores gobernantes medievales del mundo islámico, demostró el poder de las espadas de su ejercito a los cristianos invasores, cortando una roca de un golpe y partiendo una pieza de seda lanzada en el aire.
Desde entonces las leyendas se extendieron y las espadas de Damasco fueron aclamadas y preciadas en Europa, desde 1100 hasta 1700, sin embargo la producción de tales fue cesando con el paso del tiempo.



Con el tiempo, la producción fue frenando, y por tanto el conocimiento sobre su fabricación se extinguió, aunque el uso de estas espadas como arma se mantenía y su demanda (aunque extremadamente reducida) existía.
Esto obviamente fue un paso atrás en términos de tecnología, pero la gente no se dio cuenta de lo grande que fue ese paso atrás hasta la década de 2000. 
En los años 2000 un grupo universitario pensó analizar una cara y antigua espada de Damasco, con lo que descubrieron que estas espadas poseían un acero muy especial, ¡estaban dopadas con fullerenos y nanotubos de carbono!

¿Cómo era posible que una antigua arma, de hace casi 1000 años, poseyera incrustaciones de nanomateriales?



Los científicos, tras muchas conjeturas, observaciones y experimentos, dieron finalmente con una buena explicación.

Por lo que sabemos, los nanotubos de carbono se producían en el acero de estas armas debido a los altos niveles de impurezas justo en el proceso de fabricación de acero. 
El acero tenía un nivel de impurezas de carbono del 1,5 por ciento.

Cuando el acero es dopado de carbono y laminado, suele formar pequeñas bandas de cementita (CFe3), rodeado de trazas de ferrita (hierro cristalizado), esto hace las espadas y herramientas de acero frágiles y quebradizas, por lo que se suele querer evitar y obtener un acero lo más vítreo posible. 
Esta cementita junto la ferrita forman lo que se llama perlita, que es el residuo que da a los aceros de baja calidad esa textura granulada o bandeada.

En la obtención de acero damasquizado la formación de cementita no era una desventaja, sino una ventaja, también hay que tomar en cuenta que esta cementita sería común en un acero con tanto carbono.
El acero damasquizado se hacía a base de acero wootz, una aleación extremadamente impura y quebradiza, con una concentración alta de carbón y otros metales, los herreros del acero damasquizado solían doblar decenas de veces y torcer el acero wootz en el proceso de enfriamiento, destruyendo y homogeneizando las formaciones de ferrita y haciendo que las bandas de cementita obtuviesen una matriz dura, haciendo a la espada fuerte y flexible.
Las altas concentraciones de carbono hacían que en el interior de las grandes bandas de cementita se depositasen fibras, nanotubos y fullerenos de carbono, los cuales se formaban por la propia cremación del carbón (en bajas cantidades) y por la reacción de catálisis del dióxido de carbono incandescente con las impurezas metálicas (como manganeso, boratos, etc), desintegrando y re-ordenando el carbono en nanotubos.
Finalmente el herrero solía verter ácido en la espada, comiendo parte del hierro superficial y dejando una capa de nanocables y nanotubos casi tan dura como el cuarzo.


¿Por qué este proceso, obviamente útil, se perdió? 
Nadie lo sabe por completo. 

Algunos piensan que en la India habrían depósitos de hierro superficiales donde la minería sería fácil y el hierro fácil de obtener, que finalmente se agotaron paralizando la producción de acero. O que simplemente estos depósitos fueron olvidados.

Otros piensan que el conocimiento se perdió debido a la agitación social. 

También existe la posibilidad de que el comercio de la espada acabase muriendo a lo largo, de cientos de años por la aparición de nuevas tecnologías primitivas de metalurgia masiva, facilitando la obtención de espadas y haciendo obsoleta la producción de acero damasquizado que era difícil de producir; o por la aparición de las armas de fuego. 

Lo cierto es que actualmente, pocos herreros artesanos y aficionados, han vuelto a empezar a producir este tipo de acero, especialmente por demanda de la industria artística y de lujo, sin embargo las nuevas técnicas son diferentes, más veloces y sencillas gracias a los materiales y tecnologías modernas.

El SLAM y el acorazado nuclear espacial

En los años 50, los científicos y los ingenieros estaban proponiendo y desarrollando un gran número de conceptos de ascensores, coches, aeronaves, naves espaciales, y barcos de propulsión nuclear.

Era el apogeo de la edad atómica y todo el mundo soñaba con poseer algún día vehículos que no requiriesen recargas de combustibles, capaces de funcionar durante años, casas domóticas autoalimentadas y autosuficientes, e incluso naves espaciales capaces de viajar a otras estrellas gracias a la energía nuclear.

Sin embargo, la influencia y desarrollo más importantes en cuanto estos conceptos de propulsión nuclear estaban en mano de las fuerzas militares de las dos antiguas superpotencias, la unión soviética y estados unidos, que habían visto un gran potencial de estos sistemas para una serie de funciones diferentes. 
Mientras que la Marina de los EE.UU. veía potencial en los buques de guerra de propulsión nuclear como cruceros, portaaviones y submarinos, la Fuerza Aérea de los Estados Unidos intentó desarrollar, en vano, turborreactores y estatorreactores de propulsión nuclear para aviones. 



La Fuerza Aérea estadounidense también propuso conceptos muy radicales que en ese momento estaban en muy alto secreto. 
Los dos proyectos en los que la USAF estaba trabajando eran el llamado Proyecto PLUTO/SLAM y una variante de la nave espacial del proyecto Orión (la de propulsión nuclear, no la actualmente construida por la NASA) llamado "acorazado orbital orion".


Este alocado ritmo de innovación en cuanto utilidades a la energía nuclear no acabó aquí, las armas nucleares que despertaron a la edad atómica también fueron yendo proyectadas a versiones más destructivas, absurdas e innecesarias, las denominadas "minas de gigatones", de las que no hablaré, tan solo mencionaré más abajo, en esta entrada.


El proyecto SLAM

A mediados de los años 50, en estados unidos, el comando de la fuerza aérea estratégica, la comisión de energía atómica y la corporación vought estaban trabajando en misiles de crucero de propulsión nuclear bajo la designación de "proyecto Plutón". 
El comando de aire estratégico o SAC estaba buscando en el proyecto Pluto un misil de crucero para complementar o incluso reemplazar su flota de bombarderos existentes. La USAF dio el contrato a Vought para construir el misil de crucero de propulsión nuclear en 1955.

Mientras tanto, la USAF, Vought y NACA (actualmente NASA) estaban diseñando los motores para accionar el misil SLAM crucero. El desarrollo del motor tuvo lugar en Jackass Flatts en Nevada occidental a finales de la década de 1950. Se sabe que dos prototipos de motores estatorreactor nuclear, Troy-IIA y Troy-CII, fueron construidos y probados por la USAF y la Comisión de Energía Atómica de Estados Unidos para el proyecto. Ambos motores fueron probados en vagones modificados que fueron propulsado por tales estatorreactores de propulsión nuclear encendidos durante la prueba. Los estatorreactores de propulsión nuclear se consideraron un éxito y se pudieron utilizar en el desarrollo del proyecto Plutón. Se planeó una prueba de vuelo para el prototipo en la década de mediados de 1960, en la que sería lanzado desde la costa oeste de los EE.UU. hasta el Océano Pacífico, pero el proyecto fue cancelado antes de que se llevaran a cabo.

Más tarde el proyecto plutón sería conocido como SLAM o "misil supersónico de baja altitud" mientras estaba siendo desarrollado por la empresa Vought LTV del Comando Aéreo Estratégico de la Fuerza Aérea de los Estados Unidos para su requisito. 

El SLAM de vought era una especie de "máquina del fin del mundo", un vehículo no tripulado capaz de transportar 14-26 armas nucleares del rango megatón (en teoría), y cuyo vuelo emitiría una estela de humo radiactivo debido a que usaba un estatorreactor nuclear de ciclo abierto (es decir, el aire usado para la propulsión pasaba directamente por un reactor nuclear).
Debido a su reactor nuclear, el derribo de tal vehículo podría dar lugar a una gran perdida en lugar una victoria para el enemigo, pues podría esparcir el material radiactivo de su reactor y contaminar hectáreas con radiación. 

Sus motores también serían como un arma sónica porque sus estampidos sónicos podrían dañar las infraestructuras y la audiencia de las personas. Una vez que el SLAM utilizara todas sus cabezas, el misil se estrellaría en el océano o cualquier otro objetivo para añadir daño radiológico en la zona. El vuelo del SLAM se iniciaría a partir de tres cohetes propulsores convencionales de un vagón de ferrocarril, un lanzador estacionario, o aviones especiales.

El rango del misil SLAM sería de más de 100.000 kilómetros, capaz de volar cuatro veces alrededor del mundo, esto le daría la capacidad de merodear durante días e incluso semanas sobre la zona enemiga si fuese necesario. 
Su velocidad teórica media era algo mayor a mach 4, más rápida que cualquier avión cazador y cualquier interceptor que estuviese en servicio.La mayoría de misiles tierra-aire (SAM) eran inútiles contra la SLAM ya que estaban construidos para dirigirse a objetivos de alta altitud como los B-47 y B-52.

Sin embargo, a pesar de las ventajas del SLAM, el sistema tenía algunos inconvenientes importantes.Uno de los mayores inconvenientes era el motor que arrojaría radiación desde el tubo de escape, algo considerable deseable contra el enemigo, pero una mala idea si volase sobre territorio aliado o neutral, contaminando tal zona también.No sólo eso, los sistemas de lanzamiento SLAM se posicionarían en el occidente, sur y la costa este de los Estados Unidos, esto no era una buena idea tampoco. 

Uno de los grandes problemas que rodeaban al proyecto SLAM, y otros aviones y cohetes de propulsión nuclear, era su precio. Y finalmente, aunque no relacionado con el mísil en sí, EE.UU. temía la construcción de un arma similar por la unión soviética. Debido a estos factores, y las amenazas y tensiones de producir una guerra nuclear global con la unión soviética, el proyecto fue cancelado en 1964.

El acorazado orbital

En 1955, la NACA (que más tarde sería conocida como NASA) estaba trabajando en una nave espacial de propulsión por pulso nuclear, una nave espacial que se propulsaría mediante explosiones nucleares de pequeño rango, capaz de viajar a planetas cercanos rápidamente e incluso a otras estrellas en pocos siglos (con las debidas modificaciones).Sin embargo, la Fuerza Aérea de los Estados Unidos se había involucrado en el programa del proyecto Orión, así pues, pronto aparecería una de las propuestas más radicales y poco conocidas: 
el acorazado orbital.

Si bien este sistema parece algo salido de una novela de ciencia ficción o de una película, la nave espacial masiva armada de propulsión nuclear podría orbitar muy lejos de la Tierra, y lanzar misiles nucleares de gran rango hacía la Tierra (como un ataque sorpresa contra naciones enemigas), generar pulsos electromagnéticos capaces de inutilizar toda la tecnología electrónica de un país, e incluso efectuar bombardeos cinéticos y transportar pequeños asteroides para su uso bélico.

El acorazado orbital Orión utilizaría un motor de pulso nuclear masivo capaz de utilizar bombas atómicas para propulsar su gigantesca masa. 

El plan original era lanzar la nave espacial en órbita usando su cohete de propulsión nuclear a partir de bases en el suroeste de Estados Unidos o de plataformas de lanzamiento especiales en el océano como portaaviones o buques modificados. 
Sin embargo, debido a razones de seguridad y la lluvia radiactiva, se decidió lanzarlo mediante cohetes químicos o ensamblarlo en partes en órbita. Orión sería una nave espacial enorme de 80 metros de altura, más alto que la mayoría de los rascacielos de esa época y 50 metros de diámetro. Tendría una tripulación de cerca de treinta personas a bordo que habría operado el acorazado orbital. La nave espacial usaría un amortiguador especial o amortiguadores para soportar cada explosión nuclear en la propulsión, además de requerir de grandes tanques de aceite ablativo, y poseería un blindaje especial para proteger a la tripulación de la radiación de los motores y el espacio. 

Además, tal modelo también llevaría cinco aviones espaciales más pequeños para los reabastecimientos, reemplazos de la tripulación, y como bote salvavidas de emergencia en caso de que el Orion estuviera teniendo problemas o fuera atacado. También era muy posible que tal nave espacial utilizara pequeñas armas defensivas y ofensivas, ya estuvieran en la nave en sí o alrededor.
Una variante sin tripulación del acorazado orbital Orion también fue planeada. 

La misión principal del acorazado Orion sería la disuasión nuclear contra países como la Unión Soviética, China y países del Tratado de Varsovia. El acorazado orbital podría transportar hasta 500 cabezas nucleares de 20 megatones en la parte frontal serían despedidas hacia abajo, mientras estuviera en órbita sobre un objetivo. 



Se diseñó otra variante más extrema del acorazado orbital, una variante sin tripulación que haría uso de sí misma como arma cinética y estaría armada con una bomba nuclear de 3 gigatones (3000 megatones). 



La nave dispararía la ojiva o se utilizaría a sí misma como arma para atacar a su objetivo. Junto con sus cabezas nucleares, el acorazado orbital Orion llevaría un enorme sistema de despliegue de armas defensivas como armas de energía directa, cinco cañones navales de 127 mm, y diez pequeños obuses.
El acorazado Orion habría estado a la altura de su nombre ya que estaba armado como un barco de guerra naval en alta mar. La Fuerza Aérea de los Estados Unidos tenía la intención de tener una flota de acorazados orbitales en el espacio como un elemento de disuasión contra la Unión Soviética y sus aliados.

No obstante, incluso a pesar de todas estas características y equipamiento para el acorazado orbital Orion, todavía habían muchos problemas de diseño.Una de las cuestiones que enfrentaba todo el programa de Orión fue el tema de los amortiguadores para proteger la nave y la tripulación de las explosiones nucleares formadas en los motores.Por otra parte, otro gran problema era la preocupación de seguridad, ya que un accidente o un fallo que llevase a un acorazado orbital con más de 500 bombas de 20 megatones o una sola cabeza nuclear de 3 gigatones a estallar, habría dado lugar a un pulso electromagnético global (en caso de estar en el espacio) o un invierno nuclear global (en caso de estar en la atmósfera).

Además de eso, hubo temores de accidentes con meteoritos y otros desechos espaciales junto con accidental o fallo que podría enviar a las ojivas o al acorazado a una zona de impacto no planeado. Pero el mayor problema era político, pues el tratado de prohibición parcial de los ensayos nucleares, firmado en 1963, prohibió las pruebas de armas nucleares u otros dispositivos nucleares en la alta atmósfera. 
No obstante, hay una versión alternativa de la historia, donde los funcionarios de la USAF mostraron el modelo y dieron detalles sobre el acorazado orbital Orion al presidente John F. Kennedy, quedando tal no convencido o asustado y cancelando el proyecto en 1960 (y no 1963).

Fuera cual fuera la razón de la cancelación del proyecto del acorazado orbital, está claro que habría acabado cancelándose de todas formas por los riesgos que conllevaba y problemas técnicos.

Pepitas de quarks en un mar interestelar.

Las pepitas de quarks o strangelet son hipotéticos objetos que se asemejarían a pequeños meteoritos de roca o hierro, pero serían millones de veces más pesados.

Las pepitas de quarks estarían formadas por grandes masas quarks arriba, abajo  y extraño -una partícula elemental que es la que forma a los neutrones y protones- en grandes cantidades y sin diferenciar, a diferencia de la materia común de neutrones y protones, donde tales son partículas formadas por tripletes de quarks.




Estas hipotéticas pepitas podrían tener un tamaño considerable, de una pelota de fútbol a un glóbulo rojo, y aun con su pequeño tamaño serían muy pesados.
Una pepita de quarks con el volumen de una bacteria podría llegar a pesar casi una tonelada.

Lo sorprendente de esto es que algunos físicos y astrofísicos teorizan que podrían ser relativamente comunes en el espacio (si es que realmente existen), y si están en lo cierto, impactan al menos una vez al año con la Tierra.
Se teoriza que estos fragmentos de densa materia podrían haberse formado en grandes cantidades tras el big bang, en las primeras etapas cuando los quarks se condensaron en hadrones.
En caso de darse un impacto, tal sería casi imperceptible, de hecho un pequeño strangelet (del tamaño de una mota de polvo y 10 toneladas de masa) podría caer junto al ordenador con el que está leyendo esta publicación ahora mismo, y no se daría ni cuenta.

Los strangelets o pepitas de quarks, debido a su aceleración inicial, gran masa y densidad, y origen, se teoriza que frecuentemente caerían con una velocidad 40 veces superior a la velocidad del sonido (mach 40 o 12800 metros por segundo).
Esto sumado a su tamaño haría que un strangelet que impactase atravesase todo el manto y núcleo terrestre sin perder mucha velocidad y saliera por el otro extremo de vuelta al espacio.



Algunos físicos sugieren dar uso a las pepitas de quarks (si es que realmente existen).
Una pequeña pepita de quarks podría ser utilizada para obtener energía, si tuviere el tamaño de una mota de polvo, poseería una energía equivalente a 10 toneladas de materia y antimateria o 200.000 bombas zar; eso, claro, si tal energía pudiese ser extraída; esto podría hacerlo útil como combustible compacto e inerte para naves interestelares propulsadas por antimateria.
Otro uso sería como arma, una pequeña bomba tonta (sin carga explosiva) con un cabezal hecho de materia de quarks y con una forma que le otorgara mucha superficie, podría ser más poderosa que cualquier arma termonuclear construida si es lanzada desde la órbita.
También, al ser exclusivamente grandes cachos de quarks unidos por la fuerza nuclear fuerte (que se llama así porqué es bastante fuerte), podrían ser utilizados para obtener materiales con una resistencia general y rigidez trillones de veces superior a los nanotubos de carbono, aunque esta posibilidad parece remota o imposible

Volviendo al tema, algunos físicos han intentado probar la existencia de estos hipotéticos objetos mediante reportes sísmográficos extremadamente extraños (normalmente considerados como errores de la máquina) que podrían ser fácilmente explicados con la hipótesis del impacto de los strangelet.
También se piensa que algunos strangelet podrían estar encerrados dentro de asteroides, pudiendo ser posible descubrirlos (o mejor dicho, demostrar su existencia) en el futuro, gracias a la minería espacial.

Fuentes:
https://en.wikipedia.org/wiki/Strange_matter
http://smu.edu/newsinfo/releases/01342.html
http://journals.aps.org/prd/abstract/10.1103/PhysRevD.4.1601

Un reactor nuclear en el interior de la Tierra.

Una de las cosas que se está poniendo en duda actualmente es como es en realidad el interior de la Tierra.

Sí, las pruebas sismográficas demuestran que hay varias capas, una fina litosfera sólida y líquida, una atenosfera posiblemente líquida, una mesosfera sólida, y una endosfera con una parte líquida y otra sólida.
Pero la endosfera, el núcleo terrestre, podría esconder un subnucleo de menor tamaño, un subnucleo diminuto hecho de un material metálico, indetectable por tal naturaleza y por su diminuto tamaño en las pruebas sismográficas.

Por otro lado,
en la observación de neutrinos siempre hay datos que no encajan, datos que en la teoría deberían ser de una forma y en la observación son de otra forma.
Esto, aunque se ha solucionado parcialmente mediante la idea de la transmutación de un tipo neutrino a otro más masivo o viceversa, sigue teniendo huecos como el excedente de neutrinos procedente del interior de la Tierra.

Este excedente es explicado por la existencia de materiales radiactivos en las diferentes capas de la Tierra, pero tal explicación no se sostiene muy bien, pues en caso de que tales materiales estuviesen dispersos, el excedente de neutrinos debería ser menor, además de que la cantidad que se especula que hay en el interior de la Tierra no justifica el gran excedente a no ser que no solo haya desintegración, sino también fisión nuclear.

Otras evidencias que indican que la fisión nuclear podría producirse en el interior de la Tierra, son las trazas de helio 4 y 3 provenientes del basalto volcánico, y la variabilidad de la actividad volcánica en plumas calientes (que debería ser constante tomando solo en cuenta la desintegración radiactiva).



El modelo georreactor.

En 1992, Marvin Herndon, basándose en las observaciones del calor generado en los gigantes de gas (que era mucho mayor al absorbido del sol, contenido en el interior o generado por la desintegración, en teoría), propuso que podría existir una fuente que hiciera uso de la fisión nuclear en el interior de estos planetas, a tal propuesta se le llamó modelo georreactor.

Según el modelo georreactor, algunos planetas lo suficientemente ricos en metales y materiales, y con capas suficientemente diferenciadas (como la Tierra y los gigantes de gas) podrían tener un reactor nuclear en su interior, un subnucleo de Uranio, Plutonio y Torio con un tamaño de varios kilómetros de radio.

Así pues, el modelo georreactor propone la existencia de un subnucleo en constante fisión nuclear constituido de materiales fisibles en masa crítica y supercrítica, materiales fértiles (como el torio y uranio 238) siendo transmutados en fisibles, y residuos de la fisión nuclear y la desintegración que, o bien se acumularían con los materiales en fisión en caso de ser pesados (como el plomo), o flotarían durante miles de años hasta llegar a una segunda capa del subnucleo denominada subcorteza radiactiva, en caso de ser menos pesados que el uranio pero más que el hierro.
Además, la existencia de un subnucleo en fisión nuclear supondría que el núcleo interno sólido (que contendría a tal pequeño subnucleo y submanto) sufriría una presión mayor a la que se cree que hay según en los modelos actuales, esto significa que el núcleo interno podría llegar a estar totalmente cristalizado, en lugar de ser una gran esfera metálica parcialmente cristalizada como se piensa actualmente.



Pero, de ser cierto lo anterior, ¿cómo se mantendría el subnucleo de fisión estable?, es decir, ¿cómo no haría estallar la Tierra al estar en estado crítico y supercrítico (como una bomba atómica).

Estas grandes masas de fisión nuclear se mantendrían estables, es decir, sin hacer "estallar" el planeta en cuestión, gracias a los productos de fisión nuclear que se acumularían entre los materiales fisibles y apaciguarían la reacción, y el propio peso del planeta entero que mantendría el subnucleo de uranio con el mismo tamaño y consistencia aunque tal obteniera una reacción en cadena.
El subnucleo en planetas gigantes de gas, aunque fuera mayor, se mantendría más estable debido a la gran masa de tales planetas, que ese subnucleo tendría que soportar.

Sin embargo, en el pasado, en planetas jóvenes, el subnucleo de fisión nuclear habría sido mayor y podría haber desencadenado grandes liberaciones de energía.

De hecho, si el modelo georreactor llega a ser cierto, podría explicar la formación de la Luna de una manera diferente.
Así pues, la Luna podría haber sido el fruto de un gran estallido nuclear proveniente del interior de la Tierra.

La Tierra, una vez se había formado junto sus capas y núcleo, podría haber poseído un subnucleo de fisión mucho más grande e inestable.
En algún momento dado, el subnucleo podría haber acumulado demasiada energía, y habría escapado de tal una burbuja de plasma de residuos nucleares y materiales en fisión nuclear que habría llegado a su máximo potencial destructivo dentro del manto terrestre, una vez había alcanzado tal capa (donde hay menos presión que en el nucleo) pasados varios millones de años,
habría "explotado" en el manto desprendiendo parte de este y la joven litosfera, que luego formarían la Luna; en tal explosión, la Tierra podría haber alcanzado grandes temperaturas que permitieron la formación del núcleo interno líquido y la reconstrucción rápida natural del planeta en sí, además de cambiar el eje de rotación.



Según esta hipótesis de la formación de la Luna, la explosión también podría haber dispersado restos del uranio y plutonio enriquecidos en la litosfera, explicando la existencia del reactor nuclear natural de Oklo.

Imaginaros lo grande que habría sido tal explosión.

Fuentes:
https://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/0905/0905.0523.pdf
http://nuclearplanet.com/Herndon's%20Nuclear%20Georeactor.html
http://sservi.nasa.gov/articles/did-the-moon-form-in-natural-nuclear-explosion/
https://es.wikipedia.org/wiki/Oklo