Atómové bomby a ako fungujú

Existujú dva typy atómových výbuchov, ktoré môže Urán-235 uľahčiť: štiepenie a fúzia. Štiepenie, jednoducho povedané, je jadrová reakcia, pri ktorej sa atómové jadro rozdelí na fragmenty (zvyčajne dva fragmenty porovnateľnej hmotnosti), pričom sa emituje 100 až niekoľko stoviek miliónov voltov energie. Táto energia je v EÚ explozívne a násilne vylúčená atómová bomba. Na druhej strane fúzna reakcia sa zvyčajne začína štiepnou reakciou. Na rozdiel od štiepnej (atómovej) bomby však fúzna (vodíková) bomba odvodzuje svoju silu z fúzovania jadier rôznych izotopov vodíka na jadrá hélia.

Tento článok pojednáva o atómová puma alebo atómová bomba. Masívna sila za reakciou v atómovej bombe vzniká zo síl, ktoré držia atóm pohromade. Tieto sily sú podobné magnetizmu, ale nie úplne rovnaké.

atómy sú zložené z rôznych čísel a kombinácií troch pod atómových častíc: protónov, neutrónya elektróny. Protóny a neutróny sa zhlukujú a vytvárajú jadro (centrálnu masu) atómu, zatiaľ čo elektróny obiehajú okolo jadra, podobne ako planéty okolo Slnka. Stabilitu atómu určuje rovnováha a usporiadanie týchto častíc.

Väčšina prvkov má veľmi stabilné atómy, ktoré sa nedajú rozdeliť, s výnimkou bombardovania v urýchľovačoch častíc. Na všetky praktické účely je jediným prírodným prvkom, ktorého atómy sa dajú ľahko rozdeliť, urán, a ťažký kov s najväčším atómom všetkých prírodných prvkov a nezvyčajne vysoký neutrón na protón pomer. Tento vyšší pomer nezvyšuje jeho „štiepiteľnosť“, ale má dôležitý vplyv na jeho schopnosť uľahčiť výbuch, čím sa urán-235 stáva výnimočným kandidátom na jadrové štiepenie.

Existujú dva prirodzene sa vyskytujúce izotopy urán. Prírodný urán sa skladá väčšinou z izotopu U-238, s 92 protónmi a 146 neutrónmi (92 + 146 = 238) v každom atóme. S tým je spojená 0,6% akumulácia U-235, s iba 143 neutrónmi na atóm. Atómy tohto ľahšieho izotopu je možné rozdeliť, takže je „štiepiteľný“ a je užitočný pri výrobe atómových bômb.

Neutrón-ťažký U-238 má tiež úlohu v atómovej bombe, pretože jeho atómy s ťažkými neutrónmi môžu odkloniť blúdiace neutrónov, zabránenie náhodnej reťazovej reakcie v uránovej bombe a udržiavanie neutrónov obsiahnutých v plutóniu bomba. U-238 môže byť tiež „nasýtený“ na výrobu plutónia (Pu-239), človekom vyrobeného rádioaktívneho prvku, ktorý sa používa aj v atómových bombách.

Oba izotopy uránu sú prirodzene rádioaktívne; ich objemné atómy sa v priebehu času rozpadajú. Ak bude mať dostatok času (stovky tisíc rokov), urán nakoniec stratí toľko častíc, že ​​sa zmení na olovo. Tento proces rozpadu sa dá značne urýchliť pri tzv. Reťazovej reakcii. Namiesto prirodzeného a pomalého rozpadu sa atómy násilne rozdeľujú bombardovaním neutrónmi.

Úder jedného neutrónu stačí na rozdelenie menej stabilného atómu U-235, čím sa vytvoria atómy menších prvkov (často bárium a kryptón) a uvoľňujúce teplo a gama žiarenie (najsilnejšia a smrteľná forma rádioaktivita). K tejto reťazovej reakcii dochádza, keď „náhradné“ neutróny z tohto atómu vyletia s dostatočnou silou na rozdelenie ďalších atómov U-235, s ktorými prichádzajú do styku. Teoreticky je potrebné rozdeliť iba jeden atóm U-235, ktorý uvoľní neutróny a ktorý rozdelí ďalšie atómy, ktoré uvoľnia neutróny... a tak ďalej. Tento postup nie je aritmetický; je geometrický a koná sa do milióniny sekundy.

Minimálne množstvo na začatie reťazovej reakcie, ako je opísané vyššie, je známe ako nadkritická hmota. Pre čistý U-235 je to 110 libier (50 kilogramov). Žiadny urán však nikdy nie je celkom čistý, takže v skutočnosti bude potrebné viac, ako napríklad U-235, U-238 a Plutónium.

Urán nie je jediný materiál používaný na výrobu atómových bômb. Ďalším materiálom je izotop Pu-239 umelého prvku plutónium. Plutónium sa prirodzene vyskytuje iba v nepatrných stopách, takže použiteľné množstvá musia byť vyrobené z uránu. V jadrovom reaktore môže byť ťažší izotop U-238 uránu nútený získavať ďalšie častice a nakoniec sa stať plutóniom.

Plutónium nezačne s rýchlou reťazovou reakciou samo o sebe, ale tento problém je prekonaný tým, že má neutrónový zdroj alebo vysoko rádioaktívny materiál, ktorý uvoľňuje neutróny rýchlejšie ako plutónium Samotný. V niektorých typoch bômb sa na uskutočnenie tejto reakcie používa zmes prvkov berylia a polónia. Potrebný je iba malý kúsok (superkritická hmotnosť je asi 32 libier, hoci sa dá použiť len 22). Materiál nie je sám o sebe štiepiteľný, ale iba pôsobí ako katalyzátor väčšej reakcie.