Bombele atomice și modul în care funcționează

Există două tipuri de explozii atomice care pot fi facilitate de Uranium-235: fisiunea și fuziunea. Fisiunea, pur și simplu, este o reacție nucleară în care un nucleu atomic se împarte în fragmente (de obicei două fragmente de masă comparabilă), în timp ce emite 100 de milioane la câteva sute de milioane de volți de energie. Această energie este expulzată exploziv și violent în bombă atomică. O reacție de fuziune, pe de altă parte, este de obicei începută cu o reacție de fisiune. Dar spre deosebire de bomba de fisiune (atomică), bomba de fuziune (hidrogen) își derivă puterea din contopirea nucleelor ​​diferitelor izotopi de hidrogen în nuclee de heliu.

Acest articol discută despre Bombă atomică sau bombă atomică. Puterea masivă din spatele reacției dintr-o bombă atomică provine din forțele care țin atomul împreună. Aceste forțe sunt asemănătoare cu magnetismul, dar nu sunt aceleași.

atomii sunt alcătuite din diferite numere și combinații ale celor trei particule sub-atomice: protoni,

Majoritatea elementelor au atomi foarte stabili, imposibil de împărțit decât cu bombardarea în acceleratoarele de particule. În toate scopurile practice, singurul element natural ai cărui atomi pot fi împărțiți cu ușurință este uraniul, a metale grele cu cel mai mare atom dintre toate elementele naturale și un neutron de proton neobișnuit de mare raport. Acest raport mai mare nu-i îmbunătățește „divizibilitatea”, dar are o influență importantă asupra capacității sale de a facilita o explozie, făcând uraniul-235 un candidat excepțional pentru fisiunea nucleară.

Există doi izotopi naturali uraniu. Uraniul natural constă în mare parte din izotopul U-238, cu 92 de protoni și 146 de neutroni (92 + 146 = 238) conținut în fiecare atom. Amestecat cu aceasta este o acumulare de 0,6% de U-235, cu doar 143 de neutroni pe atom. Atomii acestui izotop mai ușor pot fi împărțiți, astfel încât este „fisionabil” și util în fabricarea de bombe atomice.

Neutron-heavy U-238 are un rol de jucat și în bomba atomică, deoarece atomii săi cu neutroni pot devia rătăciți neutroni, prevenind o reacție în lanț accidental într-o bombă de uraniu și păstrând neutronii conținuți într-un plutoniu bombă. U-238 poate fi, de asemenea, "saturat" pentru a produce plutoniu (Pu-239), un element radioactiv creat de om folosit și în bombele atomice.

Ambele izotopi ale uraniului sunt în mod natural radioactive; atomii lor voluminoși dezintegrându-se în timp. Având suficient timp (sute de mii de ani), uraniul va pierde în cele din urmă atât de multe particule încât se va transforma în plumb. Acest proces de degradare poate fi mult accelerat în ceea ce este cunoscut ca reacție în lanț. În loc să se dezintegreze în mod natural și lent, atomii sunt împărțiți forțat prin bombardare cu neutroni.

O lovitură dintr-un singur neutron este suficientă pentru a împărți atomul U-235 mai puțin stabil, creând atomi de elemente mai mici (adesea bariu și kripton) și eliberarea de căldură și radiații gamma (cea mai puternică și letală formă de radioactivitate). Această reacție în lanț are loc atunci când neutronii „de rezervă” din acest atom zboară cu suficientă forță pentru a împărți alți U-235 atomi cu care intră în contact. În teorie, este necesar să împărțiți un singur atom U-235, care va elibera neutroni care vor împărți alți atomi, care vor elibera neutroni... si asa mai departe. Această progresie nu este aritmetică; este geometrică și are loc într-o milionime de secundă.

Cantitatea minimă pentru a începe o reacție în lanț așa cum este descris mai sus este cunoscută sub numele de masă supercritică. Pentru U-235 pur, este de 110 kilograme (50 de kilograme). Niciun uraniu nu este niciodată destul de pur, așa că, în realitate, va fi nevoie de mai multe, cum ar fi U-235, U-238 și Plutoniu.

Uraniul nu este singurul material folosit pentru fabricarea bombelor atomice. Un alt material este izotopul Pu-239 al elementului plutoniu artificial. Plutoniul se găsește în mod natural doar în urme minime, astfel încât cantitățile utilizabile trebuie produse din uraniu. Într-un reactor nuclear, izotopul U-238 mai greu de uraniu poate fi forțat să achiziționeze particule suplimentare, devenind în cele din urmă plutoniu.

Plutoniu nu va începe o reacție în lanț rapidă, însă această problemă este depășită prin a avea sursă de neutroni sau material puternic radioactiv care emite neutroni mai repede decât plutoniu în sine. În anumite tipuri de bombe, se folosește un amestec de elemente Beriliu și Poloniu pentru a produce această reacție. Doar o bucată mică este necesară (masa supercritică este de aproximativ 32 de kilograme, deși pot fi folosite doar 22). Materialul nu este fisionabil în sine și doar acționează ca un catalizator pentru reacția mai mare.