Atom Bombaları ve Nasıl Çalışır?

Uranyum-235 tarafından kolaylaştırılabilecek iki tip atom patlaması vardır: fizyon ve füzyon. Basitçe ifade edilen fisyon, bir atom çekirdeğinin parçalara ayrıldığı nükleer bir reaksiyondur (genellikle iki karşılaştırılabilir kütle parçaları) 100 milyondan birkaç yüz milyon volta kadar enerji. Bu enerji patlayıcı ve şiddetli bir şekilde atom bombası. Diğer taraftan bir füzyon reaksiyonu genellikle bir fisyon reaksiyonu ile başlar. Ancak fizyon (atom) bombasının aksine, füzyon (hidrojen) bombası gücünü çeşitli hidrojen izotoplarının çekirdeklerinin helyum çekirdeklerine kaynaştırmasından alır.

Bu makalede, Bir bomba veya atom bombası. Bir atom bombasında reaksiyonun arkasındaki büyük güç, atomu bir arada tutan kuvvetlerden kaynaklanır. Bu kuvvetler manyetizmaya benzemektedir, ancak tam olarak aynı değildir.

Atomlar üç atom altı parçacığın çeşitli sayı ve kombinasyonlarından oluşur: protonlar, nötronlarve elektronlar. Protonlar ve nötronlar, atomun çekirdeğini (merkezi kütle) oluşturmak için bir araya gelirken, elektronlar çekirdeğin yörüngesinde, güneş etrafındaki gezegenlere benzer. Atomun kararlılığını belirleyen bu parçacıkların dengesi ve düzenidir.

Çoğu element parçacık hızlandırıcılarında bombardıman dışında bölünmesi imkansız olan çok kararlı atomlara sahiptir. Tüm pratik amaçlar için, atomları kolayca ayrılabilen tek doğal element uranyumdur, tüm doğal elementlerin en büyük atomuna ve alışılmadık derecede yüksek bir nötron-protona sahip ağır metal oranı. Bu daha yüksek oran "splitabilitesini" arttırmaz, ancak uranyum-235'i nükleer fizyon için olağanüstü bir aday haline getiren patlamayı kolaylaştırma yeteneği üzerinde önemli bir etkiye sahiptir.

Doğal olarak oluşan iki izotopu vardır. uranyum. Doğal uranyum çoğunlukla heroto atomunda 92 proton ve 146 nötron (92 + 146 = 238) bulunan U-238 izotopundan oluşur. Bununla karıştırıldığında, atom başına sadece 143 nötron ile% 0.6'lık bir U-235 birikimidir. Bu daha hafif izotopun atomları bölünebilir, bu nedenle "bölünebilir" ve atomik bomba yapımında faydalıdır.

Nötron-ağır U-238'in atom bombasında da bir rolü vardır, çünkü nötron-ağır atomları başıboş saptırabilir nötronlar, uranyum bombasında yanlışlıkla zincirleme reaksiyonu önler ve nötronları plütonyumda tutar bomba. U-238 ayrıca atom bombalarında da kullanılan insan yapımı bir radyoaktif element olan plütonyum (Pu-239) üretmek için "doymuş" olabilir.

Her iki uranyum izotopu doğal olarak radyoaktiftir; hantal atomları zamanla parçalanıyor. Yeterli zaman verildiğinde (yüz binlerce yıl), uranyum sonunda o kadar çok parçacık kaybedecek ve kurşun haline gelecektir. Bu çürüme süreci, zincir reaksiyonu olarak bilinen şeyde büyük ölçüde hızlandırılabilir. Atomlar doğal ve yavaşça parçalanmak yerine, nötronlarla bombardıman yoluyla zorla bölünür.

Daha az kararlı U-235 atomunu bölmek için tek bir nötrondan gelen bir darbe, daha küçük elementlerin atomlarını oluşturmak için yeterlidir (genellikle baryum ve kripton) ve ısı ve gama radyasyonunu (en güçlü ve ölümcül Radyoaktivite). Bu zincir reaksiyonu, bu atomdan "yedek" nötronlar, temas ettikleri diğer U-235 atomlarını ayırmak için yeterli kuvvetle uçtuğunda meydana gelir. Teorik olarak, nötronları serbest bırakacak nötronları serbest bırakacak sadece bir U-235 atomunu bölmek gerekir, nötronları serbest bırakır... ve bunun gibi. Bu ilerleme aritmetik değildir; geometriktir ve saniyenin milyonda biri içinde gerçekleşir.

Yukarıda tarif edildiği gibi bir zincir reaksiyonu başlatmak için minimum miktar süperkritik kütle olarak bilinir. Saf U-235 için, 110 pound (50 kilogram). Bununla birlikte, hiçbir uranyum tamamen saf değildir, bu yüzden gerçekte U-235, U-238 ve Plütonyum gibi daha fazlasına ihtiyaç duyulacaktır.

Atom bombası yapmak için kullanılan tek malzeme Uranyum değildir. Başka bir malzeme, insan yapımı eleman plütonyumun Pu-239 izotopudur. Plütonyum doğal olarak sadece küçük izlerde bulunur, bu nedenle kullanılabilir miktarlar uranyumdan üretilmelidir. Bir nükleer reaktörde, uranyumun daha ağır U-238 izotopu ekstra parçacıklar almaya zorlanabilir ve sonunda plütonyum haline gelebilir.

Plütonyum kendi başına hızlı bir zincirleme reaksiyon başlatmaz, ancak bu problem bir nötron kaynağı veya nötronları plütonyumdan daha hızlı veren yüksek radyoaktif malzeme kendisi. Bazı bomba türlerinde, bu reaksiyonu sağlamak için Berilyum ve Polonyum elementlerinin bir karışımı kullanılır. Sadece küçük bir parçaya ihtiyaç vardır (süperkritik kütle yaklaşık 32 pounddur, ancak 22 kadar az kullanılabilir). Malzeme kendi içinde fisyonlanabilir değildir, sadece daha büyük reaksiyona katalizör görevi görür.