Atombomber og hvordan de fungerer

Det er to typer atomeksplosjoner som kan forenkles ved Uranium-235: fisjon og fusjon. Fisjon, ganske enkelt sagt, er en kjernefysisk reaksjon der en atomkjerne deles opp i fragmenter (vanligvis to fragmenter med sammenlignbar masse) mens de avgir 100 millioner til flere hundre millioner volt energi. Denne energien blir utvist eksplosivt og voldsomt i atombombe. En fusjonsreaksjon, derimot, starter vanligvis med en fisjon-reaksjon. Men i motsetning til fisjon (atom) -bomben, henter fusjonsbomben sin kraft fra fusjonering av kjerner fra forskjellige hydrogenisotoper til heliumkjerner.

Denne artikkelen diskuterer En bombe eller atombombe. Den enorme kraften bak reaksjonen i en atombombe oppstår fra kreftene som holder atomet sammen. Disse kreftene er lik, men ikke helt de samme som magnetisme.

atomer består av forskjellige antall og kombinasjoner av de tre subatomære partiklene: protoner, nøytroner, og elektroner. Protoner og nøytroner klynger seg sammen for å danne atomkjernen (atommassen) i atomet mens elektronene går i bane rundt kjernen, omtrent som planeter rundt en sol. Det er balansen og arrangementet av disse partiklene som bestemmer atomets stabilitet.

De fleste elementer har meget stabile atomer som det er umulig å dele, bortsett fra ved bombardement i partikkelakseleratorer. For alle praktiske formål er det eneste naturlige elementet hvis atomer lett kan deles, uran, a tungmetall med det største atomet av alle naturlige elementer og et uvanlig høyt nøytron-til-proton forhold. Dette høyere forholdet forbedrer ikke dens "splittbarhet", men det har en viktig betydning for dens evne til å lette en eksplosjon, noe som gjør uran-235 til en eksepsjonell kandidat for kjernefysisk fisjon.

Det er to naturlig forekommende isotoper av uran. Naturlig uran består stort sett av isotop U-238, med 92 protoner og 146 nøytroner (92 + 146 = 238) som finnes i hvert atom. Blandet med dette er en 0,6% akkumulering av U-235, med bare 143 nøytroner per atom. Atomene til denne lettere isotopen kan deles, og dermed er den "klyvbar" og nyttig når det gjelder å lage atombomber.

Nøytrontung U-238 har også en rolle å spille i atombomben siden dens neutrontunge atomer kan avlede bortkommen nøytroner, forhindrer en utilsiktet kjedereaksjon i en uranbombe og holder nøytroner i et plutonium bombe. U-238 kan også være "mettet" for å produsere plutonium (Pu-239), et menneskeskapt radioaktivt element som også brukes i atombomber.

Begge isotoper av uran er naturlig radioaktive; deres klumpete atomer går i oppløsning over tid. Gitt nok tid (hundretusener av år) vil uran til slutt miste så mange partikler at det vil bli bly. Denne forfallsprosessen kan akselereres kraftig i det som er kjent som en kjedereaksjon. I stedet for å gå i oppløsning naturlig og sakte, blir atomene delt med makt ved bombardement med nøytroner.

Et slag fra et enkelt nøytron er nok til å splitte det mindre stabile U-235-atomet, og skape atomer av mindre elementer (ofte barium og krypton) og slipper varme og gammastråling (den kraftigste og dødelige formen for radioaktivitet). Denne kjedereaksjonen oppstår når "reserve" nøytroner fra dette atomet flyr ut med tilstrekkelig kraft til å splitte andre U-235 atomer som de kommer i kontakt med. I teorien er det nødvendig å dele bare ett U-235 atom, som vil frigjøre nøytroner som vil splitte andre atomer, som vil frigjøre nøytroner... og så videre. Denne progresjonen er ikke aritmetisk; den er geometrisk og finner sted innen en milliondel av et sekund.

Minimumsmengden for å starte en kjedereaksjon som beskrevet ovenfor er kjent som superkritisk masse. For ren U-235 er den 50 kilo. Intet uran er imidlertid noen gang ganske rent, så i virkeligheten vil det være behov for mer, for eksempel U-235, U-238 og Plutonium.

Uran er ikke det eneste materialet som brukes til å lage atombomber. Et annet materiale er Pu-239-isotopen til det menneskeskapte elementet plutonium. Plutonium finnes bare naturlig i små spor, så brukbare mengder må produseres fra uran. I en atomreaktor kan uranens tyngre U-238-isotop tvinges til å skaffe ekstra partikler og til slutt bli plutonium.

Plutonium vil ikke starte en hurtigkjedereaksjon av seg selv, men dette problemet overvinnes ved å ha en nøytronkilde eller sterkt radioaktivt materiale som avgir nøytroner raskere enn plutonium seg selv. I visse typer bomber brukes en blanding av elementene Beryllium og Polonium for å få til denne reaksjonen. Bare et lite stykke er nødvendig (superkritisk masse er omtrent 32 pund, selv om så lite som 22 kan brukes). Materialet er ikke splittbart i seg selv, men fungerer bare som en katalysator for større reaksjon.