Atomové bomby a jak fungují

Existují dva typy atomových explozí, které může Uran-235 usnadnit: štěpení a fúze. Štěpení, jednoduše řečeno, je jaderná reakce, ve které se atomové jádro rozdělí na fragmenty (obvykle dva fragmenty srovnatelné hmotnosti) po celou dobu, přičemž vyzařují 100 až několik set milionů voltů energie. Tato energie je v EU explozivně a násilně vyhnána atomová bomba. Fúzní reakce je na druhé straně obvykle zahájena štěpnou reakcí. Ale na rozdíl od štěpné (atomové) bomby, fúzní (vodíková) bomba odvozuje svou sílu z roztavení jader různých izotopů vodíku na jádra helia.

Tento článek pojednává o Bomba nebo atomová bomba. Masivní síla za reakcí v atomové bombě vychází ze sil, které drží atom pohromadě. Tyto síly jsou podobné magnetismu, ale ne úplně stejné.

Atomy jsou složeny z různých čísel a kombinací tří pod atomových částic: protony, neutrony, a elektrony. Protony a neutrony se seskupují a vytvářejí jádro (centrální hmotu) atomu, zatímco elektrony obíhají kolem jádra, podobně jako planety kolem Slunce. Stabilitu atomu určuje rovnováha a uspořádání těchto částic.

Většina prvků má velmi stabilní atomy, které nelze rozdělit, kromě bombardování v urychlovačích částic. Pro všechny praktické účely je jediným přírodním prvkem, jehož atomy lze snadno rozdělit, uran, a těžký kov s největším atomem všech přírodních prvků a neobvykle vysokým neutronem na proton poměr. Tento vyšší poměr nezlepšuje jeho „rozdělitelnost“, ale má důležitý dopad na jeho schopnost usnadnit výbuch, čímž se uran-235 stává výjimečným kandidátem na jaderné štěpení.

Existují dva přirozeně se vyskytující izotopy uran. Přírodní uran sestává většinou z izotopu U-238, s 92 protony a 146 neutrony (92 + 146 = 238) obsaženými v každém atomu. S tím je spojena 0,6% akumulace U-235, s pouze 143 neutrony na atom. Atomy tohoto lehčího izotopu lze rozdělit, takže je "štěpitelný" a je užitečný při výrobě atomových bomb.

Neutron-těžký U-238 hraje roli také v atomové bombě, protože jeho neutronové těžké atomy mohou odklonit bloudící neutrony, zabraňující náhodné řetězové reakci v uranové bombě a udržování neutronů obsažených v plutonia bombardovat. U-238 může být také „nasycený“ za účelem produkce plutonia (Pu-239), umělého radioaktivního prvku používaného také v atomových bombách.

Oba izotopy uranu jsou přirozeně radioaktivní; jejich objemné atomy se v průběhu času rozpadají. Při dostatečném čase (stovky tisíc let) uran nakonec ztratí tolik částic, že ​​se z něj stane olovo. Tento proces rozpadu lze značně urychlit v tzv. Řetězové reakci. Místo toho, aby se atomy přirozeně a pomalu rozpadaly, jsou atomy násilně rozděleny bombardováním neutrony.

Úder z jednoho neutronu stačí k rozdělení méně stabilního atomu U-235 a vytvoření atomů menších prvků (často baryum a krypton) a uvolňující teplo a gama záření (nejsilnější a smrtící forma radioaktivita). K této řetězové reakci dochází, když „náhradní“ neutrony z tohoto atomu létají s dostatečnou silou k rozdělení dalších atomů U-235, se kterými přicházejí do styku. Teoreticky je nutné rozdělit pouze jeden atom U-235, který uvolní neutrony, které rozdělí další atomy, které uvolní neutrony... a tak dále. Tato progrese není aritmetická; je geometrický a probíhá do miliontiny sekundy.

Minimální množství pro zahájení řetězové reakce, jak je popsáno výše, se nazývá superkritická hmota. U čistého U-235 je to 110 liber (50 kilogramů). Žádný uran však není nikdy zcela čistý, takže ve skutečnosti bude potřeba více, jako jsou U-235, U-238 a Plutonium.

Uran není jediný materiál používaný k výrobě atomových bomb. Dalším materiálem je izotop Pu-239 umělého prvku plutonium. Plutonium se přirozeně vyskytuje jen v nepatrných stopách, takže použitelná množství musí být vyrobena z uranu. V jaderném reaktoru může být těžší izotop U-238 uranu nucen získat další částice a nakonec se stát plutoniem.

Plutonium nezačne rychlou řetězovou reakci samo o sobě, ale tento problém je překonán tím, že má neutronový zdroj nebo vysoce radioaktivní materiál, který uvolňuje neutrony rychleji než plutonium sám. U některých typů bomb je k vyvolání této reakce použita směs prvků Beryllium a Polonium. Potřebuje se jen malý kus (superkritická hmotnost je asi 32 liber, ale lze použít jen 22). Materiál není sám o sobě štěpitelný, ale pouze působí jako katalyzátor větší reakce.