Atombomber og hvordan de fungerer

Der er to typer atomeksplosioner, der kan lettes ved Uranium-235: fission og fusion. Fission, enkelt sagt, er en nuklear reaktion, hvor en atomkerne opdeles i fragmenter (normalt to fragmenter med sammenlignelig masse) hele tiden mens de udsender 100 millioner til flere hundrede millioner volt energi. Denne energi udvises eksplosivt og voldsomt i atombombe. En fusionsreaktion på den anden side startes normalt med en fissionsreaktion. Men i modsætning til fission (atom) bomben, henter fusionsbomben (brint) dens magt fra fusionering af kerner fra forskellige hydrogenisotoper til heliumkerner.

Denne artikel diskuterer A-bombe eller atombombe. Den enorme magt bag reaktionen i en atombombe stammer fra de kræfter, der holder atomet sammen. Disse kræfter er beslægtet med, men ikke helt de samme som magnetisme.

atomer består af forskellige antal og kombinationer af de tre subatomære partikler: protoner, neutronerog elektroner. Protoner og neutroner klynger sig sammen for at danne atomens kerne (centralmasse), mens elektronerne kredser om kernen, meget som planeter omkring en sol. Det er balancen og arrangementet af disse partikler, der bestemmer atomets stabilitet.

De fleste elementer har meget stabile atomer, som det er umuligt at opdele undtagen ved bombardement i partikelacceleratorer. Til alle praktiske formål er det eneste naturlige element, hvis atomer let kan opdeles, uran, a tungmetal med det største atom af alle naturlige elementer og en usædvanligt høj neutron-til-proton forhold. Dette højere forhold øger ikke dets "opdelbarhed", men det har en vigtig betydning for dets evne til at lette en eksplosion, hvilket gør uran-235 til en enestående kandidat til nuklear fission.

Der er to naturligt forekommende isotoper af uran. Naturligt uran består for det meste af isotop U-238, med 92 protoner og 146 neutroner (92 + 146 = 238) indeholdt i hvert atom. Blandet med dette er en 0,6% akkumulering af U-235 med kun 143 neutroner pr. Atom. Atomerne i denne lettere isotop kan opdeles, og den er således "fissionerbar" og nyttig til fremstilling af atombomber.

Neutrontunge U-238 har også en rolle at spille i atombomben, da dens neutrontunge atomer kan aflede omstrejfende neutroner, forhindrer en utilsigtet kædereaktion i en uranbombe og holder neutroner indeholdt i et plutonium bombe. U-238 kan også være "mættet" for at producere plutonium (Pu-239), et menneskeskabt radioaktivt element, der også bruges i atombomber.

Begge isotoper af uran er naturligt radioaktive; deres voluminøse atomer går i stykker med tiden. Givet nok tid (hundreder af tusinder af år), vil uran i sidste ende miste så mange partikler, at det vil blive bly. Denne forfaldelsesproces kan kraftigt fremskyndes i den såkaldte kædereaktion. I stedet for at opløses naturligt og langsomt, opdeles atomerne med magt ved bombardement med neutroner.

Et slag fra et enkelt neutron er nok til at opdele det mindre stabile U-235 atom, hvilket skaber atomer af mindre elementer (ofte barium og krypton) og frigiver varme og gammastråling (den mest kraftfulde og dødbringende form af radioaktivitet). Denne kædereaktion opstår, når "reserve" neutroner fra dette atom flyver ud med tilstrækkelig kraft til at opdele andre U-235 atomer, som de kommer i kontakt med. I teorien er det kun nødvendigt at opdele et U-235-atom, der frigiver neutroner, der vil splitte andre atomer, som frigiver neutroner... og så videre. Denne progression er ikke aritmetisk; det er geometrisk og finder sted inden for en milliondel af et sekund.

Minimumsmængden for at starte en kædereaktion som beskrevet ovenfor er kendt som superkritisk masse. For ren U-235 er den 50 kg. Intet uran er nogensinde ganske rent, så i virkeligheden vil der være behov for mere, såsom U-235, U-238 og Plutonium.

Uran er ikke det eneste materiale, der bruges til at fremstille atombomber. Et andet materiale er Pu-239-isotopen af ​​det menneskeskabte element plutonium. Plutonium findes kun naturligt i små spor, så brugbare mængder skal produceres af uran. I en atomreaktor kan uran's tungere U-238-isotop tvinges til at erhverve ekstra partikler og til sidst blive plutonium.

Plutonium starter ikke en hurtig kædereaktion af sig selv, men dette problem overvindes ved at have en neutronkilde eller meget radioaktivt materiale, der afgiver neutroner hurtigere end plutonium sig selv. I visse typer bomber bruges en blanding af elementerne Beryllium og Polonium til at få denne reaktion. Kun et lille stykke er nødvendigt (superkritisk masse er ca. 32 pund, selvom så lidt som 22 kan bruges). Materialet kan ikke splittes i sig selv, men fungerer kun som en katalysator til den større reaktion.