Атомни бомби и как работят

Има два вида атомни експлозии, които могат да бъдат улеснени от Уран-235: делене и синтез. Деленето, просто казано, е ядрена реакция, при която атомното ядро ​​се разделя на фрагменти (обикновено два фрагменти със сравнима маса), като същевременно излъчват 100 милиона до няколкостотин милиона волта енергия. Тази енергия се изхвърля експлозивно и жестоко в атомна бомба. От друга страна, реакцията на синтез обикновено се започва с реакция на делене. Но за разлика от делящата се (атомна) бомба, термоядрената (водородна) бомба получава своята сила от сливането на ядра на различни водородни изотопи в хелиеви ядра.

Тази статия обсъжда Бомба или атомна бомба. Масивната сила зад реакцията в атомна бомба възниква от силите, които държат атома заедно. Тези сили са сходни, но не съвсем като магнетизма.

Атомите се състоят от различни числа и комбинации от трите субатомни частици: протони, неутрони, и електрони. Протоните и неутроните се струпват заедно, за да образуват ядрото (централната маса) на атома, докато електроните обикалят около ядрото, подобно на планетите около слънце. Именно балансът и разположението на тези частици определят стабилността на атома.

Повечето елементи имат много стабилни атоми, които е невъзможно да се разделят освен чрез бомбардиране в ускорители на частици. За всички практически цели единственият естествен елемент, чиито атоми могат да се разделят лесно, е уран, a тежък метал с най-голям атом от всички природни елементи и необичайно висок неутрон-протон съотношение. Това по-високо съотношение не засилва неговата „гъвкавост“, но има важно влияние върху способността му да улеснява експлозия, което прави уран-235 изключителен кандидат за ядрен делене.

Има два естествено срещащи се изотопа на уран. Естественият уран се състои най-вече от изотоп U-238, с 92 протона и 146 неутрона (92 + 146 = 238), съдържащи се във всеки атом. Смесено с това е 0,6% натрупване на U-235, със само 143 неутрона на атом. Атомите на този по-лек изотоп могат да се разделят, като по този начин той е „делящ се“ и полезен при създаването на атомни бомби.

Неутроно-тежката U-238 има роля и в атомната бомба, тъй като нейтронните тежки атоми могат да отклонят бездомните неутрони, предотвратявайки случайна верижна реакция в уранова бомба и задържайки неутрони, съдържащи се в плутоний бомба. U-238 може също да бъде "наситен" за получаване на плутоний (Pu-239), създаден от човека радиоактивен елемент, използван също в атомни бомби.

И двата изотопа на уран са естествено радиоактивни; техните обемисти атоми се разпадат с времето. При достатъчно време (стотици хиляди години), уранът в крайна сметка ще загуби толкова много частици, че ще се превърне в олово. Този процес на гниене може значително да се ускори в това, което е известно като верижна реакция. Вместо да се разпадат естествено и бавно, атомите се насилствено разделят чрез бомбардиране с неутрони.

Удар от един неутрон е достатъчен за разделяне на по-малко стабилния атом U-235, създавайки атоми от по-малки елементи (често барий и криптон) и отделяне на топлина и гама радиация (най-мощната и смъртоносна форма на радиоактивност). Тази верижна реакция възниква, когато „резервните“ неутрони от този атом излитат с достатъчна сила, за да разделят други U-235 атоми, с които влизат в контакт. На теория е необходимо да се раздели само един атом U-235, който ще освободи неутрони, които ще разделят други атоми, които ще освободят неутрони... и така нататък. Тази прогресия не е аритметична; той е геометричен и се осъществява в рамките на милионна част от секундата.

Минималното количество за започване на верижна реакция, както е описано по-горе, е известно като свръхкритична маса. За чист U-235 той е 110 паунда (50 килограма). Никой уран обаче никога не е доста чист, така че в действителност ще са необходими повече като U-235, U-238 и Plutonium.

Уранът не е единственият материал, използван за направата на атомни бомби. Друг материал е изотопът Pu-239 на създадения от човека елемент плутоний. Плутоний се намира естествено само в минутни следи, така че използваемите количества трябва да се произвеждат от уран. В ядрен реактор, по-тежкият изотоп на U-238 на уран може да бъде принуден да придобие допълнителни частици, в крайна сметка да стане плутоний.

Плутонийът сам по себе си няма да започне бърза верижна реакция, но този проблем се преодолява чрез наличието на a източник на неутрон или силно радиоактивен материал, който отделя неутрони по-бързо от плутония себе си. В някои видове бомби се използва смес от елементи Берилий и Полоний за предизвикване на тази реакция. Необходимо е само малко парче (свръхкритичната маса е около 32 паунда, въпреки че могат да се използват само 22). Материалът сам по себе си не се дели, а просто действа като катализатор на по-голямата реакция.