Atomske bombe i kako djeluju

Postoje dvije vrste atomske eksplozije koje mogu biti olakšane Uranom-235: fisija i fuzija. Fisija, jednostavno rečeno, nuklearna je reakcija u kojoj se atomsko jezgro dijeli na fragmente (obično dva fragmenti usporedive mase), sve dok emitiraju 100 milijuna do nekoliko stotina milijuna volti energija. Ta se energija eksplozivno i nasilno izbacuje u atomska bomba. S druge strane, fuzijska reakcija obično se započinje reakcijom fisije. Ali za razliku od fisijske (atomske) bombe, fuzijska (vodikova) bomba dobiva svoju snagu iz spajanja jezgara različitih izotopa vodika u helijeve jezgre.

Ovaj članak govori o dokumentu A-bomba ili atomska bomba. Ogromna snaga iza reakcije u atomskoj bombi proizlazi iz sila koje atom drže zajedno. Te su sile slične, ali ne baš isto kao magnetizam.

atomi sastoje se od različitih brojeva i kombinacija triju subatomskih čestica: protona, neutroni, i elektrona. Protoni i neutroni se skupljaju u obliku jezgre (središnje mase) atoma, dok elektroni kruže oko jezgre, slično planetama oko sunca. Ravnoteža i raspored ovih čestica određuju stabilnost atoma.

Većina elemenata ima vrlo stabilne atome koje je nemoguće razdvojiti, osim bombardiranjem u akceleratorima čestica. Za sve praktične svrhe, jedini prirodni element čiji se atomi mogu lako podijeliti je uran, a teški metal s najvećim atomom svih prirodnih elemenata i neobično visokim neutronom do protona omjer. Taj viši omjer ne povećava njegovu „propusnost“, ali ima važan utjecaj na njegovu sposobnost olakšavanja eksplozije, što uran-235 čini izuzetnim kandidatom za nuklearnu fisiju.

Postoje dva izotopa s prirodom uranijum. Prirodni uran sastoji se uglavnom od izotopa U-238, s 92 protona i 146 neutrona (92 + 146 = 238) koji se nalaze u svakom atomu. Pomiješana s tim je 0,6% akumulacija U-235, sa samo 143 neutrona po atomu. Atomi ovog lakšeg izotopa mogu se podijeliti, pa je "podjeljiv" i koristan u pravljenju atomske bombe.

Neutronski težak U-238 ima ulogu i u atomskoj bombi jer njeni neutronski teški atomi mogu odbiti zalutali neutrona, sprečavajući slučajnu lančanu reakciju u uranijumskoj bombi i zadržavajući neutrone sadržane u plutoniju bomba. U-238 također može biti "zasićen" za proizvodnju plutonija (Pu-239), umjetnog radioaktivnog elementa koji se također koristi u atomskim bombama.

Oba izotopa urana prirodno su radioaktivna; njihovi glomazni atomi raspadaju se s vremenom. S obzirom na dovoljno vremena (stotine tisuća godina), uran će s vremenom izgubiti toliko čestica da će se pretvoriti u olovo. Proces propadanja može se znatno ubrzati u onome što je poznato kao lančana reakcija. Umjesto da se prirodno i sporo raspadaju, atomi se prisilno razdvajaju bombardiranjem neutronima.

Udarac iz jednog neutrona dovoljan je za podjelu manje stabilnog atoma U-235, stvarajući atome manjih elemenata (često barij i kripton) i oslobađanje topline i gama zračenja (najmoćniji i smrtonosniji oblik radioaktivnost). Ova lančana reakcija nastaje kada "rezervni" neutroni iz ovog atoma odlete dovoljno snagom da podijele ostale U-235 atome s kojima dođu u kontakt. U teoriji, potrebno je podijeliti samo jedan atom U-235, koji će otpustiti neutrone koji će podijeliti ostale atome, koji će otpustiti neutrone... i tako dalje. To napredovanje nije aritmetičko; geometrijski je i odvija se unutar milijunske sekunde.

Minimalna količina za pokretanje lančane reakcije koja je gore opisana poznata je kao nadkritična masa. Za čisti U-235 stoji 110 kilograma (50 kilograma). No, uranijum nikada nije sasvim čist, pa će u stvarnosti trebati više, kao što su U-235, U-238 i Pluton.

Uran nije jedini materijal koji se koristi za pravljenje atomske bombe. Drugi materijal je izotop Pu-239 umjetnog elementa plutonija. Pluton se nalazi prirodno u tragovima minuta, pa se iz urana moraju koristiti korisne količine. U nuklearnom reaktoru, teži uranijum U-238 izotopa može biti prisiljen na stjecanje dodatnih čestica, s vremenom postaje plutonij.

Pluton neće pokrenuti brzu lančanu reakciju sam po sebi, ali taj problem se prevazilazi ako ima a izvor neutrona ili visoko radioaktivni materijal koji neutrone ispušta brže od plutonija sebe. U određenim vrstama bombi koristi se mješavina elemenata Berilij i Polonija da bi se izazvala ova reakcija. Potreban je samo mali komad (natkrivena masa je oko 32 kilograma, iako se može koristiti tek 22). Materijal sam po sebi nije djeljiv, već samo djeluje kao katalizator veće reakcije.