Atoombommen en hoe ze werken

Uranium-235 kan twee soorten atoomexplosies mogelijk maken: splijting en fusie. Splijting is, simpel gezegd, een nucleaire reactie waarbij een atoomkern zich splitst in fragmenten (meestal twee fragmenten van vergelijkbare massa) die ondertussen 100 miljoen tot enkele honderden miljoen volt uitzenden energie. Deze energie wordt explosief en gewelddadig uitgestoten in de atoombom. Een fusiereactie daarentegen wordt meestal gestart met een splijtingsreactie. Maar in tegenstelling tot de splijtings- (atoom) bom, ontleent de fusie (waterstof) bom zijn kracht aan het samensmelten van kernen van verschillende waterstofisotopen tot heliumkernen.

Dit artikel bespreekt de Een bom of atoombom. De enorme kracht achter de reactie in een atoombom komt voort uit de krachten die het atoom bij elkaar houden. Deze krachten lijken op, maar zijn niet helemaal hetzelfde als magnetisme.

Atomen bestaan ​​uit verschillende nummers en combinaties van de drie subatomaire deeltjes: protonen,

De meeste elementen hebben zeer stabiele atomen die onmogelijk te splitsen zijn behalve door beschieting in deeltjesversnellers. Voor alle praktische doeleinden is uranium, a. Het enige natuurlijke element waarvan de atomen gemakkelijk kunnen worden gesplitst zwaar metaal met het grootste atoom van alle natuurlijke elementen en een ongewoon hoog neutron-tot-proton verhouding. Deze hogere verhouding verbetert de "splitsbaarheid" niet, maar heeft wel een belangrijke invloed op het vermogen ervan om een ​​explosie te vergemakkelijken, waardoor uranium-235 een uitzonderlijke kandidaat is voor kernsplijting.

Er zijn twee natuurlijk voorkomende isotopen van uranium. Natuurlijk uranium bestaat voornamelijk uit isotoop U-238, met 92 protonen en 146 neutronen (92 + 146 = 238) in elk atoom. Hiermee vermengd is een accumulatie van 0,6% U-235, met slechts 143 neutronen per atoom. De atomen van deze lichtere isotoop kunnen worden gesplitst, dus het is "splijtbaar" en nuttig bij het maken van atoombommen.

Neutronen-zware U-238 speelt ook een rol in de atoombom, aangezien zijn neutronen-zware atomen zwerfdieren kunnen afbuigen neutronen, die een onbedoelde kettingreactie in een uraniumbom voorkomen en neutronen in een plutonium houden bom. U-238 kan ook "verzadigd" zijn om plutonium (Pu-239) te produceren, een door de mens gemaakt radioactief element dat ook wordt gebruikt in atoombommen.

Beide isotopen van uranium zijn van nature radioactief; hun omvangrijke atomen vallen in de loop van de tijd uiteen. Bij voldoende tijd (honderdduizenden jaren) zal uranium uiteindelijk zoveel deeltjes verliezen dat het in lood zal veranderen. Dit proces van verval kan enorm worden versneld in wat bekend staat als een kettingreactie. In plaats van natuurlijk en langzaam uiteen te vallen, worden de atomen met geweld gesplitst door beschieting met neutronen.

Een slag van een enkel neutron is voldoende om het minder stabiele U-235-atoom te splitsen, waardoor atomen van kleinere elementen ontstaan (vaak barium en krypton) en het vrijgeven van warmte en gammastraling (de meest krachtige en dodelijke vorm van radioactiviteit). Deze kettingreactie treedt op wanneer "reserve" neutronen van dit atoom met voldoende kracht wegvliegen om andere U-235-atomen te splitsen waarmee ze in contact komen. In theorie is het nodig om slechts één U-235-atoom te splitsen, dat neutronen vrijgeeft die andere atomen splitsen, waardoor neutronen vrijkomen... enzovoorts. Deze voortgang is niet rekenkundig; het is geometrisch en vindt plaats binnen een miljoenste van een seconde.

De minimale hoeveelheid om een ​​kettingreactie te starten zoals hierboven beschreven staat bekend als superkritische massa. Voor pure U-235 is het 110 pond (50 kilogram). Geen enkel uranium is echter ooit helemaal zuiver, dus in werkelijkheid zijn er meer nodig, zoals U-235, U-238 en Plutonium.

Uranium is niet het enige materiaal dat wordt gebruikt voor het maken van atoombommen. Een ander materiaal is de Pu-239-isotoop van het door de mens gemaakte element plutonium. Plutonium komt alleen van nature voor in zeer kleine sporen, dus er moeten bruikbare hoeveelheden worden geproduceerd uit uranium. In een kernreactor kan de zwaardere U-238-isotoop van uranium worden gedwongen om extra deeltjes te verzamelen en uiteindelijk plutonium te worden.

Plutonium zal op zichzelf geen snelle kettingreactie veroorzaken, maar dit probleem wordt opgelost door een neutronenbron of zeer radioactief materiaal dat sneller neutronen afgeeft dan het plutonium zelf. Bij bepaalde soorten bommen wordt een mengsel van de elementen Beryllium en Polonium gebruikt om deze reactie te bewerkstelligen. Slechts een klein stukje is nodig (superkritische massa is ongeveer 32 pond, hoewel er maar 22 kunnen worden gebruikt). Het materiaal is op zichzelf niet splijtbaar, maar werkt alleen als katalysator voor de grotere reactie.