Атомные бомбы и как они работают

Уран-235 может облегчить два типа атомных взрывов: деление и синтез. Проще говоря, деление - это ядерная реакция, в которой атомное ядро ​​распадается на фрагменты (обычно два фрагменты сопоставимой массы) все время излучая от 100 миллионов до нескольких сотен миллионов вольт энергия. Эта энергия выбрасывается взрывно и насильственно в Атомная бомба. Реакция слияния, с другой стороны, обычно начинается с реакции деления. Но, в отличие от атомной (атомной) бомбы, термоядерная (водородная) бомба получает силу от слияния ядер различных изотопов водорода в ядра гелия.

В этой статье рассматриваются Бомба или Атомная бомба. Огромная сила, стоящая за реакцией атомной бомбы, возникает из сил, удерживающих атом вместе. Эти силы сродни магнетизму, но не совсем так.

атомы состоят из различных чисел и комбинаций трех субатомных частиц: протонов, нейтроныи электроны. Протоны и нейтроны собираются вместе, образуя ядро ​​(центральную массу) атома, в то время как электроны вращаются вокруг ядра, как планеты вокруг Солнца. Именно баланс и расположение этих частиц определяют стабильность атома.

Большинство элементов имеют очень стабильные атомы, которые невозможно расщепить, кроме как путем бомбардировки в ускорителях частиц. Для всех практических целей единственным природным элементом, атомы которого легко расщепляются, является уран, тяжелый металл с самым большим атомом всех природных элементов и необычно высоким нейтронным протоном соотношение. Это более высокое соотношение не увеличивает его «расщепляемость», но оно имеет важное значение для его способности способствовать взрыву, что делает уран-235 исключительным кандидатом для ядерного деления.

Есть два естественных изотопа уран. Природный уран состоит в основном из изотопа U-238, в каждом из которых содержится 92 протона и 146 нейтронов (92 + 146 = 238). С этим связано накопление U-235 на 0,6%, при этом на атом приходится всего 143 нейтрона. Атомы этого более легкого изотопа могут быть расщеплены, поэтому он «расщепляется» и полезен при создании атомных бомб.

Нейтронно-тяжелый U-238 также играет роль в атомной бомбе, поскольку его нейтронно-тяжелые атомы могут отклонять рассеивание нейтроны, предотвращающие случайную цепную реакцию в урановой бомбе и удерживающие нейтроны, содержащиеся в плутонии бомбить. U-238 также может быть «насыщенным» для производства плутония (Pu-239), искусственного радиоактивного элемента, также используемого в атомных бомбах.

Оба изотопа урана естественным образом радиоактивны; их громоздкие атомы со временем распадаются. При достаточном времени (сотни тысяч лет) уран в конечном итоге потеряет столько частиц, что превратится в свинец. Этот процесс распада может быть значительно ускорен в так называемой цепной реакции. Вместо естественного и медленного распада атомы подвергаются насильственному расщеплению путем бомбардировки нейтронами.

Удара от одного нейтрона достаточно, чтобы расщепить менее стабильный атом U-235, создав атомы более мелких элементов. (часто барием и криптоном) и выделяя тепло и гамма-излучение (самая мощная и смертельная форма Радиоактивность). Эта цепная реакция происходит, когда «запасные» нейтроны из этого атома вылетают с достаточной силой, чтобы расщепить другие атомы U-235, с которыми они вступают в контакт. Теоретически, необходимо разделить только один атом U-235, который выпустит нейтроны, которые разделят другие атомы, которые выпустят нейтроны... и так далее. Эта прогрессия не арифметическая; это геометрическое и происходит в течение миллионной доли секунды.

Минимальное количество для запуска цепной реакции, как описано выше, известно как сверхкритическая масса. Для чистого U-235 это 110 фунтов (50 кг). Однако ни один уран не бывает достаточно чистым, поэтому в действительности потребуется больше, например, U-235, U-238 и плутоний.

Уран - не единственный материал, используемый для изготовления атомных бомб. Другим материалом является изотоп Pu-239 искусственного элемента плутония. Плутоний встречается только в незначительных количествах, поэтому полезные количества должны быть получены из урана. В ядерном реакторе более тяжелый изотоп урана U-238 может быть вынужден приобретать дополнительные частицы, в конечном итоге превращаясь в плутоний.

Плутоний сам по себе не начнет быструю цепную реакцию, но эту проблему можно решить, если источник нейтронов или высокорадиоактивный материал, который испускает нейтроны быстрее, чем плутоний сам. В некоторых типах бомб смесь элементов Бериллий и Полоний используется, чтобы вызвать эту реакцию. Требуется только маленький кусочек (сверхкритическая масса составляет около 32 фунтов, хотя можно использовать всего 22). Материал не расщепляется сам по себе, а просто действует как катализатор для большей реакции.