Атомная бомба

Рассказываем, как работает атомная бомба, простыми словами. Специально для любителей больших взрывов =)

Существует два типа атомных взрывов, которым может способствовать уран-235: деление и синтез.

Деление, проще говоря, является ядерной реакцией, в которой атомное ядро расщепляется на фрагменты (обычно два фрагмента сопоставимой массы) все время испуская 100 миллионов до нескольких сотен миллионов вольт энергии. Эта энергия извергается взрывом и яростью в атомной бомбе.

Реакция синтеза, с другой стороны, обычно начинается с реакции деления. Но в отличие от делящейся (атомной) бомбы, термоядерная (водородная) бомба черпает свою энергию из слияния ядер различных изотопов водорода в ядра гелия.

Атомная бомба

В этой статье рассматривается атомная бомба или атомная бомба. Огромная сила, стоящая за реакцией в атомной бомбе, возникает из сил, которые удерживают атом вместе. Эти силы сродни, но не совсем таковы, как магнетизм.

Об атомах

Атомы состоят из различных чисел и комбинаций трех субатомных частиц: протонов, нейтронов и электронов. Протоны и нейтроны группируются вместе, образуя ядро (центральную массу) атома, в то время как электроны вращаются вокруг ядра, подобно планетам вокруг Солнца. Именно баланс и расположение этих частиц определяют стабильность атома.

Большинство элементов имеют очень стабильные атомы, которые невозможно расщепить, кроме как бомбардировкой ускорителей частиц. Для всех практических целей единственным естественным элементом, атомы которого можно легко расщепить, является Уран — тяжелый металл с самым большим атомом из всех природных элементов и необычно высоким отношением нейтронов к протонам.

Это более высокое соотношение не повышает его «расщепляемость», но оно имеет важное значение для его способности способствовать взрыву, что делает уран-235 исключительным кандидатом на ядерное деление.

Изотопы урана

Существуют два естественных изотопа урана. Природный уран состоит в основном из изотопа U-238, в каждом атоме которого содержится 92 протона и 146 нейтронов (92+146=238). Смешанный с этим 0.6% накопление U-235, только c 143 нейтронами в атоме. Атомы этого более легкого изотопа можно расщеплять, 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 случайные нейтроны, предотвращая случайную цепную реакцию в урановой бомбе и сохраняя нейтроны, содержащиеся в плутониевой бомбе. U-238 также может быть «насыщен» для производства плутония (Pu-239), искусственного радиоактивного элемента, также используемого в атомных бомбах.

Оба изотопа урана естественно радиоактивны; их громоздкие атомы со временем распадаются. При наличии достаточного 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 того чтобы распадаться естественно и медленно, атомы насильственно расщепляются бомбардировкой нейтронами.

Цепные ядерные реакции

Одного удара нейтрона достаточно для расщепления менее стабильного атома U-235, создания атомов меньших элементов (чаще всего бария и криптона) и высвобождения тепла и гамма-излучения (самой мощной и смертоносной формы радиоактивности).

Эта цепная реакция происходит, когда «запасные» нейтроны из этого атома вылетают с достаточной силой, чтобы расщепить другие атомы U-235, с которыми они соприкасаются. В теории необходимо расщепить только один атом U-235, который будет выпускать нейтроны, которые будут расщеплять другие атомы, которые будут выпускать нейтроны … и так далее. Эта прогрессия не арифметическая; он геометрический и происходит в миллионную долю секунды.

Минимальная сумма для начала цепной реакции, как описано выше, называется сверхкритической массы. Для чисто U-235, 110 фунтов (50 килограмм). Однако Уран никогда не бывает достаточно чистым, поэтому в действительности потребуется больше, например, U-235, U-238 и плутоний.

О Плутонии

Уран-не единственный материал, используемый для изготовления атомных бомб. Другим материалом является изотоп PU-239 искусственного элемента плутония. Плутоний встречается только в природе в ничтожных, поэтому полезной суммы должны быть изготовлены 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 эта проблема преодолевается наличием источника нейтронов или высокорадиоактивного материала, который выделяет нейтроны быстрее, чем сам плутоний. В некоторых типах бомб для этой реакции используется смесь элементов бериллия и полония. Только малая часть необходима (закритическая масса около 32 фунта, хотя как немногую по мере того как 22 можно использовать). Материал не расщепляется сам по себе, а просто действует как катализатор большей реакции.