Atombombák és hogyan működnek

Kétféle atomrobbanás létezik, amelyeket az urán-235 megkönnyíthet: hasadás és fúzió. A hasadás, egyszerűen fogalmazva, egy nukleáris reakció, amelynek során egy atommag fragmentumokra osztódik (általában kettőre) összehasonlítható tömegű töredékek), miközben 100 millió - több száz millió volt feszültséget bocsátanak ki energia. Ezt az energiát robbanásszerűen és hevesen bocsátják ki a atombomba. A fúziós reakciót viszont általában hasítási reakcióval indítják. De a hasadó (atomi) bombával ellentétben a fúziós (hidrogén) bomba az erejét a különféle hidrogén izotópok atomjainak héliummagokba történő összeolvadásával hozza létre.

Ez a cikk a Egy bomba vagy atombomba. Egy atombomba a reakció mögött meghúzódó hatalom az atomot együtt tartó erőkből származik. Ezek az erők hasonlítanak a mágnesességhez, de nem egészen ugyanazok.

atomok a három alatom részecskék különféle számából és kombinációjából állnak: protonok, neutronok, és elektronok. A protonok és a neutronok összefüggesztve képezik az atommagját (központi tömegét), miközben az elektronok keringnek körül a mag körül, hasonlóan a nap körüli bolygókhoz. Ezeknek a részecskéknek az egyensúlya és elrendezése határozza meg az atom stabilitását.

A legtöbb elem atomjai nagyon stabilak, amelyeket lehetetlen felosztani, kivéve a részecskegyorsítókban történő bombázással. Minden gyakorlati célból az urán az egyetlen természetes elem, amelynek atomjai könnyen megoszthatók, a nehézfémek, amelyekben az összes természetes elem legnagyobb atomja van, és szokatlanul magas neutron-proton hányados. Ez a magasabb arány nem javítja a "hasadhatóságát", de fontos hatással van arra, hogy megkönnyítse a robbanást, és így az urán-235 kivételes jelöltje a maghasadásnak.

Két, a természetben előforduló izotóp létezik uránium. A természetes urán nagyrészt U-238 izotópból áll, mindegyik atomban 92 proton és 146 neutron (92 + 146 = 238) található. Ehhez 0,6% U-235 halmozódik fel, atomonként csupán 143 neutronnal. Ennek a könnyebb izotóp atomjai feloszthatók, tehát "hasítható" és hasznos atombombák készítésében.

A neutron-nehéz U-238 szerepet játszik az atombomba is, mivel neutron-nehéz atomjai kóborolódhatnak neutronok, meggátolva egy véletlen láncreakciót egy uránbomba és tartva a neutronokat a plutóniumban bomba. Az U-238 "telített" is lehet plutónium (Pu-239) előállításához, amely egy ember által létrehozott radioaktív elem, amelyet atombombákban is használnak.

Az urán mindkét izotópja természetesen radioaktív; terjedelmes atomjai idővel szétesnek. Ha elegendő időt vesz igénybe (több százezer év alatt), az urán végül annyi részecskét veszít, hogy ólmká alakuljon. Ez a lebomlás folyamata nagymértékben felgyorsulhat az úgynevezett láncreakcióban. Ahelyett, hogy természetesen és lassan szétesnének, az atomokat neutronokkal történő bombázással erőszakos módon megosztják.

Egyetlen neutronból származó ütés elegendő a kevésbé stabil U-235 atom megbontásához, és kisebb elemek atomjait képezi (gyakran bárium és kripton) és hő- és gamma-sugárzást bocsátanak ki (a legerősebb és leghalálosabb forma) radioaktivitást). Ez a láncreakció akkor fordul elő, amikor az atomból származó „tartalék” neutronok elegendő erővel repülnek ki, hogy megosztják azokat az U-235 atomokat, amelyekkel érintkezésbe kerülnek. Elméletileg csak egy U-235 atomot kell felosztani, amely olyan neutronokat szabadít fel, amelyek más atomokat osztanak fel, és amelyek felszabadítják a neutronokat... stb. Ez a progresszió nem számtani; geometriai és a másodperces egymilliomodpercen belül zajlik.

A fentiekben leírt láncreakció minimális mennyisége szuperkritikus tömeg. A tiszta U-235 esetében ez 50 font (110 font). Az urán azonban soha nem elég tiszta, így a valóságban többre lesz szükség, például U-235, U-238 és plutónium.

Az urán nem az egyetlen anyag, amelyet atombombák készítéséhez használnak. Egy másik anyag a mű-plutónium Pu-239 izotópja. A plutónium csak minimális nyomokban található meg természetesen, ezért felhasználható mennyiségeket kell előállítani uránból. Egy atomreaktorban az urán nehezebb U-238 izotópja arra kényszeríthető, hogy extra részecskéket szerezzen, végül plutóniummá válva.

A plutónium önmagában nem indítja el a gyors láncreakciót, de ezt a problémát legyőzi a neutron forrás vagy erősen radioaktív anyag, amely gyorsabban bocsát ki a neutronokat, mint a plutónium maga. Bizonyos típusú bombákban a berillium és a polónium elegyét használják ennek a reakciónak a kivitelezésére. Csak egy apró darabra van szükség (a szuperkritikus tömeg kb. 32 font, bár 22 kevés is használható). Az anyag önmagában nem hasad, hanem csupán a nagyobb reakció katalizátoraként szolgál.