Συσκευή σχάσης ατομικής βόμβας

Ατομική βόμβα, που ονομάζεται επίσης ατομική βόμβα, όπλο με μεγάλη εκρηκτική δύναμη που προκύπτει από την ξαφνική απελευθέρωση ενέργειας κατά τον διαχωρισμό ή τη σχάση των πυρήνων ενός βαρύ στοιχείου όπως το πλουτώνιο ή το ουράνιο.

Οι ιδιότητες και τα αποτελέσματα των ατομικών βομβών

Όταν ένα νετρόνιο χτυπά τον πυρήνα ενός ατόμου των ισοτόπων ουρανίου-235 ή πλουτωνίου-239, προκαλεί ότι ο πυρήνας διασπάται σε δύο θραύσματα, καθένα από τα οποία είναι ένας πυρήνας με περίπου τα μισά πρωτόνια και τα νετρόνια του αρχικού πυρήνα. Κατά τη διαδικασία του διαχωρισμού, απελευθερώνεται μεγάλη ποσότητα θερμικής ενέργειας, καθώς και ακτίνες γάμμα και δύο ή περισσότερα νετρόνια. Υπό ορισμένες συνθήκες, τα διαφυγόντα νετρόνια χτυπούν και συνεπώς σχίζουν περισσότερους από τους γύρω πυρήνες ουρανίου, οι οποίοι στη συνέχεια εκπέμπουν περισσότερα νετρόνια που χωρίζουν ακόμη περισσότερους πυρήνες. Αυτή η σειρά ταχέως πολλαπλασιασμένων σχισμών καταλήγει σε μια αλυσιδωτή αντίδραση στην οποία σχεδόν όλο το σχάσιμο υλικό καταναλώνεται, κατά τη διαδικασία δημιουργίας της έκρηξης αυτού που είναι γνωστό ως ατομική βόμβα.

Πολλά ισότοπα ουρανίου μπορούν να υποβληθούν σε σχάση, αλλά το ουράνιο-235, το οποίο βρίσκεται φυσικά σε αναλογία περίπου ενός μέρους ανά 139 μέρη του ισότοπου ουρανίου-238, υφίσταται σχάση πιο εύκολα και εκπέμπει περισσότερα νετρόνια ανά σχάση από άλλα παρόμοια ισότοπα. Το Plutonium-239 έχει τις ίδιες ιδιότητες. Αυτά είναι τα κύρια σχάσιμα υλικά που χρησιμοποιούνται σε ατομικές βόμβες. Μια μικρή ποσότητα ουρανίου-235, π.χ. 0,45 kg (1 λίβρα), δεν μπορεί να υποστεί αλυσιδωτή αντίδραση και επομένως ονομάζεται υποκριτική μάζα. Αυτό συμβαίνει επειδή, κατά μέσο όρο, τα νετρόνια που απελευθερώνονται από μια σχάση είναι πιθανό να εγκαταλείψουν το συγκρότημα χωρίς να χτυπήσουν άλλο πυρήνα και να το προκαλέσουν σε σχάση. Εάν προστεθεί περισσότερο ουράνιο-235 στο συγκρότημα, αυξάνονται οι πιθανότητες ότι ένα από τα απελευθερούμενα νετρόνια θα προκαλέσει άλλη σχάση, καθώς τα νετρόνια που διαφεύγουν πρέπει να διασχίσουν περισσότερους πυρήνες ουρανίου και οι πιθανότητες είναι μεγαλύτερες ότι ένα από αυτά θα προσκρούσει σε έναν άλλο πυρήνα και ΜΟΙΡΑΣΕ το. Στο σημείο κατά το οποίο ένα από τα νετρόνια που παράγονται από μια σχάση θα δημιουργήσει κατά μέσο όρο μια άλλη σχάση, έχει επιτευχθεί κρίσιμη μάζα, και μια αλυσιδωτή αντίδραση και συνεπώς θα προκύψει μια ατομική έκρηξη.

Στην πράξη, μια συναρμολόγηση σχάσιμου υλικού πρέπει να φέρεται από μια υποκριτική σε μια κρίσιμη κατάσταση εξαιρετικά ξαφνικά. Ένας τρόπος που μπορεί να γίνει αυτό είναι να ενώσει δύο υποκριτικές μάζες, οπότε η συνδυασμένη μάζα τους γίνεται κρίσιμη. Αυτό μπορεί να επιτευχθεί πρακτικά με τη χρήση υψηλών εκρηκτικών για τη λήψη δύο υποκριτικών γυμνοσάλιαγκων από σχάσιμο υλικό μαζί σε έναν κοίλο σωλήνα. Μια δεύτερη μέθοδος που χρησιμοποιείται είναι αυτή της έκρηξης, στην οποία ένας πυρήνας σχάσιμου υλικού συμπιέζεται ξαφνικά σε μικρότερο μέγεθος και συνεπώς μεγαλύτερη πυκνότητα. επειδή είναι πυκνότεροι, οι πυρήνες είναι πιο σφιχτά συσκευασμένοι και αυξάνονται οι πιθανότητες να εκπέμψει ένα νετρόνιο να χτυπήσει έναν πυρήνα. Ο πυρήνας μιας ατομικής βόμβας τύπου έκρηξης αποτελείται από μια σφαίρα ή μια σειρά από ομόκεντρα κελύφη σχάσιμου υλικού που περιβάλλεται από ένα μπουφάν με υψηλά εκρηκτικά, τα οποία, ταυτόχρονα πυροδοτούνται, εισβάλλουν το σχάσιμο υλικό υπό τεράστιες πιέσεις σε πυκνότερη μάζα που επιτυγχάνει αμέσως. κριτική. Ένα σημαντικό βοήθημα για την επίτευξη κριτικότητας είναι η χρήση παραβίασης. Αυτό είναι ένα περίβλημα από οξείδιο του βηρυλλίου ή κάποια άλλη ουσία που περιβάλλει το σχάσιμο υλικό και αντανακλά μερικά από τα διαφυγόντα νετρόνια πίσω στο σχάσιμο υλικό, όπου μπορούν έτσι να προκαλέσουν περισσότερες σχάσεις. Επιπλέον, οι συσκευές «ενισχυμένης σχάσης» ενσωματώνουν τέτοια σύντηξη υλικά όπως δευτέριο ή τρίτιο στον πυρήνα σχάσης. Το συντήξιμο υλικό ενισχύει την έκρηξη σχάσης παρέχοντας μια υπεραφθονία νετρονίων.

Η σχάση απελευθερώνει μια τεράστια ποσότητα ενέργειας σε σχέση με το σχετικό υλικό. Όταν ολοκληρωθεί η διάσπαση, 1 κιλό (2,2 λίβρες) ουρανίου-235 απελευθερώνει την ενέργεια που παράγεται ισοδύναμα από 17.000 τόνους, ή 17 κιλά, TNT. Η έκρηξη μιας ατομικής βόμβας απελευθερώνει τεράστιες ποσότητες θερμικής ενέργειας ή θερμότητας, επιτυγχάνοντας θερμοκρασίες αρκετών εκατομμυρίων βαθμών στην ίδια την έκρηξη. Αυτή η θερμική ενέργεια δημιουργεί μια μεγάλη βολίδα, η θερμότητα της οποίας μπορεί να πυροδοτήσει πυρκαγιές που μπορούν να αποτεφρώσουν μια ολόκληρη μικρή πόλη. Τα ρεύματα μεταφοράς που δημιουργούνται από την έκρηξη απορροφούν σκόνη και άλλα υλικά εδάφους μέχρι τη βολίδα, δημιουργώντας το χαρακτηριστικό νέφος ατομικής έκρηξης σε σχήμα μανιταριού. Η έκρηξη παράγει επίσης αμέσως ένα ισχυρό κύμα σοκ που διαδίδεται προς τα έξω από την έκρηξη σε αποστάσεις αρκετών μιλίων, χάνοντας σταδιακά τη δύναμή του κατά μήκος του δρόμου. Ένα τέτοιο κύμα μπορεί να καταστρέψει κτίρια για αρκετά μίλια από τη θέση της έκρηξης.

Εκπέμπονται επίσης μεγάλες ποσότητες νετρονίων και ακτίνων γάμμα. Αυτή η θανατηφόρα ακτινοβολία μειώνεται γρήγορα σε 1,5 έως 3 χλμ. (1 έως 2 μίλια) από την έκρηξη. Τα υλικά εξατμίζονται στη βολίδα συμπυκνώνονται σε λεπτά σωματίδια και αυτά τα ραδιενεργά υπολείμματα, που αναφέρονται ως πτώση, μεταφέρονται από τους ανέμους στην τροπόσφαιρα ή τη στρατόσφαιρα. Οι ραδιενεργές προσμείξεις περιλαμβάνουν ραδιοϊσότοπα μακράς διαρκείας όπως το στρόντιο-90 και το πλουτώνιο-239. Ακόμη και η περιορισμένη έκθεση στην πτώση τις πρώτες εβδομάδες μετά την έκρηξη μπορεί να είναι θανατηφόρα και οποιαδήποτε έκθεση αυξάνει τον κίνδυνο ανάπτυξης καρκίνου.