Atombomben und wie sie funktionieren

Es gibt zwei Arten von Atomexplosionen, die durch Uran-235 erleichtert werden können: Spaltung und Fusion. Einfach ausgedrückt ist die Spaltung eine Kernreaktion, bei der sich ein Atomkern in Fragmente aufspaltet (normalerweise zwei) Fragmente vergleichbarer Masse), die 100 Millionen bis mehrere hundert Millionen Volt emittieren Energie. Diese Energie wird explosionsartig und heftig in die USA ausgestoßen Atombombe. Eine Fusionsreaktion wird dagegen üblicherweise mit einer Spaltreaktion gestartet. Im Gegensatz zur Spaltbombe (Atombombe) bezieht die Fusionsbombe (Wasserstoffbombe) ihre Kraft aus der Verschmelzung von Kernen verschiedener Wasserstoffisotope zu Heliumkernen.

Dieser Artikel beschreibt die Eine Bombe oder Atombombe. Die massive Kraft hinter der Reaktion in einer Atombombe entsteht durch die Kräfte, die das Atom zusammenhalten. Diese Kräfte sind dem Magnetismus ähnlich, aber nicht ganz gleich.

Atome bestehen aus verschiedenen Zahlen und Kombinationen der drei subatomaren Teilchen: Protonen,

Die meisten Elemente haben sehr stabile Atome, die nur durch Beschuss mit Teilchenbeschleunigern gespalten werden können. Für alle praktischen Zwecke ist das einzige natürliche Element, dessen Atome leicht gespalten werden können, Uran, a Schwermetall mit dem größten Atom aller natürlichen Elemente und einem ungewöhnlich hohen Neutronen-Protonen-Verhältnis Verhältnis. Dieses höhere Verhältnis verbessert nicht seine "Spaltbarkeit", hat jedoch einen wichtigen Einfluss auf seine Fähigkeit, eine Explosion zu ermöglichen, was Uran-235 zu einem außergewöhnlichen Kandidaten für die Kernspaltung macht.

Es gibt zwei natürlich vorkommende Isotope von Uran. Natürliches Uran besteht hauptsächlich aus dem Isotop U-238, wobei in jedem Atom 92 Protonen und 146 Neutronen (92 + 146 = 238) enthalten sind. Damit vermischt ist eine 0,6% ige Akkumulation von U-235 mit nur 143 Neutronen pro Atom. Die Atome dieses leichteren Isotops können gespalten werden, daher ist es "spaltbar" und nützlich bei der Herstellung von Atombomben.

Neutronenlastiges U-238 spielt auch in der Atombombe eine Rolle, da seine neutronenlastigen Atome Streuungen ablenken können Neutronen, die eine versehentliche Kettenreaktion in einer Uranbombe verhindern und Neutronen in einem Plutonium halten Bombe. U-238 kann auch "gesättigt" sein, um Plutonium (Pu-239) zu produzieren, ein künstliches radioaktives Element, das auch in Atombomben verwendet wird.

Beide Uranisotope sind von Natur aus radioaktiv; ihre sperrigen Atome zerfallen im Laufe der Zeit. Bei genügend Zeit (Hunderttausende von Jahren) verliert Uran schließlich so viele Partikel, dass es zu Blei wird. Dieser Zerfallsprozess kann bei einer sogenannten Kettenreaktion stark beschleunigt werden. Anstatt sich auf natürliche und langsame Weise aufzulösen, werden die Atome durch Beschuss mit Neutronen gewaltsam gespalten.

Ein Schlag eines einzelnen Neutrons reicht aus, um das weniger stabile U-235-Atom zu spalten und Atome kleinerer Elemente zu erzeugen (oft Barium und Krypton) und Freisetzung von Wärme und Gammastrahlung (die stärkste und tödlichste Form von Radioaktivität). Diese Kettenreaktion tritt auf, wenn "Ersatz" -Neutronen aus diesem Atom mit ausreichender Kraft herausfliegen, um andere U-235-Atome zu spalten, mit denen sie in Kontakt kommen. Theoretisch ist es notwendig, nur ein U-235-Atom zu spalten, wodurch Neutronen freigesetzt werden, die andere Atome spalten, wodurch Neutronen freigesetzt werden... und so weiter. Dieser Verlauf ist nicht arithmetisch; es ist geometrisch und findet innerhalb einer Millionstel Sekunde statt.

Die minimale Menge zum Starten einer Kettenreaktion wie oben beschrieben ist als überkritische Masse bekannt. Für reines U-235 sind es 50 Kilogramm. Kein Uran ist jedoch jemals ganz rein, so dass in Wirklichkeit mehr benötigt wird, wie U-235, U-238 und Plutonium.

Uran ist nicht das einzige Material, aus dem Atombomben hergestellt werden. Ein weiteres Material ist das Pu-239-Isotop des künstlichen Elements Plutonium. Plutonium kommt auf natürliche Weise nur in winzigen Spuren vor, daher müssen verwertbare Mengen aus Uran hergestellt werden. In einem Kernreaktor kann das schwerere U-238-Isotop des Urans gezwungen werden, zusätzliche Partikel aufzunehmen und schließlich zu Plutonium zu werden.

Plutonium startet keine schnelle Kettenreaktion von selbst, aber dieses Problem wird durch a überwunden Neutronenquelle oder hochradioaktives Material, das Neutronen schneller abgibt als das Plutonium selbst. Bei bestimmten Arten von Bomben wird eine Mischung der Elemente Beryllium und Polonium verwendet, um diese Reaktion hervorzurufen. Es wird nur ein kleines Stück benötigt (überkritische Masse beträgt ungefähr 32 Pfund, obwohl nur 22 verwendet werden können). Das Material ist an und für sich nicht spaltbar, sondern wirkt lediglich als Katalysator für die größere Reaktion.