Atoombommen en hoe ze werken

Er zijn twee soorten atoomexplosies die kunnen worden vergemakkelijkt door Uranium-235: splijting en fusie. Splijting, eenvoudig gezegd, is een kernreactie waarbij een atoomkern zich splitst in fragmenten (meestal twee fragmenten van vergelijkbare massa) en tegelijkertijd 100 miljoen tot enkele honderden miljoen volt energie uitzendt. Deze energie wordt explosief en gewelddadig verdreven in de atoombom. Een fusiereactie daarentegen wordt meestal gestart met een splijtingsreactie. Maar in tegenstelling tot de splijtingsbom (atoombom), ontleent de fusiebom (waterstofbom) zijn kracht aan het samensmelten van kernen van verschillende waterstofisotopen in heliumkernen.

Atoombommen

Dit artikel bespreekt de A-bom of atoombom. De enorme kracht achter de reactie in een atoombom komt voort uit de krachten die het atoom bij elkaar houden. Deze krachten lijken op, maar zijn niet helemaal hetzelfde als magnetisme.

Over Atomen

Atomen bestaan ​​uit verschillende getallen en combinaties van de drie subatomaire deeltjes: protonen, neutronen en elektronen. Protonen en neutronen clusteren samen om de kern (centrale massa) van het atoom te vormen, terwijl de elektronen in een baan om de kern draaien, net als planeten rond een zon. Het is de balans en rangschikking van deze deeltjes die de stabiliteit van het atoom bepalen.

Splitability

De meeste elementen hebben zeer stabiele atomen die onmogelijk te splitsen zijn, behalve door beschieting in deeltjesversnellers. Voor alle praktische doeleinden is het enige natuurlijke element waarvan de atomen gemakkelijk kunnen worden gesplitst uranium, een zwaar metaal met het grootste atoom van alle natuurlijke elementen en een ongewoon hoge verhouding van neutronen tot protonen. Deze hogere verhouding verbetert zijn "splitsbaarheid" niet, maar het heeft wel een belangrijke invloed op zijn vermogen om een ​​explosie te vergemakkelijken, waardoor uranium-235 een uitzonderlijke kandidaat is voor kernsplijting.

Uranium Isotopen

Er zijn twee natuurlijk voorkomende isotopen van uranium. Natuurlijk uranium bestaat meestal uit isotoop U-238, met 92 protonen en 146 neutronen (92 + 146 = 238) in elk atoom. Hiermee wordt een accumulatie van 0,6% van U-235 gemengd, met slechts 143 neutronen per atoom. De atomen van deze lichtere isotoop kunnen worden gesplitst, dus het is "splijtbaar" en nuttig bij het maken van atoombommen.

Neutron-zware U-238 speelt ook een rol in de atoombom, omdat de neutronen-zware atomen verdwaalde neutronen kunnen afbuigen, waardoor een onbedoelde kettingreactie in een uraniumbom wordt voorkomen en neutronen in een plutoniumbom worden gehouden. U-238 kan ook worden "verzadigd" om plutonium (Pu-239) te produceren, een door de mens gemaakt radioactief element dat ook in atoombommen wordt gebruikt.

Beide isotopen van uranium zijn van nature radioactief; hun omvangrijke atomen desintegreren na verloop van tijd. Na voldoende tijd (honderdduizenden jaren) zal uranium uiteindelijk zoveel deeltjes verliezen dat het in lood zal veranderen. Dit proces van verval kan sterk worden versneld in een zogenaamde kettingreactie. In plaats van op natuurlijke en langzame wijze uiteen te vallen, worden de atomen gedwongen gescheiden door bombardementen met neutronen.

Kettingreacties

Een slag van een enkel neutron is voldoende om het minder stabiele U-235-atoom te splitsen, waardoor atomen met kleinere elementen (vaak barium en krypton) ontstaan ​​en warmte- en gammastraling (de krachtigste en dodelijkste vorm van radioactiviteit) vrijkomt. Deze kettingreactie treedt op wanneer "reserve" neutronen van dit atoom met voldoende kracht uitvliegen om andere U-235-atomen te splitsen waarmee ze in contact komen. In theorie is het noodzakelijk om slechts één U-235-atoom te splitsen, waardoor neutronen vrijkomen die andere atomen zullen splitsen, waardoor neutronen vrijkomen ... enzovoort. Deze progressie is niet rekenkundig; het is geometrisch en vindt plaats binnen een miljoenste van een seconde.

De minimale hoeveelheid om een ​​kettingreactie te starten zoals hierboven beschreven staat bekend als superkritische massa. Voor pure U-235 is dit 110 pond (50 kilogram). Geen uranium is echter ooit vrij puur, dus in werkelijkheid zal er meer nodig zijn, zoals U-235, U-238 en Plutonium.

Over Plutonium

Uranium is niet het enige materiaal dat wordt gebruikt voor het maken van atoombommen. Een ander materiaal is de Pu-239-isotoop van het kunstmatige element plutonium. Plutonium komt alleen van nature voor in kleine sporen, dus bruikbare hoeveelheden moeten uit uranium worden geproduceerd. In een kernreactor kan de zwaardere U-238-isotoop van uranium worden gedwongen om extra deeltjes te verzamelen en uiteindelijk plutonium te worden.

Plutonium zal niet zelf een snelle kettingreactie veroorzaken, maar dit probleem wordt verholpen door een neutronenbron of sterk radioactief materiaal dat sneller neutronen afgeeft dan het plutonium zelf. In bepaalde soorten bommen wordt een mengsel van de elementen Beryllium en Polonium gebruikt om deze reactie te bewerkstelligen. Slechts een klein stukje is nodig (superkritische massa is ongeveer 32 pond, hoewel slechts 22 kan worden gebruikt). Het materiaal is op zichzelf niet splijtbaar maar fungeert alleen als katalysator voor de grotere reactie.