0 просмотров

Наука за атомной бомбой

Наука о бомбе

Версия для печати

Огромная разрушительная сила атомного оружия проистекает из внезапного высвобождения энергии, возникающей при расщеплении ядер делящихся элементов, составляющих ядро ​​бомбы. США разработали два типа атомных бомб во время Второй мировой войны. Первый, Little Boy, представлял собой оружие пушечного типа с урановым сердечником. Маленький мальчик был сброшен на Хиросиму. Второе оружие, сброшенное на Нагасаки, называлось «Толстяк» и представляло собой устройство имплозивного типа с плутониевым сердечником.

деление

Изотопы уран-235 и плутоний-239 были выбраны учеными-атомщиками потому, что они легко подвергаются делению. Деление происходит, когда нейтрон ударяется о ядро ​​любого изотопа, раскалывая ядро ​​на фрагменты и высвобождая огромное количество энергии. Процесс деления становится самоподдерживающимся, поскольку нейтроны, образующиеся при расщеплении атома, ударяются о близлежащие ядра и вызывают большее деление. Это называется цепной реакцией и вызывает атомный взрыв.

Когда атом урана-235 поглощает нейтрон и делится на два новых атома, он высвобождает три новых нейтрона и некоторую энергию связи. Два нейтрона не продолжают реакцию, потому что они теряются или поглощаются атомом урана-238. Однако один нейтрон сталкивается с атомом урана-235, который затем делится и высвобождает два нейтрона и некоторую энергию связи. Оба этих нейтрона сталкиваются с атомами урана-235, каждый из которых делится и выделяет от одного до трех нейтронов и так далее. Это вызывает цепную ядерную реакцию. Для получения дополнительной информации по этой теме см. Ядерное деление.

Статья в тему:  Когда ветер дует ядерный

Критичность

Чтобы взорвать атомное оружие, нужна критическая масса расщепляющегося материала. Это означает, что вам нужно достаточное количество U-235 или Pu-239, чтобы нейтроны, высвобождаемые при делении, попадали в другое ядро, вызывая цепную реакцию. Чем больше у вас расщепляющегося материала, тем больше шансов, что такое событие произойдет.Критическая масса определяется как количество материала, при котором нейтрон, произведенный в процессе деления, в среднем вызовет другое событие деления.

Разница между бомбами

Маленький Мальчик и Толстяк использовали разные элементы и совершенно разные методы конструкции, чтобы функционировать как ядерное оружие. Маленький мальчик взорвался из-за цепной реакции деления с участием изотопа U-235 урана, а Толстяк использовал форму плутония Pu-239.

Маленький мальчик

Маленький мальчик

Little Boy питался от изотопа урана U-235 в процессе, который не был легким для многих ученых Манхэттенского проекта, работающих над процессом извлечения и обогащения урана. Большая часть урана, обнаруженного в природе в мире, существует в виде урана-238, и только 0,7% природного урана приходится на изотоп U-235. Когда нейтрон бомбардирует U-238, изотоп часто захватывает нейтрон, превращаясь в U-239, не разделяясь и, таким образом, не вызывая цепной реакции, которая могла бы взорвать бомбу. Таким образом, первая задача проекта заключалась в том, чтобы определить наиболее эффективный способ отделения и очистки урана-235 от чрезмерно распространенного урана-238 — стандартные методы разделения нельзя было использовать из-за сильного химического сходства между двумя изотопами. Чтобы не тратить время на один новый метод, который впоследствии может оказаться недостаточным для производства достаточного количества U-235, чтобы позволить атомной бомбе достичь критической массы, генерал Лесли Гроувс проконсультировался с ведущими учеными проекта и согласился исследовать одновременно четыре отдельных метода. разделение и очистка урана-235: газодиффузионная, центрифужная, электромагнитная сепарация и жидкостная термодиффузия.

Статья в тему:  Сколько ядерные отходы обходятся американским налогоплательщикам?

Как только было получено достаточно U-235 для питания бомбы, Little Boy был сконструирован с использованием конструкции пушечного типа, которая стреляла одним количеством U-235 в другое, чтобы объединить две массы. Эта комбинация создала критическую массу, которая вызвала цепную реакцию деления, которая в конечном итоге взорвала бомбу.Две массы U-235 должны были соединиться друг с другом достаточно быстро, чтобы избежать самопроизвольного деления атомов, из-за которого бомба взорвется и, следовательно, не взорвется.

Толстяк

Толстяк

Приведенный в действие плутонием, Толстяк не мог использовать ту же конструкцию пушечного типа, которая позволяла Малышу эффективно взорваться — форма плутония, собранного из ядерных реакторов в Хэнфорде, штат Вашингтон, для бомбы не позволяла использовать эту стратегию. Хэнфордский плутоний вышел из реакторов менее чистым, чем исходный плутоний, извлеченный из лаборатории Эрнеста О. Лоуренса в Беркли, вместо этого содержащий следы изотопа плутония-240, в отличие от желаемого плутония-239. Более высокая скорость деления плутония-240 заставит атомы подвергнуться спонтанному делению до того, как конструкция пушечного типа сможет соединить две массы плутония, что снизит энергию, необходимую для фактического взрыва бомбы.

Таким образом, потребовался новый дизайн. Физик Сет Неддермейер из Лос-Аламоса разработал конструкцию плутониевой бомбы, в которой использовались обычные взрывчатые вещества вокруг центральной массы плутония для быстрого сжатия и консолидации плутония, увеличения давления и плотности вещества. Повышенная плотность позволила плутонию достичь своей критической массы, выпустив нейтроны и позволив протекать цепной реакции деления. Для детонации бомбы поджигалась взрывчатка, высвобождающая ударную волну, которая сжимала внутренний плутоний и приводила к его взрыву.

Статья в тему:  Каковы недостатки ядерного синтеза
Атомный глоссарий
Атом: строительные блоки материи; состоит из небольшого плотного ядра, окруженного облаком электронов (отрицательно заряженных частиц).
ядро: составляет центр атома; состоит из ряда положительно заряженных протонов и нейтральных (незаряженных) нейтронов. Атом классифицируется по количеству протонов и нейтронов в его ядре. Количество протонов определяет, каким химическим элементом является атом (например, уран), а количество нейтронов определяет, каким изотопа этого элемента является атом (например, урана).уран-235).
Изотоп: Изотопы элемента имеют одинаковое количество протонов в своих ядрах, но имеют разное количество нейтронов.
деление: процесс, при котором ядро ​​атома расщепляется на более мелкие частицы; приводит к высвобождению нейтронов и большого количества энергии.
Е=мк 2 : Уравнение, прославленное Альбертом Эйнштейном. Объясняет, как крошечное количество материи содержит огромное количество энергии.
голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
0
Оставьте комментарий! Напишите, что думаете по поводу статьи.x
Adblock
detector