Bombe atomiche e come funzionano

Esistono due tipi di esplosioni atomiche che possono essere facilitate dall'uranio-235: fissione e fusione. La fissione, in poche parole, è una reazione nucleare in cui un nucleo atomico si divide in frammenti (di solito due frammenti di massa comparabile) emettendo nel frattempo da 100 milioni a diverse centinaia di milioni di volt energia. Questa energia viene espulsa in modo esplosivo e violento nel bomba atomica. Una reazione di fusione, d'altra parte, di solito inizia con una reazione di fissione. Ma a differenza della bomba a fissione (atomica), la bomba a fusione (idrogeno) deriva la sua potenza dalla fusione di nuclei di vari isotopi di idrogeno in nuclei di elio.

Questo articolo discute il Una bomba o bomba atomica. L'enorme potere dietro la reazione in una bomba atomica deriva dalle forze che tengono insieme l'atomo. Queste forze sono simili, ma non uguali, al magnetismo.

atomi sono composti da vari numeri e combinazioni delle tre particelle subatomiche: protoni,

La maggior parte degli elementi ha atomi molto stabili che sono impossibili da dividere se non per bombardamento negli acceleratori di particelle. A tutti gli effetti pratici, l'unico elemento naturale i cui atomi possono essere facilmente divisi è l'uranio, a metallo pesante con il più grande atomo di tutti gli elementi naturali e un neutrone-protone insolitamente alto rapporto. Questo rapporto più elevato non migliora la sua "scissione", ma ha un impatto importante sulla sua capacità di facilitare un'esplosione, rendendo l'uranio 235 un candidato eccezionale per la fissione nucleare.

Esistono due isotopi naturali di uranio. L'uranio naturale è costituito principalmente da isotopo U-238, con 92 protoni e 146 neutroni (92 + 146 = 238) contenuti in ciascun atomo. Mescolato con questo c'è un accumulo dello 0,6% di U-235, con solo 143 neutroni per atomo. Gli atomi di questo isotopo più leggero possono essere divisi, quindi è "fissionabile" e utile nella realizzazione di bombe atomiche.

L'U-238 pesante di neutroni ha un ruolo da svolgere anche nella bomba atomica poiché i suoi atomi pesanti di neutroni possono deviare i randagi neutroni, prevenendo una reazione a catena accidentale in una bomba all'uranio e mantenendo i neutroni contenuti in un plutonio bomba. L'U-238 può anche essere "saturo" per produrre plutonio (Pu-239), un elemento radioattivo artificiale utilizzato anche nelle bombe atomiche.

Entrambi gli isotopi dell'uranio sono naturalmente radioattivi; i loro atomi voluminosi si disintegrano nel tempo. Dato abbastanza tempo (centinaia di migliaia di anni), l'uranio alla fine perderà così tante particelle da trasformarsi in piombo. Questo processo di decadimento può essere notevolmente accelerato in una cosiddetta reazione a catena. Invece di disintegrarsi naturalmente e lentamente, gli atomi sono forzatamente divisi dal bombardamento con neutroni.

Un colpo da un singolo neutrone è sufficiente per dividere l'atomo U-235 meno stabile, creando atomi di elementi più piccoli (spesso bario e krypton) e rilascio di calore e radiazioni gamma (la forma più potente e letale di radioattività). Questa reazione a catena si verifica quando i neutroni "di riserva" di questo atomo volano via con una forza sufficiente a dividere altri atomi U-235 con cui entrano in contatto. In teoria, è necessario dividere solo un atomo U-235, che rilascerà neutroni che divideranno altri atomi, che rilascerà neutroni... e così via. Questa progressione non è aritmetica; è geometrico e si svolge in un milionesimo di secondo.

La quantità minima per iniziare una reazione a catena come descritto sopra è nota come massa supercritica. Per U-235 puro, è 110 libbre (50 chilogrammi). Nessun uranio è mai abbastanza puro, tuttavia, in realtà sarà necessario di più, come U-235, U-238 e Plutonio.

L'uranio non è l'unico materiale usato per fabbricare bombe atomiche. Un altro materiale è l'isotopo Pu-239 dell'elemento plutonio prodotto dall'uomo. Il plutonio si trova naturalmente solo in piccole tracce, quindi le quantità utilizzabili devono essere prodotte dall'uranio. In un reattore nucleare, l'isotopo U-238 più pesante dell'uranio può essere costretto ad acquisire particelle extra, diventando infine plutonio.

Il plutonio non inizierà una reazione a catena rapida da solo, ma questo problema è superato dall'avere un sorgente di neutroni o materiale altamente radioattivo che emette neutroni più velocemente del plutonio si. In alcuni tipi di bombe, una miscela degli elementi Berillio e Polonio viene utilizzata per provocare questa reazione. È necessario solo un piccolo pezzo (la massa supercritica è di circa 32 libbre, anche se ne possono essere usate solo 22). Il materiale non è fissionabile in sé e per sé, ma funge semplicemente da catalizzatore per la reazione maggiore.