Dodaj do listy

Budowa bomby atomowej, jej rodzaje

W momencie odkrycia zjawiska promieniotwórczości nikt nie zdawał sobie sprawy z tego ,że energie ukrytą w atomach człowiek wykorzysta przeciwko człowiekowi.

Na początek należy przedstawić zasady, na jakich opiera się konstrukcja bomby atomowej. Trudno sobie wyobrazić, że u jej podstaw leżą tak elementarne fakty jak zasady budowy atomów. Każdy wie, że jądra atomowe pierwiastków składają się z nukleonów czyli z protonów i neutronów. Energia wiązania przypadająca na jeden nukleon rośnie wraz ze zwiększaniem się liczby masowej czyli liczby nukleonów aż do wartości około 50. Im więcej jest nukleonów w jądrze z tym większą siłą są przyciągane. Jednak po przekroczeniu tej wartości energia wiązania maleje. Dzieje się tak ze względu na to, że siły jądrowe mają charakter krótkozasięgowy.

Wraz ze wzrostem liczby protonów i neutronów następuje zwiększanie się objętości jąder. Na skutek tego słabną oddziaływania między dalej położonymi nukleonami.

W sytuacji, gdy wzrasta liczba atomowa dochodzi również do wzrostu stosunku liczby neutronów do liczby protonów w jądrach atomowych. W rezultacie jądra ciężkie chętnie będą pozbywały poprzez emisję promieniowania alfa. Jądra takich ciężkich izotopów charakteryzują się więc zmniejszoną trwałością.

Miarą energii wiązania jest tzw. defekt masy. Jest to różnica pomiędzy sumą mas składników budujących dane jądro a rzeczywistą masą tego jądra. Ubytek masy zostaje bowiem zamieniony na energię zgodnie ze wzorem Einsteina. Dla ciężkich izotopów defekt masy ulega zmniejszeniu wraz ze zwiększaniem się liczby masowej. Dlatego gdy jądro ciężkie zyska jeszcze dodatkowy neutron wtedy korzystniejsze energetycznie jest istnienie dwóch jąder lżejszych o zbliżonym stosunku protonów do neutronów niż istnienie tego ciężkiego jądra z dodatkowymi neutronami.

I przez to jądra ciężkich izotopów będą ulegały reakcjom rozszczepienia. W procesie tym dochodzi do wydzielenia energii równej defektowi masy. Reakcja ta leży u podstaw funkcjonowania reaktorów jądrowych, ale także bomb atomowych. W celu zapoczątkowania reakcji rozszczepienia jądra bombarduje się neutronami o dużych energiach. Gdy dochodzi do zjawiska rozszczepienia powstają kolejne neutrony, które są zdolne do zapoczątkowania następnych reakcji rozszczepienia.

I właśnie w taki sposób powstaje jądrowa reakcja łańcuchowa. Jest to proces samopodtrzymujący się, jeśli tylko tego izotopu będzie wystarczająca ilość . Takie reakcje łańcuchowe mogą przekształcić się w proces lawinowy. Jedynym warunkiem jest odpowiednia masa materiału rozszczepialnego. Jest to tzw. masa nadkrytyczna..

Ponieważ neutrony mają bardzo duże prędkości dlatego zużycie całej tej masy nadkrytycznej będzie trwało bardzo krótko. Ma to miejsce w trakcie eksplozji bomby atomowej. Masa nadkrytyczna dla uranu235 i plutonu 239 wynosi około 20 kg. Bomba atomowa jest skonstruowana w ten sposób, że zawiera dwa bloki uranowe znajdujące się w pewnej odległości od siebie. Oprócz tego wewnątrz znajdują się klasyczne ładunki wybuchowe, których zdetonowanie powoduje połączenie się obu bloków uranowych i przekroczenie masy niezbędnej do przebiegu reakcji lawinowej. W wyniku tego następuje wydzielenie olbrzymiej ilości energii.

Pierwszy projekt, który miał na celu konstrukcję bomby atomowej rozpoczął się w Stanach Zjednoczonych w roku 1942. W pracach nad zaprojektowaniem i budową tej śmiercionośnej broni uczestniczyło wielu wybitnych naukowców. Należy wymienić kilku z nich. Byli to m.in. Albert Albert J. W. Goethe Cierpienia młodego Wertera, bohater epizodyczny; narzeczony, a potem mąż Lotty, ukochanej Wertera. Jest to mężczyzna poważny i dojrzały. Kocha Wertera jak brata, jest jego przyjacielem,... Czytaj dalej Słownik bohaterów literackich - liceum Einstein, Enrico Fermi, Dawid Bohr, Arthur Compton i Robert Robert J. Andrzejewski Bramy raju, bohater drugoplanowy; syn młynarza z Cloyes, zakochany bez wzajemności w Maud
Wygląd: Był "silny i skupiony, cały był spokojem i to, co mówił, też było spokojem...
Czytaj dalej Słownik bohaterów literackich - liceum
Oppenheimer.

Ogromne działanie niszczące takiej bomby atomowej świat oglądał po spuszczeniu dwóch bomb na Hiroszimę i Nagasaki. Bomba atomowa zrzucona na Hiroszimę 6 sierpnia 1945 roku nazywała się "Little boy". Kolejna, "Fatman" spadła na Hiroszimę trzy dni później.

W wyniku tych eksplozji zginęło ponad 120 tysięcy osób, z powierzchni ziemi zostało zmiecione wszystko co znalazło się w polu rażenia bomb. Wydaje się jednak, że ta tragedia Tragedia dramat antyczny
Czytaj dalej Słownik historyczny
niewiele nauczyła rządy wielu państw, ponieważ nadal prześcigają się w tym swoistym wyścigu zbrojeń.

Jednym z rodzajów bomby atomowej jest bomba termojądrowa. W reakcji rozszczepienia jednego jądra uranu wydzielana jest energia rzędu 200 MeV. Jest ona wystarczająca do zapoczątkowania reakcji syntezy jąder lżejszych.

Trzeba bowiem zdawać sobie sprawę, ze masa dwóch lekkich jąder jest większa od masy jądra powstającego po ich połączeniu. Jeśli więc takie jądra znajdą się wystarczająco blisko siebie to dojdzie do syntezy dawien tych jąder nowego jądra. Natomiast różnica mas wydzieli się w postaci energii. Można ją wyliczyć korzystając ze wzoru Einsteina na równoważność masy i energii.

I tak np. podczas łączenia się dwóch deuteronów w jądro helu wydziela się energia równoważna 0.6 % masy. Jest to więc znacznie wydajniejszy sposób pozyskiwania energii tym bardziej , że materiał do jej przeprowadzenia jest ogólnie dostępny. Jest jednak jeden minus takich reakcji. Mianowicie w temperaturze pokojowej cząstki te mają za mała energię , żeby przezwyciężyć odpychanie kulombowskie i dlatego nie mogą się do siebie zbliżyć na wystarczającą odległość.

Aby pokonać tą barierę konieczne są bardzo wysokie temperatury układu , w których będą zachodziły te reakcje. Dla wyżej wymienionego deuteru potrzebne są temperatury rzędu K. Ze względu na tak wysokie temperatury reakcje takie nazywa się reakcjami termojądrowymi.

Temperatury wytwarzane podczas wybuchu bomby atomowej wystarczają do zapoczątkowania reakcji syntezy deuteru z trytem. Jeśli więc w taki sposób reakcja termojądrowa zostanie zapoczątkowana to w trakcie jej przebiegu temperatura jest już utrzymywana na odpowiednio wysokim poziomie kosztem energii wydzielanej w reakcji i może ona przebiegać aż do wyczerpania paliwa jądrowego. Takie jest właśnie działanie bomby wodorowej.

Potrzebny do reakcji tryt uzyskuje się poprzez bombardowanie neutronami termicznymi izotopu litu 6. Ten izotop występuje w warunkach naturalnych w bardzo niewielkim procencie. Dominujący jest izotop litu 7. W celu ich rozdzielenia wykorzystuje się reakcje chemiczne. Natomiast deuter można uzyskać na drodze elektrolizy wody. W zwykłej wodzie bowiem zawartość deuteru to około 0.015 %. W bombie wodorowej jako zapalnik wykorzystuje się uran lub pluton Pluton mit. gr. przydomek Hadesa jako boga podziemnych bogactw, astr. dziesiąta według oddalenia od Słońca planeta Układu Słonecznego, chem. promieniotwórczy pierwiastek chemiczny (symbol: Pu), srebrzystobiały,... Czytaj dalej Słownik wyrazów obcych czyli materiał rozszczepialny. Taki ładunek musi być otoczony warstwą deuteru i trytu. I teraz lawinowa reakcja rozszczepienia inicjuje reakcję termojądrową syntezy deuteru z trytem. Jest jednak jedna wada takich bomb. Mianowicie ze względu na krótki czas połowicznego zaniku trytu, czyli 12.5 roku bomby takie w razie ich dłuższego przechowywania muszą być poddane wymianie trytu.

Bomby termojądrowe nowszej generacji wykorzystują stały deuterem litu zamiast osobnych dwóch izotopów. Dzięki temu masa takich bomb stała się znacznie mniejsza . Jej waga mieści się w granicach 500 - 1000 kilogramów.

Ze względu na to, że reakcje termojądrowe są źródłem dużej ilości energii zostały podjęte prace zmierzające do konstrukcji reaktora termojądrowego. Cały czas jednak problem stanowi to, aby była możliwość przeprowadzenia takiej reakcji w sposób kontrolowany.

Do rozwiązania pozostały problemy natury technicznej, dawien mianowicie wynalezienie sposobu na utrzymanie gazu o bardzo wysokiej temperaturze w ograniczonej objętości.

Reakcje termojądrowe są w przyrodzie bardzo popularnym źródłem energii. dawien takiego źródła korzystają gwiazdy , w tym i nasze Słońce.

Innym rodzajem broni nuklearnej jest tzw. brudna bomba. W takim przypadku najpierw dochodzi do eksplozji materiału wybuchowego. Dzięki sile rażenia materiał radioaktywny, który jest zgromadzony w bombie zostaje rozrzucony na duże odległości. Tak więc w takim rodzaju bomby groźna jest nie sama eksplozja , ale materiał promieniotwórczy , który może powodować skażenie teren w dużym promieniu od wybuchu na wiele lat. Jest to uzależnione od czasów połowicznych rozpadów materiałów promieniotwórczych użytych w bombie. Wbrew pozorom taką bombę jest bardzo łatwo skonstruować i przez to istnieje ogromne niebezpieczeństwo użycia jej przez niepowołane do tego strony.

Wieloletnie skażenie terenu może spowodować także wybuch tzw. bomby kobaltowej. Zawiera ona ładunek kobaltowy, który pod wpływem neutronów ulega przekształceniu w stosunkowo trwały promieniotwórczy izotop kobaltu. Jest to kobalt 60 o czasie połowicznego zaniku równym około 5.26 lat.

Izotop ten rozpadając się emituje silne promieniowanie gamma.