Artykuł ten ma na celu przybliżenie czytelnikowi zasady działania i budowy broni atomowej. Tak więc został tu pominięty cały aspekt broni wodorowych. Pominąłem również opis skutków działania broni atomowej jak również jej historię, która jak mniemam jest czytelnikowi znana.
Na początku należałoby wyjaśnić, na czym polega proces rozszczepienia jądrowego.
Jądra izotopów bardzo ciężkich pierwiastków (takich jak Uran czy Pluton) są bardzo niestabilne. Wystarczy, że neutron zetknie się z takim jądrem i przekaże mu znikomą energie a już równowaga zostanie zaburzona i jądro rozszczepi się na dwa jądra pierwiastków lżejszych uwalniając w trakcie tego procesu ogromne ilości energii oraz od 2 do 3 nowych neutronów (w zależności od tego, jakiego pierwiastka jądro uległo rozszczepieniu). Te uwolnione neutrony mogą spowodować rozszczepienie kolejnych jąder.
Jeśli średnio, co najmniej jeden z tych neutronów powoduje rozszczepienie kolejnych jąder to dochodzi do samo podtrzymania się procesu rozszczepienia. Natomiast, jeśli średnio więcej niż jeden z tych neutronów rozszczepia jądro to liczba neutronów i wydzielona energia rośnie wykładniczo do czasu.
Z punktu widzenia konstrukcji bomby atomowej niezwykle ważne są dwa warunki:
1) Liczba neutronów uwolnionych, ale jednak nie biorących udziału w kolejnych reakcjach rozszczepienia powinna być możliwie najmniejsza.
2) Reakcja łańcuchowa powinna zachodzić możliwie najszybciej gdyż niezwykle ważne jest, aby rozszczepiło się jak najwięcej materiału zanim bomba samoistnie wybuchnie.
Pojecie masy krytycznej
Jak już wcześniej wspomniałem, aby doszło do samo podtrzymania reakcji, co najmniej jeden uwolniony neutron musi rozszczepiać kolejne jądro. Aby do tego doszło, materiał rozszczepialny musi mieć masę większą lub równą tzw. Masie krytycznej.
Dla typowych materiałów rozszczepialnych masy te wynoszą odpowiednio
U-233 : 16Kg
U-235: 52Kg
Pu-239: 10Kg
Jeśli materiał rozszczepialny osiągnie taka lub większą masę, zaczyna się reakcja łańcuchowa, której nie da się kontrolować.
I właśnie ten fakt został wykorzystany do zbudowania bomby atomowej.
Wydaje się, że zbudowanie bomby atomowej polega tylko na zdobyciu materiału rozszczepialnego i zainicjowaniu reakcji łańcuchowej. Nie jest to do końca mylny pogląd jednak tak naprawdę jest to o wiele bardziej skomplikowane gdyż musimy wziąć pod uwagę kilka elementarnych praw:
1) Przed detonacją materiał rozszczepialny musi być przechowywany w postaci mas podkrytycznych
2) Przed i w trakcie łączenia materiału w masę krytyczną należy chronić go przed promieniowaniem neutronowym.
3) Masa (nad)krytyczna musi zostać zbombardowana neutronami w najbardziej optymalnym momencie
4) Nie można dopuścić do wybuchu materiału rozszczepialnego zanim rozszczepienie się nie zakończy
Największym problemem przy pierwszych 3 punktach jest występowanie tzw. Promieniowania kosmicznego, które generuje niewielkie ilości neutronów. Neutrony te mogą zapoczątkować reakcje rozszczepienia w najmniej spodziewanym momencie. Również jądra materiału rozszczepialnego samoistnie, co jakiś czas ulegają rozpadowi uwalniając neutrony.
Kluczem do spełnienia dwóch pierwszych warunków jest fakt, iż masa krytyczna (nadkrytyczna) materiału rozszczepialnego jest odwrotnie proporcjonalna do kwadratu jego gęstości.
Dwie metody wykorzystujące ten fakt zastosowane przy produkcji bomb atomowych to - Implozja i tzw. "działo".
Implozja polega na kompresji kulistego materiału rozszczepialnego o masie podkrytycznej przy pomocy serii specjalnie skoordynowanych silnych eksplozji.
Synchroniczny wybuch materiału konwencjonalnego wytwarza falę uderzeniową poruszającą się do wnętrza. Fala ta oddziałuje na kule materiału rozszczepialnego znajdującego się wewnątrz bomby ściskając ją a tym samym podnosząc jej gęstość.
Wydajny wybuch materiału konwencjonalnego może stworzyć fale implozyjną podnosząca ciśnienie wewnątrz do jednego Megabara (miliona atmosfer). Może, więc zbliżyć atomy bliżej siebie zwiększając gęstość dwukrotnie lub nawet więcej.
Kompresja dwukrotna, czyli taka, która zwiększy gęstość dwukrotnie może zbliżyć masę minimalnie podkrytyczną do masy prawie czterokrotnie krytycznej (22)
A więc zastosowanie takiej metody sprawia, że masa podkrytyczna staje się masą nadkrytyczną i zaczyna się reakcja łańcuchowa. Jako, że następuje kompresja wielokrotna masa uzyskana jest kilkukrotnie większa od masy krytycznej i reakcja jest bardzo gwałtowna i wydziela ogromne ilości energii.
|
Metoda ta ma jeszcze jeden plus. Podczas kompresji atomy są zbliżane, więc zmniejsza się średnia odległość między nimi. Dzięki czemu neutrony maja krótsza drogę do przebycia, co owocuje tym, że większa ich ilość rozpoczyna kolejne rozszczepienia.
Tak, więc jak widać implozja znacząco podnosi skuteczność bomby.
Drugą metodą zastosowaną przy produkcji bomb atomowych jest tzw. Działo.
Metoda ta polega na tym, że z masy trzykrotnie przekraczającej nadkrytyczną oddziela się rdzeń o masie lekko podkrytycznej (posłuży on jako pocisk). Pozostała część dzięki wycięciu rdzenia ma gęstość 2/3 oryginału. Zmniejszenie gęstości prowadzi do dalszego zmniejszenia masy (2/3)2=4/9, kula zawiera, więc tylko 2x(4/9)=8/9 masy krytycznej.
Podczas detonacji najpierw wybucha konwencjonalny ładunek a fala uderzeniowa wytworzona przez ten wybuch popycha pocisk (rdzeń złożony z masy lekko podkrytycznej) w stronę celu (reszty materiału rozszczepialnego)
Wadą tego rozwiązania jest fakt, że czas potrzebny do zainicjowania reakcji jest stosunkowo długi (500mikrosekund).
Do wad, w porównaniu z Implozją należy również zaliczyć:
1. Brak kompresji, przez co należy zastosować większą ilość materiałów rozszczepialnych.
2. Tylko Uran U-235 może być zastosowany do tego celu ze względu na mała prędkość inicjowania reakcji.
3. Waga i rozmiary tej bomby są znacznie większe niż w przypadku zastosowania Implozji.
Przedstawiłem tu budowę i sposób działania bomb atomowych w dużym uproszczeniu. W rzeczywistości są one bardziej skomplikowane ze względu na to, iż stosuje się w nich np. urządzenia, które pozwalają detonować je na określonej wysokości, czy urządzenia, które zabezpieczają bombę przed samo detonacją.
Bomba wykorzystująca metodę typu działo była zbudowana tylko raz, był to Little Boy zrzucony na Hiroszimę. Nie produkowano więcej bomb tego typu gdyż zastosowanie Implozji dawało lepsze rezultaty.
Świadomie pominąłem całe zagadnienie bomb wodorowych gdyż różnią się one znacząco od bomb atomowych. Pozwalają osiągnąć o wiele większe energie wybuchy. Są też o wiele bardziej skomplikowane.
Zdzisiu
Przy pisaniu tego artykułu korzystałem z informacji zamieszczonych na stronie:
www.atominfo.org
Oraz ze schematów dostępnych powszechnie w Internecie.
REKLAMA
Jeśli:
- potrafisz pisać niebanalne teksty;
- robisz ciekawe zdjęcia;
- jesteś na bieżąco z życiem polskiej sceny postapo;
- masz klimatyczne poczucie humoru;
- nie jest Ci obcy język ojczysty;
- potrafisz pracować w grupie;
- chcesz zaistnieć na Scenie...
Redakcja Reaktora poszukuje:
- newsmanów;
- autorów atrykułów, opowiadań i śmiesznych tekstów;
- grafika;
- fotografów (niekoniecznie) amatorów.
Oferujemy:
- pracę w przyjaznej atmosferze, w grupie ciekawych ludzi;
- swobodę tworzenia;
- możliwość publikacji swoich dzieł;
- możliwość uczestniczenia w najmłodszym projekcie na polskiej Scenie.
NIE PYTAJ, CO REAKTOR MOŻE ZAOFEROWAĆ TOBIE, TYLKO CO TY MOŻESZ ZAOFEROWAĆ REAKTOROWI!
UWAGA! Nie potrzebujemy:
- ludzi piszących wyłącznie o Falloutach, to nie jest zin o grach!
- ludzi niezorganizowanych i niesłownych, zawsze można poprosić o przedłużenie dedlajnu, ale nie będziemy czekać w nieskończoność;
- koderów; formuła i wygląd zina raczej się nie zmieni i mamy świetnego kodera, którego póki co nie planuję zwalniać.
JEŚLI ZAINTERESOWAŁA CIĘ TA OFERTA NAPISZ DO NACZELNEJ LUB ZAJRZYJ NA FORUM!
|