Diferența dintre hidrogen și bomba de uraniu

Diferența principală - Bomba cu hidrogen vs uraniu

Teoria relativității speciale a schimbat complet ideile clasice de masă, energie, timp și altele. Ecuația celebrului Einstein E = mc² a dezvăluit un secret de seamă între masă și energie, cunoscut sub numele de echivalența energetică a maselor. Conform acestei ecuații, ar trebui să putem converti energia în masă și invers. 

Atunci când neutronii și protonii combină sau fuzionează într-un nucleu, se eliberează o cantitate incredibilă de energie. Deci, masa nucleului rezultat este mai mică decât cea a masei totale a particulelor părinte. Această reducere a masei este dată de ecuația lui Einstein. Fizicienii și-au dat seama că o cantitate mare de energie ar putea fi generată fie prin fuziunea nucleelor ​​mici în nuclee grele, fie prin frânarea nucleilor grele în nuclee ușoare. De asemenea, ei și-au dat seama că această energie ar putea fi folosită pentru a genera energie electrică și pentru a produce și bombe distructive în masă.

Cea mai bună combustibil pentru bombe de fisiune sunt uraniul și plutoniul, în timp ce cel mai bun combustibil pentru a proiecta bombe de fuziune este hidrogenul. După cum sugerează și numele, bombele de uraniu utilizează uraniul ca combustibil fisionabil, în timp ce bombele cu hidrogen utilizează hidrogenul drept combustibil. În bombe de uraniu, energia este eliberată atunci când nucleele de uraniu intră în nuclee ușoare. Dar în bombe cu hidrogen, energia este eliberată atunci când nucleele mici se topesc în nucleele lui He. principala diferență între bomba cu hidrogen și uraniu este asta Bombele de uraniu sunt bombe de fisiune nucleară, în timp ce bombele cu hidrogen sunt bombe de fuziune. Acest articol se concentrează asupra diferențelor dintre bomba cu hidrogen și uraniu.

Ce este Bombul cu hidrogen

Când nucleele ușoare se combină într-un nucleu greu, masa nucleului rezultat este mai mică decât masa totală a nucleelor ​​sale părinte. Atunci când acestea fuzionează, pierderea masei este transformată în energie conform ecuației Einstein. Această energie poate fi utilizată pentru a genera energie electrică. Din păcate, aceeași idee poate fi folosită pentru a face o bombă de fuziune deoarece o cantitate mare de energie este eliberată în fuziune.

Cel mai bun element ca combustibil de fuziune este hidrogenul. Hidrogenul are trei izotopi, și anume Protium, Deuterium și Tritiu. Dar, hidrogenul este în mod firesc un element gazos. Pentru reacția de fuziune trebuie realizată o temperatură foarte ridicată și o densitate foarte mare de combustibil. Dacă hidrogenul este utilizat ca hidrogen lichid, un mecanism de răcire trebuie să fie cuplat cu bomba care adaugă o greutate și un volum suplimentar bombei. Astfel, hidrogenul este utilizat sub forma de LiD (Deuterida de Litiu), care este solid și astfel elimină necesitatea unui mecanism de răcire.

Deuteriul și tritiumul sunt cei mai buni izotopi ai reacției de fuziune. Utilizând Deuterium ca LiD, se poate obține o densitate foarte mare de combustibil. Celălalt avantaj al Deuteriului este un izotop stabil. Abundența de deuteriu în hidrogenul natural este de aproximativ 0,015%. Deci, apa este o sursă bună de deuteriu.

Într-o bomba de fuziune este necesară o temperatură foarte ridicată (aproximativ 10⁸ K) pentru reacția de fuziune. Deci, o bomba de fisiune este folosita in bombe de fuziune pentru a atinge astfel de temperaturi. Odată ce bomba de fisiune este detonată, temperatura dorită este atinsă. Cu alte cuvinte, o bomba de fisiune este folosita in bombe de fuziune pentru a aprinde bomba de fuziune. După ce bomba de fisiune este detonată, reacția de fuziune începe. Mai întâi, un nucleu Li absoarbe un neutron și fisuri într-un nucleu Helium, un nucleu de tritiu plus energie. Apoi, un nucleu de deuteriu se combină cu un nucleu de tritiu pentru a produce un nucleu de Heliu, un neutron plus energie. Deci, reacția generală poate fi scurtată în următoarea ecuație.

D + Li → 2He + energie

În reacția de fuziune de mai sus, nu se produc nuclee radioactive. Energia eliberată pe nucleon în reacția de fuziune de mai sus este mult mai mare decât cea a reacției de fisiune a uraniului.

Ce este o bombă de uraniu

Uraniul are câteva izotopi, cum ar fi uraniul-238, uraniul-235 și uraniul-239. Cu toate acestea, uraniul-238 reprezintă 99,7% din uraniul natural. Uraniul-239 este foarte instabil, deci perioada de înjumătățire este foarte scurtă. Deci ea se descompune în Plutonium foarte curând. Uraniul-238 este cel mai stabil izotop de uraniu. Uraniul-235 este instabil și abundența sa naturală este în jur de 0,72%.

Atunci când un atom de uraniu absoarbe un neutron, se rupe în două fragmente de fisiune (doi atomi mai mici) plus câteva neutroni. În această reacție de fisiune, o cantitate uriașă de energie este eliberată ca energie cinetică a fragmentelor de fisiune și a undelor EM. Dacă neutronii care rezultă sunt absorbiți de alți atomi de uraniu, procesul devine o reacție în lanț care frânează tot mai mulți nuclei de uraniu-235. Cu toate acestea, unele dintre neutronii produse în procesul de evadare din proba de uraniu. Deci neutronii care au scăpat nu participă la fisiunea nucleară. Fracțiunea neutronilor care scapă din eșantion depinde de masa eșantionului. Pentru o reacție în lanț există o masă de prag pentru uraniu numită masă critică. Masa critică este masa minimă a unui combustibil fisionabil care trebuie să fie prezentă pentru a susține reacția în lanț odată ce aceasta este inițiată. În plus, dacă proba de uraniu este una naturală, majoritatea neutronilor vor fi absorbiți de atomi de uraniu-238 (deoarece abundența lor este de aproximativ 99,7%), care produc apoi uraniu-239. Deci este o risipă. Pentru a minimiza numărul de neutroni care sunt absorbiți de Uraniu-238, procentul de Uraniu-235 trebuie îmbunătățit. Acest proces se numește îmbogățirea uraniului.

O bombă nucleară ar trebui să poată elibera o cantitate mare de energie nucleară într-o clipă. Deci, ambele scăpări de neutroni și numărul de neutroni absorbiți de Uranium-238 trebuie să fie redus cât mai mult posibil. Aceste cerințe sunt obținute prin utilizarea unor mostre de uraniu foarte îmbogățit (HEU) având o masă mai mare decât masa critică. În bombe de uraniu, uraniul este îmbogățit cu aproape până la 90% din uraniul-235.

În armele nucleare moderne, un tub de vid de înaltă tensiune cuplat cu un accelerator de particule mici este folosit ca generator de neutroni care este inițiatorul reacției în lanț. Figura următoare prezintă structura de bază a unei bombe de uraniu.

Înainte de detonare, proba de uraniu este păstrată ca două părți separat, fiecare având o masă mai mică decât masa critică. Masa totală a acestor două eșantioane depășește masa critică. Această separare ne permite să ținem bomba în stare subcritică până când aceasta este detonată. Cu alte cuvinte, bomba nu poate suporta o reacție în lanț până când cele două părți se unesc, deoarece masa fiecărei probe este mai mică decât masa critică.

În primul rând, explozivul convențional (TNT) este detonat, ceea ce face ca gloanțul de uraniu să se grăbească și să se combine cu ținta de uraniu. După ce sunt combinate într-o singură probă de uraniu, masa sa depășește masa critică care conduce la o reacție în lanț și, astfel, la o explozie nucleară. Această explozie eliberează o cantitate mare de energie sub forma energiei cinetice a fragmentelor de fisiune și a radiațiilor care ard victimele. Fragmentele de fisiune rezultate sunt, de asemenea, aproape radioactive. Deci, există numeroase probleme medicale legate de impactul radioactiv cauzat de o explozie nucleară.

Diferența dintre hidrogen și bomba de uraniu

Combustibil:

Bomba de uraniu: Bomba de uraniu este alimentată de uraniu-235.

Bomba cu hidrogen: Bomba cu hidrogen este alimentată deLiD (Deuterida de litiu).

Iniţiere:

Bomba de uraniu: O sursă de neutroni este utilizată ca inițiator.

Bomba cu hidrogen: Bombele cu hidrogen sunt aprinse de bombe de fisiune.

Reacții nucleare:

Bomba de uraniu: Există mai multe căi de fisiune pentru. Pentru un exemplu,

Hidrogenul bombei:

Prin combinarea primului și a celui de-al doilea pas, obținem reacția globală de fuziune, 

Energia eliberată pe nucleon:

Bomba de uraniu: Energia depinde de calea de fisiune a Uraniului-235. Pentru calea de fisiune de mai sus, energia eliberată pe nucleon este de ~ 0,70MeV

Bomba cu hidrogen: Energia eliberată pe nucleon este de ~ 2,8MeV (pentru LD)

Cerințe importante:

Bomba de uraniu: Masa critică și sursa de neutroni sunt cele mai importante cerințe.

Bomba cu hidrogen: Temperatura foarte ridicată în jurul valorii de 10⁸ K și densitatea mare a combustibilului sunt necesare.

Radioactive Fallout:

Bomba de uraniu: Scaderea radioactivă este ridicată.

Bomba cu hidrogen: Scaderea radioactivă este mai mică.

Datorită fotografiei:

"Ivy Mike" de către oficialul CTBTO Photostream - testul nuclear nuclear "Ivy Mike" - noiembrie 1952 (CC BY 2.0) prin Wikimedia Commons