Geschichte & Kultur

Atombomben und wie sie funktionieren

Es gibt zwei Arten von Atomexplosionen, die durch Uran-235 erleichtert werden können: Spaltung und Fusion. Einfach ausgedrückt ist die Spaltung eine Kernreaktion, bei der sich ein Atomkern in Fragmente (normalerweise zwei Fragmente vergleichbarer Masse) aufspaltet und dabei 100 bis mehrere hundert Millionen Volt Energie emittiert. Diese Energie wird in der Atombombe explosionsartig und heftig ausgestoßen . Eine Fusionsreaktion wird dagegen üblicherweise mit einer Spaltreaktion gestartet. Im Gegensatz zur Spaltbombe (Atombombe) bezieht die Fusionsbombe (Wasserstoffbombe) ihre Kraft aus der Verschmelzung von Kernen verschiedener Wasserstoffisotope zu Heliumkernen.

Atombomben

Dieser Artikel beschreibt die A-Bombe oder Atombombe. Die massive Kraft hinter der Reaktion in einer Atombombe entsteht durch die Kräfte, die das Atom zusammenhalten. Diese Kräfte sind dem Magnetismus ähnlich, aber nicht ganz gleich.

Über Atome

Atome bestehen aus verschiedenen Zahlen und Kombinationen der drei subatomaren Teilchen: Protonen, Neutronen und Elektronen. Protonen und Neutronen bilden zusammen den Kern (Zentralmasse) des Atoms, während die Elektronen den Kern umkreisen, ähnlich wie Planeten um eine Sonne. Es ist das Gleichgewicht und die Anordnung dieser Teilchen, die die Stabilität des Atoms bestimmen.

Teilbarkeit

Die meisten Elemente haben sehr stabile Atome, die nur durch Beschuss mit Teilchenbeschleunigern gespalten werden können. Für alle praktischen Zwecke ist Uran, ein Schwermetall mit dem größten Atom aller natürlichen Elemente und einem ungewöhnlich hohen Neutronen-Protonen-Verhältnis, das einzige natürliche Element, dessen Atome leicht gespalten werden können. Dieses höhere Verhältnis verbessert nicht seine „Spaltbarkeit“, hat jedoch einen wichtigen Einfluss auf seine Fähigkeit, eine Explosion zu ermöglichen, was Uran-235 zu einem außergewöhnlichen Kandidaten für die Kernspaltung macht.

Uranisotope

Es gibt zwei natürlich vorkommende Isotope von Uran. Natürliches Uran besteht hauptsächlich aus dem Isotop U-238, wobei in jedem Atom 92 Protonen und 146 Neutronen (92 + 146=238) enthalten sind. Damit vermischt ist eine 0,6% ige Akkumulation von U-235 mit nur 143 Neutronen pro Atom. Die Atome dieses leichteren Isotops können gespalten werden, daher ist es „spaltbar“ und nützlich bei der Herstellung von Atombomben.

Neutronenlastiges U-238 spielt auch in der Atombombe eine Rolle, da seine neutronenlastigen Atome streunende Neutronen ablenken können, eine versehentliche Kettenreaktion in einer Uranbombe verhindern und Neutronen in einer Plutoniumbombe enthalten. U-238 kann auch „gesättigt“ sein, um Plutonium (Pu-239) zu produzieren, ein künstliches radioaktives Element, das auch in Atombomben verwendet wird.

Beide Uranisotope sind von Natur aus radioaktiv; ihre sperrigen Atome zerfallen im Laufe der Zeit. Bei genügend Zeit (Hunderttausende von Jahren) verliert Uran schließlich so viele Partikel, dass es zu Blei wird. Dieser Zerfallsprozess kann bei einer sogenannten Kettenreaktion stark beschleunigt werden. Anstatt sich auf natürliche und langsame Weise aufzulösen, werden die Atome durch Beschuss mit Neutronen gewaltsam gespalten.

Kettenreaktionen

Ein Schlag eines einzelnen Neutrons reicht aus, um das weniger stabile U-235-Atom zu spalten, Atome kleinerer Elemente (häufig Barium und Krypton) zu erzeugen und Wärme und Gammastrahlung (die stärkste und tödlichste Form der Radioaktivität) freizusetzen. Diese Kettenreaktion tritt auf, wenn „Ersatz“ -Neutronen aus diesem Atom mit ausreichender Kraft herausfliegen, um andere U-235-Atome zu spalten, mit denen sie in Kontakt kommen. Theoretisch ist es notwendig, nur ein U-235-Atom zu spalten, wodurch Neutronen freigesetzt werden, die andere Atome spalten, die Neutronen freisetzen … und so weiter. Dieser Verlauf ist nicht arithmetisch; es ist geometrisch und findet innerhalb einer Millionstel Sekunde statt.

Die minimale Menge zum Starten einer Kettenreaktion wie oben beschrieben ist als überkritische Masse bekannt. Für reines U-235 sind es 50 Kilogramm. Kein Uran ist jedoch jemals ganz rein, so dass in Wirklichkeit mehr benötigt wird, wie U-235, U-238 und Plutonium.

Über Plutonium

Uran ist nicht das einzige Material, aus dem Atombomben hergestellt werden. Ein weiteres Material ist das Pu-239-Isotop des künstlichen Elements Plutonium. Plutonium kommt auf natürliche Weise nur in winzigen Spuren vor, daher müssen verwertbare Mengen aus Uran hergestellt werden. In einem Kernreaktor kann das schwerere U-238-Isotop des Urans gezwungen werden, zusätzliche Partikel aufzunehmen und schließlich zu Plutonium zu werden.

Plutonium startet keine schnelle Kettenreaktion von selbst, aber dieses Problem wird überwunden, indem eine Neutronenquelle oder ein hochradioaktives Material vorhanden ist, das Neutronen schneller abgibt als das Plutonium selbst. Bei bestimmten Arten von Bomben wird eine Mischung der Elemente Beryllium und Polonium verwendet, um diese Reaktion hervorzurufen. Es wird nur ein kleines Stück benötigt (überkritische Masse beträgt ungefähr 32 Pfund, obwohl nur 22 verwendet werden können). Das Material ist an und für sich nicht spaltbar, sondern wirkt lediglich als Katalysator für die größere Reaktion.

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