Forskjellen mellom hydrogen og uranbombe

Hovedforskjell - Hydrogen vs Uran Bomb

Teorien om spesiell relativitet endret helt de klassiske ideene om masse, energi, tid og mer. Den berømte Einsteins likning E = mc² avslørte en topphemmelighet mellom masse og energi, kjent som massenergieekvivalensen. I følge denne ligningen skal vi kunne konvertere energi til masse og omvendt.

Når nøytroner og protoner kombinerer eller smelter inn i en kjerne, frigjøres en utrolig mengde energi. Så er massen av den resulterende kjerne mindre enn den for den totale masse av sine foreldrepartikler. Denne reduksjonen av massen er gitt av Einsteins ligning. Fysikere innså at en stor mengde energi kunne genereres ved enten å smelte små kjerne i tunge kjerner eller bremse tunge kjerner i lyskjerner. De innså også at denne energien kunne brukes til å generere elektrisitet og også gjøre masseødeleggende bomber.

De beste drivstoffene for fisjonsbomber er uran og plutonium, mens det beste drivstoffet til å designe fusjonsbomber er hydrogen. Som navnene antyder, bruker uranbomber uran som deres fissile drivstoff mens hydrogenbomber bruker hydrogen som deres drivstoff. I uranbomber frigjøres energi når urankjerner bryter inn i lyskjerner. Men i hydrogenbomber frigjøres energi når små kjerne smelter inn i He-kjernene. De hovedforskjell mellom hydrogen og uran bombe er det Uranbomber er atomfeltbomber mens hydrogenbomber er fusjonsbomber. Denne artikkelen fokuserer på forskjellene mellom hydrogen og uran bombe.

Hva er Hydrogen Bomb

Når lyskjerner kombineres i en tung kjerne, er massen av den resulterende kjernen mindre enn totalmassen av dens overordnede kjerner. Når de smelter, blir massetapet omgjort til energi i henhold til Einstein-ligningen. Denne energien kan brukes til å generere elektrisitet. Dessverre kan den samme ideen brukes til å lage en fusjonsbombe fordi en stor mengde energi frigjøres i fusjon.

Det beste elementet som et fusjonsbrensel er hydrogen. Hydrogen har tre isotoper, nemlig Protium, Deuterium og Tritium. Men, Hydrogen er naturlig et gassformet element. For fusjonsreaksjonen må det oppnås en meget høy temperatur og en meget høy drivstofftetthet. Hvis Hydrogen brukes som flytende hydrogen, må en kjølemekanisme kobles til bomben som gir en ekstra vekt og volum til bomben. Så, Hydrogen brukes i form av LiD (Litium Deuteride) som er solid og dermed eliminere behovet for en kjølemekanisme.

Deuterium og tritium er de beste isotoper for fusjonsreaksjonen. Ved bruk av Deuterium som LiD, kan en meget høy drivstofftetthet oppnås. Den andre fordelen med Deuterium er å være en stabil isotop. Overfloden av deuterium forekommer naturlig. Hydrogen er rundt 0,015%. Så, vann er en god kilde til Deuterium.

I en fusjonsbombe er det nødvendig med en meget høy temperatur (ca. 10⁸ K) for fusjonsreaksjonen. Så en fisjonsbombe brukes i fusjonsbomber for å oppnå slike temperaturer. Når fissjonsbomben er detonert, oppnås den nødvendige temperaturen. Med andre ord brukes en fisjonsbombe i fusjonsbomber for å antennes fusjonsbomben. Etter fisjonsbomben er detonert, initierer fusjonsreaksjonen. Først absorberer en Li-kjerne et nøytron og fisjoner i en Helium-kjernen, en tritiumkjerne pluss energi. Deretter kombinerer en Deuterium-kjernen med en Tritium-kjernen for å produsere en Helium-kjernen, et nøytron pluss energi. Så kan den generelle reaksjonen forkortes i den følgende ligning.

D + Li → 2He + energi

I ovennevnte fusjonsreaksjon produseres ingen radioaktive kjerner. Energien som frigjøres per nukleon i ovennevnte fusjonsreaksjon, er mye høyere enn den for fisjonen av uran.

Hva er en uranbombe

Uran har flere isotoper som Uran-238, Uran-235 og Uran-239. Uranium-238 utgjør likevel 99,7% av naturlig forekommende uran. Uran-239 er veldig ustabil, så halveringstiden er veldig kort. Så det faller raskt ned i Plutonium. Uran-238 er den mest stabile uranisotop. Uran-235 er ustabil og dens naturlige overflod er rundt 0,72%.

Når et uranatom absorberer et nøytron, bryter det inn i to fissionsfragmenter (to mindre atomer) pluss flere nøytroner. I denne fissionsreaksjonen frigjøres en stor mengde energi som kinetisk energi fra fissionsfragmenter og EM-bølger. Hvis de resulterende nøytronene ble absorbert av andre uranatomer, blir prosessen en kjedereaksjon som bremser mer og mer uran-235-kjerner. Imidlertid unnslipper noen av nøytronene som produseres i prosessen fra uranprøven. Så de som slipper nøytroner, deltar ikke i atomfisjonen. Fraksjonen av nøytronene som unnslipper fra prøven avhenger av prøvenes masse. For en kjedereaksjon er det en terskelmasse for uran kalt kritisk masse. Kritisk masse er minimumsmassen til et fissilt drivstoff som må være tilstede for å opprettholde kjedereaksjonen når den er initiert. I tillegg, hvis uranprøven er en naturlig ikke-beriket, vil de fleste nøytronene bli absorbert av uran-238-atomer (fordi dens overflod er rundt 99,7%) som deretter produserer uran-239. Så det er sløsing. For å minimere antall nøytroner som absorberes avUranium-238, må prosentandelen uran-235 forbedres. Denne prosessen kalles uranberikning.

En atomvåpen skal kunne frigjøre en stor mengde kjernekraft på et øyeblikk. Så, både unntak av nøytroner og antall nøytroner absorbert av uran-238 må reduseres så mye som mulig. Disse kravene er oppnådd ved bruk av høyverdig uran (HEU) prøver som har en større masse enn kritisk masse. I uranbomber er uran anriket nesten opptil 90% av uran-235.

I moderne atomvåpen brukes et høyspent vakuumrør kombinert med en liten partikkel akselerator som neutron generator som er initiator av kjedereaksjonen. Følgende figur viser grunnstrukturen til en uranbombe.

Før detonasjonen holdes uranprøven som to deler separat, hver med en masse mindre enn kritisk masse. Den totale massen av disse to prøvene overstiger den kritiske massen. Denne separasjonen tillater oss å holde bomben i underkritisk tilstand til den er detonert. Med andre ord kan bomben ikke opprettholde en kjedereaksjon til de to delene går sammen siden massen av hver prøve er mindre enn den kritiske massen.

For det første er det konvensjonelle eksplosive (TNT) detonert som forårsaker at urankulet haster og kombinerer med uranmålet. Etter at de er kombinert til en enkelt prøve av uran, overskrider dens masse den kritiske massen som fører til en kjedereaksjon og dermed en atomreaksjon. Denne eksplosjonen frigjør en stor mengde energi i form av kinetisk energi fra fissionsfragmenter og stråling som brenner ofrene. De resulterende fissjonsfragmentene er også nesten radioaktive. Så det er mange medisinske problemer forbundet med den radioaktive nedfallet forårsaket av en atomeksplodering.