Bombas atómicas y cómo funcionan

El uranio 235 puede facilitar dos tipos de explosiones atómicas: la fisión y la fusión. En pocas palabras, la fisión es una reacción nuclear en la que un núcleo atómico se divide en fragmentos (generalmente dos fragmentos de masa comparable) mientras emiten de 100 millones a varios cientos de millones de voltios de energía. Esta energía es expulsada explosiva y violentamente en el bomba atómica. Una reacción de fusión, por otro lado, generalmente se inicia con una reacción de fisión. Pero a diferencia de la bomba de fisión (atómica), la bomba de fusión (hidrógeno) deriva su poder de la fusión de núcleos de varios isótopos de hidrógeno en núcleos de helio.

Este artículo discute el Una bomba o bomba atómica. El poder masivo detrás de la reacción en una bomba atómica surge de las fuerzas que mantienen unido al átomo. Estas fuerzas son similares, pero no exactamente iguales, al magnetismo.

Átomos están compuestos por varios números y combinaciones de las tres partículas subatómicas: protones,

La mayoría de los elementos tienen átomos muy estables que son imposibles de dividir excepto por bombardeo en aceleradores de partículas. A todos los efectos prácticos, el único elemento natural cuyos átomos se pueden dividir fácilmente es el uranio, un metal pesado con el átomo más grande de todos los elementos naturales y un neutrón a protón inusualmente alto proporción. Esta relación más alta no mejora su "capacidad de división", pero tiene una influencia importante en su capacidad para facilitar una explosión, lo que convierte al uranio-235 en un candidato excepcional para la fisión nuclear.

Hay dos isótopos naturales de uranio. El uranio natural consiste principalmente en el isótopo U-238, con 92 protones y 146 neutrones (92 + 146 = 238) contenidos en cada átomo. Mezclado con esto hay una acumulación de 0.6% de U-235, con solo 143 neutrones por átomo. Los átomos de este isótopo más ligero se pueden dividir, por lo que es "fisionable" y útil para fabricar bombas atómicas.

El U-238 pesado en neutrones también tiene un papel que desempeñar en la bomba atómica ya que sus átomos pesados ​​en neutrones pueden desviar a los extraviados. neutrones, evitando una reacción en cadena accidental en una bomba de uranio y manteniendo los neutrones contenidos en un plutonio bomba. El U-238 también se puede "saturar" para producir plutonio (Pu-239), un elemento radioactivo hecho por el hombre que también se usa en bombas atómicas.

Ambos isótopos de uranio son naturalmente radiactivos; sus voluminosos átomos se desintegran con el tiempo. Con suficiente tiempo (cientos de miles de años), el uranio eventualmente perderá tantas partículas que se convertirá en plomo. Este proceso de descomposición puede acelerarse enormemente en lo que se conoce como reacción en cadena. En lugar de desintegrarse de forma natural y lenta, los átomos se dividen por la fuerza mediante bombardeo con neutrones.

Un golpe de un solo neutrón es suficiente para dividir el átomo U-235 menos estable, creando átomos de elementos más pequeños. (a menudo bario y criptón) y liberando calor y radiación gamma (la forma más poderosa y letal de radioactividad). Esta reacción en cadena ocurre cuando los neutrones "libres" de este átomo salen volando con suficiente fuerza para dividir otros átomos de U-235 con los que entran en contacto. En teoría, es necesario dividir solo un átomo U-235, que liberará neutrones que dividirán otros átomos, que liberarán neutrones... y así. Esta progresión no es aritmética; Es geométrico y tiene lugar en una millonésima de segundo.

La cantidad mínima para iniciar una reacción en cadena como se describió anteriormente se conoce como masa supercrítica. Para U-235 puro, es de 110 libras (50 kilogramos). Sin embargo, ningún uranio es completamente puro, por lo que en realidad se necesitará más, como U-235, U-238 y Plutonio.

El uranio no es el único material utilizado para fabricar bombas atómicas. Otro material es el isótopo Pu-239 del elemento artificial plutonio. El plutonio solo se encuentra naturalmente en pequeñas trazas, por lo que se deben producir cantidades utilizables a partir del uranio. En un reactor nuclear, el isótopo U-238 más pesado de uranio puede verse obligado a adquirir partículas adicionales, llegando a convertirse en plutonio.

El plutonio no comenzará una reacción en cadena rápida por sí solo, pero este problema se supera al tener un fuente de neutrones o material altamente radiactivo que emite neutrones más rápido que el plutonio sí mismo. En ciertos tipos de bombas, se usa una mezcla de los elementos Berilio y Polonio para provocar esta reacción. Solo se necesita una pieza pequeña (la masa supercrítica pesa alrededor de 32 libras, aunque se puede usar tan poco como 22). El material no es fisionable en sí mismo, sino que simplemente actúa como un catalizador para la mayor reacción.