O processo de como construir uma bomba atômica
Com algumas peças de uma loja de ferragem e um know-how, é possível construir uma arma de destruição em massa. Bem, enquanto você pode encontrar alguns quilos de plutónio no Ebay para abastecê-la.
Em 1905 Albert Einstein escreveu uma série de papers de física revolucionária, incluindo sua teoria especial da relatividade. Uma das fórmulas que saiu, foi quase como um adendo, E = mc ². Ou seja: a energia é igual à massa vezes a velocidade da luz ao quadrado. O que Einstein estava dizendo é que passa - tudo ao seu redor nós podemos tocar e ver - é na verdade a mesma coisa como energia, apenas de uma forma diferente. O resultado disto é que deve ser possível converter energia em matéria ou, vice-versa, converter matéria em energia.
A energia que nós liberamos todos os dias quando nosso carro ou cozinhar em um fogão vem de reações químicas. Dois ou mais produtos químicos reagem através do movimento dos elétrons e formando e quebra de ligações químicas. Uma forma familiar de reação química é a combustão. Por exemplo, o oxigênio do ar reage com as substâncias em uma vela para liberar o calor e luz. Em reações químicas a quantidade de matéria mensurável nunca envolve mudanças, se você fosse capaz de capturar toda a fuligem, fumaça e dióxido de carbono lançado pela vela que você encontraria pesam exatamente a mesma quantidade que a vela original e oxigênio que reagiram com isso. O material mudou de forma e lançado energia mas não desapareceu.
Fórmula de Einstein sugeriu que era possível obter energia por o que hoje chamamos de uma reação nuclear. Esta é a conversão de matéria em energia. O que é mais, é a quantidade de energia disponível em até mesmo uma pequena quantidade de matéria, de acordo com a fórmula, tremenda. A matéria é uma espécie de uma versão condensada de energia, mas não é um relacionamento um para um. O fator de conversão é a velocidade da luz (já um grande número) ao quadrado (o que torna um número realmente grande). Nós pode imagem esta relação por pensar em água e vapor. Você pode arrefecer vapor (imagine isso como a energia) e torna-se água (imagine isso como matéria) ou aquecer a água para fazer vapor. É preciso uma grande quantidade de vapor para criar algumas gotas de água, porém, mas apenas de alguns gramas de água para criar uma sala cheia de vapor. O mesmo é verdadeiro de energia e matéria. Na bomba atômica que destruiu Hiroshima apenas 600 miligramas de urânio (menos do que o peso de uma moeda de dez centavos) foi convertida em energia, mas lançado a mesma quantidade de poder que pelo menos de 13.000 toneladas do TNT explosivo químico convencional.
Conversão de matéria em energia é não é um truque fácil, no entanto. O sol faz naturalmente por um processo chamado fusão. O sol, uma bola gigante de gás de hidrogênio em sua maioria, tem pressão intensa e calor criado em seu núcleo, por sua gravidade. É sob este calor e a pressão que os átomos de hidrogênio se fundem para criar hélio e liberam energia. Re-criando as intensas condições necessárias para gerar a fusão na terra não é fácil, no entanto, para bombas atômicas usa outro processo chamado fissão.
Isto pode parecer fazer usinas nucleares potenciais bombas atômicas, mas o urânio usado nas plantas não é do tipo que poderia sustentar uma reação a uma velocidade alta o suficiente para causar uma explosão por si só (usinas nucleares estão sujeitos a explosões causadas por pressão de vapor e outras forças não-nucleares, no entanto). Na verdade, um dispositivo que não separar em si antes que a explosão realmente começa em curso de engenharia é um dos problemas principais do projeto de construção de uma bomba.
A "arma" é a maneira mais simples para construir uma arma nuclear. A bomba atômica usada em Hiroshima durante a segunda guerra mundial usou esta abordagem. A arma consiste em um tubo (muito parecido com o cano de uma arma) com metade da carga nuclear, fixada em uma extremidade e a outra metade (o movimento metade) no extremo oposto. Uma carga explosiva convencional foi colocada atrás da parte em movimento que pode ser pensada como a "bala". Quando a carga convencional é detonada, as corridas de bala para baixo o tubo e bate no encargo fixo na outra extremidade (referido como o "spike"). Uma vez que as duas metades do combustível nuclear são reunidas e mantidas juntos durante muito tempo, do início da reação em cadeia, o combustível vai supercrítico e a explosão ocorre.
Enquanto o método de arma é fácil de engenheiro, tem alguns inconvenientes. O maior deles é a necessidade de certificar-se de que as duas partes do combustível nuclear se juntam rapidamente bastante. Como as duas seções obter cerca de uma polegada distante, eles vão começar a troca de nêutrons que podem iniciar uma reação em cadeia. Se as duas partes vai supercríticas antes que eles cheguem perto o suficiente, a força da energia liberada vou detoná-los separados antes da explosão principal começa em curso. Este tipo de falha é conhecido como um "fracasso".
Outro problema é que esse método é menos eficiente, exigindo entre 20 e 25 kg (cerca de 44 a 55 libras) de urânio. Outras abordagens podem usar tão pouco como 15 quilogramas (cerca de 33 kg). Dado que a do arma urânio e plutónio são muito difíceis de obter, esta é uma desvantagem real.
Além disso, o método de arma só funciona se o urânio está sendo usado como o combustível. O processo de criação de plutónio geralmente provoca a ser contaminados com outros materiais que aumentam a chance de la supercrítico antes que as duas secções estão perto bastante juntos. Este, por sua vez, aumenta as chances de um fracasso em vez de uma explosão. Para o método de arma funcionar confiantemente com plutônio, você teria que aumentar a velocidade com que a "bala" abordou a "spike" significativamente. Para fazer isso significaria fazendo a impraticabilidade do tubo longa.
Por este motivo, se você usar o plutônio para uma bomba de combustível você precisa usar o método de "implosão" mais sofisticado. Com esta abordagem, o combustível nuclear é moldado em uma esfera (chamada o "pit"). Explosivos convencionais são colocados em torno dele. Quando estas são detonadas a força da explosão aperta o poço numa massa supercrítica tempo suficiente para a explosão ocorra. Enquanto que a princípio parece fácil, é difícil para realmente fazer o trabalho. O poço não pode simplesmente ser rodeado por explosivos. A onda de choque que comprime-deve ser precisamente esférica, caso contrário o material do poço vai escapar para fora através de um ponto fraco. Para criar a necessária força explosiva em uma esfera perfeita, em forma de cargas explosivas (às vezes chamadas de lente explosiva) são utilizadas. A bomba "fatman" o nivelado Nagasaki na segunda guerra mundial usou 32 cargas dispostas em torno do poço como as faces de uma bola de futebol. A fim de criar a onda de choque esférica não é somente necessário obter as cargas na posição certa, com a forma correta, mas eles devem ser detonados no momento exacto. Uma acusação que detona tarde criará um buraco a onda de choque, através do qual o poço pode escapar.
Implosão projetos também exigem um gatilho de nêutrons ou "iniciador" para inundar o fosso com nêutrons durante a detonação. Em "fatman" isto foi feito com uma pequena esfera com camadas de berílio e polônio, separados por uma fina folha de ouro, colocada no centro do fosso. Um design de implosão pode incluir também outras camadas entre os explosivos e o poço para criar uma explosão mais poderosa. Estes incluem um "pusher" (projetado para aumentar a onda de choque explosiva acertando o poço), um "tamper" (para ajudar o poço do sopro distante demasiado rapidamente uma vez que começa a explosão) e um "refletor" composto de um material que refletirá nêutrons de volta para o inferno, aumentando a quantidade de fissão. Em alguns projetos de bomba, essas funções são integradas em uma única camada de material.
O desenho de implosão é geralmente considerado ser superior em quase todos os sentidos para o design da arma e é a escolha para qualquer organização com os recursos necessários para projetar e construi-lo. Uma das grandes vantagens desta abordagem é que é fácil fazer o desenho de implosão mais eficiente, aumentando a eficácia dos explosivos convencionais. Por exemplo, se o poço é apertado para que a densidade é duplicada durante a detonação isso pode produzir uma explosão de 10 quilotons. Se esse mesmo poço pode ser compactado para três vezes sua densidade original, uma explosão de 40 quilotons pode ser gerada com nenhum adicional de combustível nuclear. Quanto mais o material de fissão é permitido reagir, quanto maior for a explosão.
A única coisa que eles acharam extremamente difícil de fazer era conseguir o material adequado para a bomba de combustível: urânio 235 ou plutônio 239. Apenas uma pequena fração do urânio natural que é extraído do solo é o isótopo 235 e separando-o de outros isótopos é uma tarefa importante que exigem complexos enorme fábrica trabalhar anos para isolar a poucos quilos. Na verdade, a maioria dos programas de armas contornar este problema utilizando o plutônio, que é muito raramente na natureza encontrada em tudo, mas pode ser criado por expor os tipos mais comuns de urânio à radiação em um reator nuclear "criador". Plutônio é extremamente difícil de lidar, no entanto. É um dos materiais mais tóxicos conhecidos pelo homem, especialmente se inalado.
É a dificuldade de obtenção e manipulação destes materiais cindíveis que nos protege de pessoas construir bombas nucleares em seus porões. É para esta proliferação de razão de materiais nucleares é uma grande preocupação da maioria dos governos e há grande apreensão sobre países que querem construir reactores nucleares capazes de combustível de plutônio "reprodução". Conhecimento de como construir uma bomba é difícil de controlar. Felizmente, até agora, os materiais necessários foram muito mais fácil de acompanhar.
Em 1905 Albert Einstein escreveu uma série de papers de física revolucionária, incluindo sua teoria especial da relatividade. Uma das fórmulas que saiu, foi quase como um adendo, E = mc ². Ou seja: a energia é igual à massa vezes a velocidade da luz ao quadrado. O que Einstein estava dizendo é que passa - tudo ao seu redor nós podemos tocar e ver - é na verdade a mesma coisa como energia, apenas de uma forma diferente. O resultado disto é que deve ser possível converter energia em matéria ou, vice-versa, converter matéria em energia.
Bomba atômica vs h-bomb
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A energia que nós liberamos todos os dias quando nosso carro ou cozinhar em um fogão vem de reações químicas. Dois ou mais produtos químicos reagem através do movimento dos elétrons e formando e quebra de ligações químicas. Uma forma familiar de reação química é a combustão. Por exemplo, o oxigênio do ar reage com as substâncias em uma vela para liberar o calor e luz. Em reações químicas a quantidade de matéria mensurável nunca envolve mudanças, se você fosse capaz de capturar toda a fuligem, fumaça e dióxido de carbono lançado pela vela que você encontraria pesam exatamente a mesma quantidade que a vela original e oxigênio que reagiram com isso. O material mudou de forma e lançado energia mas não desapareceu.
Fórmula de Einstein sugeriu que era possível obter energia por o que hoje chamamos de uma reação nuclear. Esta é a conversão de matéria em energia. O que é mais, é a quantidade de energia disponível em até mesmo uma pequena quantidade de matéria, de acordo com a fórmula, tremenda. A matéria é uma espécie de uma versão condensada de energia, mas não é um relacionamento um para um. O fator de conversão é a velocidade da luz (já um grande número) ao quadrado (o que torna um número realmente grande). Nós pode imagem esta relação por pensar em água e vapor. Você pode arrefecer vapor (imagine isso como a energia) e torna-se água (imagine isso como matéria) ou aquecer a água para fazer vapor. É preciso uma grande quantidade de vapor para criar algumas gotas de água, porém, mas apenas de alguns gramas de água para criar uma sala cheia de vapor. O mesmo é verdadeiro de energia e matéria. Na bomba atômica que destruiu Hiroshima apenas 600 miligramas de urânio (menos do que o peso de uma moeda de dez centavos) foi convertida em energia, mas lançado a mesma quantidade de poder que pelo menos de 13.000 toneladas do TNT explosivo químico convencional.
Conversão de matéria em energia é não é um truque fácil, no entanto. O sol faz naturalmente por um processo chamado fusão. O sol, uma bola gigante de gás de hidrogênio em sua maioria, tem pressão intensa e calor criado em seu núcleo, por sua gravidade. É sob este calor e a pressão que os átomos de hidrogênio se fundem para criar hélio e liberam energia. Re-criando as intensas condições necessárias para gerar a fusão na terra não é fácil, no entanto, para bombas atômicas usa outro processo chamado fissão.
 1) nêutrons A atinge um átomo de urânio 2) o átomo de urânio é dividido em um átomo de krypton e um átomo de bário, liberando uma energia de ligação juntamente com mais neutrões. 3) os neutrões strike outros átomos de urânio, começando o processo de novo.(Copyright Lee Krystek, 2007) |
Reacções de fissão
Uma reacção de fissão é o oposto de fusão. Em vez de átomos sendo colocados juntos, eles dividem-se em pedaços. Quando um nêutron (uma partícula subatômica), com suficiente energia atinge um átomo de material radioativo como o urânio, o átomo de urânio será dividido em dois átomos menores e alguma da energia que realizou que o átomo original juntos é liberado. Se o tipo certo de urânio é usado, o split também vai lançar nêutrons adicionais capazes de dividir com outros átomos. Se este processo continua com cada nova divisão liberando nêutrons, que por sua vez dividido outros átomos é chamado uma reação em cadeia. Por causa da velocidade envolvida em uma reação nuclear, bilhões de átomos podem ser divididos em uma pequena fração de segundo. Se a reação procede a um nível de sedar a fissão produz energia de forma controlável. Isto é o que se passa no coração de uma usina nuclear. A energia liberada é usada para aquecer água ao ponto de vapor e o vapor gira as turbinas ligadas aos geradores para produzir eletricidade. Se a reação procede a um nível não controlado, no entanto, uma explosão nuclear pode resultar.Isto pode parecer fazer usinas nucleares potenciais bombas atômicas, mas o urânio usado nas plantas não é do tipo que poderia sustentar uma reação a uma velocidade alta o suficiente para causar uma explosão por si só (usinas nucleares estão sujeitos a explosões causadas por pressão de vapor e outras forças não-nucleares, no entanto). Na verdade, um dispositivo que não separar em si antes que a explosão realmente começa em curso de engenharia é um dos problemas principais do projeto de construção de uma bomba.
Design de bomba
Urânio ou plutónio pode ser usado como combustível para bombas atômicas. Ambos são altamente radioativos. Isto significa que eles são constantemente derramamento partículas subatômicas incluindo nêutrons. Apenas certos isótopos destes materiais - como o urânio 235 e plutônio 239 - consistentemente produzem nêutrons de tão alta energia que eles irão dividir átomos. Quando suficiente do material é juntar, começa uma reação em cadeia e a massa é dito ser crítico. O termo usado para uma massa de material radioativo, com uma crescente reação em cadeia, separando os átomos mais e mais a cada minuto, é supercrítico. Pondo mais urânio 235 juntos em uma única massa irá torná-lo supercrítico (e criar uma onda de radiação que irá matá-lo se está de pé perto dele desprotegido - Veja "um acidente supercrítico" abaixo) não é suficiente criar uma bomba. O material deve ser mantido um estado comprimido tempo suficiente para a reação ocorrer ao mesmo tempo resistindo a energia inicial da explosão que irá tentar e destruí-la. Existem duas abordagens conhecidas para fazer isto. O primeiro é conhecido como o método de "arma".O método de arma
 Um explosivo convencional leva o urânio "bala" contra a "espiga;" trazer a massa para supercrítico e causando a detonação.(Copyright Lee Krystek, 2007) |
Enquanto o método de arma é fácil de engenheiro, tem alguns inconvenientes. O maior deles é a necessidade de certificar-se de que as duas partes do combustível nuclear se juntam rapidamente bastante. Como as duas seções obter cerca de uma polegada distante, eles vão começar a troca de nêutrons que podem iniciar uma reação em cadeia. Se as duas partes vai supercríticas antes que eles cheguem perto o suficiente, a força da energia liberada vou detoná-los separados antes da explosão principal começa em curso. Este tipo de falha é conhecido como um "fracasso".
Outro problema é que esse método é menos eficiente, exigindo entre 20 e 25 kg (cerca de 44 a 55 libras) de urânio. Outras abordagens podem usar tão pouco como 15 quilogramas (cerca de 33 kg). Dado que a do arma urânio e plutónio são muito difíceis de obter, esta é uma desvantagem real.
Além disso, o método de arma só funciona se o urânio está sendo usado como o combustível. O processo de criação de plutónio geralmente provoca a ser contaminados com outros materiais que aumentam a chance de la supercrítico antes que as duas secções estão perto bastante juntos. Este, por sua vez, aumenta as chances de um fracasso em vez de uma explosão. Para o método de arma funcionar confiantemente com plutônio, você teria que aumentar a velocidade com que a "bala" abordou a "spike" significativamente. Para fazer isso significaria fazendo a impraticabilidade do tubo longa.
O desenho de implosão
 Pressione o "tamper/empurrador," comprimir o plutônio até atingir uma massa supercrítica explosivos convencionais. O iniciador inunda a área com nêutrons para ajudar a começar a reação em cadeia.(Copyright Lee Krystek, 2007) |
Implosão projetos também exigem um gatilho de nêutrons ou "iniciador" para inundar o fosso com nêutrons durante a detonação. Em "fatman" isto foi feito com uma pequena esfera com camadas de berílio e polônio, separados por uma fina folha de ouro, colocada no centro do fosso. Um design de implosão pode incluir também outras camadas entre os explosivos e o poço para criar uma explosão mais poderosa. Estes incluem um "pusher" (projetado para aumentar a onda de choque explosiva acertando o poço), um "tamper" (para ajudar o poço do sopro distante demasiado rapidamente uma vez que começa a explosão) e um "refletor" composto de um material que refletirá nêutrons de volta para o inferno, aumentando a quantidade de fissão. Em alguns projetos de bomba, essas funções são integradas em uma única camada de material.
Um acidente supercrítico
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O desenho de implosão é geralmente considerado ser superior em quase todos os sentidos para o design da arma e é a escolha para qualquer organização com os recursos necessários para projetar e construi-lo. Uma das grandes vantagens desta abordagem é que é fácil fazer o desenho de implosão mais eficiente, aumentando a eficácia dos explosivos convencionais. Por exemplo, se o poço é apertado para que a densidade é duplicada durante a detonação isso pode produzir uma explosão de 10 quilotons. Se esse mesmo poço pode ser compactado para três vezes sua densidade original, uma explosão de 40 quilotons pode ser gerada com nenhum adicional de combustível nuclear. Quanto mais o material de fissão é permitido reagir, quanto maior for a explosão.
Você poderia construir uma bomba?
Construir uma arma nuclear básica também não é fácil, mas não é tão difícil. Em 1964, o exército dos EUA decidiu ver o quão difícil foi. Eles contrataram dois professores que tive doutores em física, mas nenhuma experiência com armas nucleares ou acesso a segredos nucleares. Os dois receberam a tarefa de projetar uma bomba atômica, usando apenas informações disponíveis ao público em geral. Demorou aproximadamente dois anos, mas no final, projetaram uma arma de estilo de implosão que poderia ter sido feita em uma loja de máquina local, que poderia ter produzido uma explosão semelhante a bomba de Hiroshima.A única coisa que eles acharam extremamente difícil de fazer era conseguir o material adequado para a bomba de combustível: urânio 235 ou plutônio 239. Apenas uma pequena fração do urânio natural que é extraído do solo é o isótopo 235 e separando-o de outros isótopos é uma tarefa importante que exigem complexos enorme fábrica trabalhar anos para isolar a poucos quilos. Na verdade, a maioria dos programas de armas contornar este problema utilizando o plutônio, que é muito raramente na natureza encontrada em tudo, mas pode ser criado por expor os tipos mais comuns de urânio à radiação em um reator nuclear "criador". Plutônio é extremamente difícil de lidar, no entanto. É um dos materiais mais tóxicos conhecidos pelo homem, especialmente se inalado.
É a dificuldade de obtenção e manipulação destes materiais cindíveis que nos protege de pessoas construir bombas nucleares em seus porões. É para esta proliferação de razão de materiais nucleares é uma grande preocupação da maioria dos governos e há grande apreensão sobre países que querem construir reactores nucleares capazes de combustível de plutônio "reprodução". Conhecimento de como construir uma bomba é difícil de controlar. Felizmente, até agora, os materiais necessários foram muito mais fácil de acompanhar.