El proceso de cómo construir una bomba atómica
Con unas piezas de una ferretería y algunos conocimientos, es posible construir un arma de destrucción masiva. Bueno, mientras usted puede encontrar unos cuantos kilos de plutonio en Ebay para combustible.
En 1905 Albert Einstein escribió una serie de documentos de física revolucionaria incluyendo su teoría especial de la relatividad. Una de las fórmulas que salió de esto, fue casi como una ocurrencia tardía, E = mc². Es decir: energía es igual a masa por velocidad de la luz al cuadrado. Lo que Einstein estaba diciendo es que el asunto - todo alrededor de nosotros podemos tocar y ver - es la misma cosa como energía, en una forma diferente. El resultado de esto es que debe ser posible convertir energía en materia o, visa versa, convertir materia en energía.
La energía que retiremos todos los días cuando nuestro coche o en una estufa de cocina proviene de las reacciones químicas. Dos o más productos químicos reaccionan con el movimiento de electrones y la formación y ruptura de enlaces químicos. Una forma familiar de reacción química es la combustión. Por ejemplo, el oxígeno en el aire reacciona con las sustancias en una vela para liberar el calor y la luz. En reacciones químicas la cantidad de materia medible no implica cambios, si eras capaz de capturar todo el hollín, humo y dióxido de carbono liberado por la vela que encontrarías pesan exactamente la misma cantidad que la vela original y el oxígeno que reaccionó con él. El material de forma cambiante y liberado energía pero no desapareció.
Fórmula de Einstein sugirió que era posible obtener energía por lo que ahora llamamos una reacción nuclear. Esto es la conversión de la materia a la energía. Es más, es la cantidad de energía disponible en incluso una pequeña cantidad de materia, según la fórmula, tremenda. Se trata de una versión condensada de energía, pero no es una relación uno-a-uno. El factor de conversión es la velocidad de la luz (ya un número enorme) al cuadrado (que hace un número muy grande). Nos podemos imaginar esta relación por pensar en agua y vapor. Usted puede enfriar vapor (piense en esto como la energía) y se convierte en agua (piense en esto como cuestión) o calentar el agua para hacer vapor. Tarda mucho vapor para crear unas gotas de agua aunque, pero sólo una pocas onzas de agua para crear una habitación entera llena de vapor. Lo mismo es cierto de materia y energía. En la bomba atómica que destruyó Hiroshima sólo 600 miligramos de uranio (menos que el peso de un centavo) fue convertido a la energía, pero que libera la misma cantidad de energía que al menos 13.000 toneladas de la TNT explosivo químico convencional.
Conversión de materia a energía no es ningún truco fácil, sin embargo. El sol lo hace naturalmente mediante un proceso llamado fusión. El sol, una bola gigantesca de gas de hidrógeno en su mayoría, tiene fuertes presiones y calor creado en su base por su gravedad. Es bajo este calor y la presión que los átomos de hidrógeno se fusionan para crear helio y liberar energía. Volver a crear las intensas condiciones necesarias para generar fusión en la tierra no es fácil, sin embargo, para las bombas atómicas utiliza otro proceso llamado fisión.
Esto puede parecer hacer centrales nucleares potenciales bombas atómicas, pero el uranio utilizado en las plantas no es el tipo que puede sufrir una reacción a un ritmo suficientemente alto como para causar una explosión por sí mismo (las centrales nucleares están sujetos a las explosiones causadas por la presión del vapor y otros no-fuerzas nucleares, sin embargo). De hecho, un dispositivo que no se pedazos antes de la explosión realmente se pone en marcha la ingeniería es uno de los problemas de diseño principal de la construcción de una bomba.
El "arma" es la forma más sencilla para construir un arma nuclear. La bomba atómica utilizada en Hiroshima durante la segunda guerra mundial utilizó este enfoque. El arma consta de un tubo (al igual que el cañón de un arma) con la mitad la carga nuclear fijada en un extremo y la otra mitad (la mudanza de la mitad) en el extremo opuesto. Una carga explosiva convencional se colocó detrás de la porción móvil que puede ser considerada como la "bala". Cuando se detona la carga convencional, las carreras de bala hacia el tubo y arremete contra el cargo fijo en el otro extremo (denominado el "pico"). Una vez que las dos mitades del combustible nuclear se reunió y ligan suficiente, la reacción en cadena se inicia, el combustible va supercrítico y ocurre la explosión.
Mientras que el método de arma es fácil al ingeniero, tiene algunos inconvenientes. La mayor es la necesidad de asegurarse de que las dos partes del combustible nuclear se reúnen con suficiente rapidez. Como las dos secciones de una pulgada aparte, comenzarán a intercambiar los neutrones que podrían iniciar una reacción en cadena. Si las dos partes van supercríticas antes de llegar lo suficientemente cerca, la fuerza de la energía liberada hará volar separados antes de la explosión principal se pone en marcha. Este tipo de falla se conoce como un "fiasco".
Otro problema es que este método es menos eficiente, requiriendo entre 20 y 25 kilogramos (alrededor de 44 a 55 libras) de uranio. Otros enfoques pueden utilizar tan poco como 15 kilos (alrededor de 33 libras). Dado que el de arma uranio y plutonio son muy difíciles de conseguir, esto es una desventaja real.
Además, el método de arma sólo funciona si se utiliza el uranio como combustible. El proceso de creación de plutonio generalmente provoca que se contaminara con otros materiales que aumentan la posibilidad de que a supercrítico antes de las dos secciones están cercanos bastante juntos. Esto, a su vez, aumenta las posibilidades de un fracaso en lugar de una explosión. Para que el método de arma funcione confiablemente con plutonio, tendrías que aumentar la velocidad con la cual la "bala" se acercó a la "espiga" significativamente. Para ello significaría hacer lo poco práctico tubo largo.
Por esta razón, si utiliza plutonio para una bomba de combustible tienes que utilizar el método de "implosión" más sofisticado. Con este enfoque el combustible nuclear se forma dentro de una esfera (llamada el "hoyo"). Los explosivos convencionales se colocan alrededor de él. Cuando éstos se detonaron la fuerza de la explosión aprieta el hoyo en una masa supercrítica tiempo suficiente para que la explosión se produzca. Mientras que al principio parece fácil, es difícil que realmente funcionara. El hoyo simplemente no puede estar rodeado por altos explosivos. La onda de choque que comprime debe ser precisamente esférica, de lo contrario el material hoyo escapará hacia fuera a través de un punto débil. Para crear la fuerza explosiva necesaria en una esfera perfecta, se utilizan cargas explosivas en forma (a veces llamados lente explosiva). El "gordo" bomba el nivelado Nagasaki en la segunda guerra mundial utilizó 32 cargos dispuestos alrededor de la fosa como las caras de un balón de fútbol. Con el fin de crear la onda de choque esférica no sólo es necesario obtener los cargos en la posición correcta con la forma correcta, pero deben ser detonadas en el momento adecuado. Un cargo que detona tarde creará un agujero en la onda de choque a través del cual puede escapar de la mina.
Diseños de implosión también requieren un neutrón gatillo o "iniciador" a inundar el pozo con neutrones durante la detonación. En "fatman" esto se hizo con una pequeña esfera con capas de berilio y Polonio separados por una fina lámina de oro colocado en el centro del hoyo. Un diseño de implosión también puede incluir otras capas entre los explosivos y el foso para crear una explosión más potente. Estos incluyen un "empuje" (diseñado para aumentar la onda de choque explosiva golpear el pozo), un "sabotaje" (para ayudar a la fosa del viento abajo muy rápidamente una vez que comienza la explosión) y un "reflector" compuesto de un material que reflejará los neutrones en el hoyo, aumentando la cantidad de fisión. En algunos diseños de bomba estas funciones se integran en una sola capa de material.
El diseño de la implosión se considera generalmente ser superior en casi todo el diseño del arma y es la opción para cualquier organización con los recursos para diseñar y construir. Una de las principales ventajas de este enfoque es que es fácil hacer el diseño de implosión más eficiente mediante el aumento de la eficacia de los explosivos convencionales. Por ejemplo, si el pozo se exprime así la densidad se duplica durante la detonación puede producir una explosión de 10 kilotones. Si ese mismo hoyo puede ser comprimido para tres veces su densidad original, una explosión de 40 kilotones puede ser generada con ningún combustible nuclear adicional. Cuanto más tiempo el material de fisión puede reaccionar, cuanto mayor sea la explosión.
Lo único que encontraron extremadamente difíciles hacerlo debía obtener el material adecuado para la bomba de combustible: uranio 235 o plutonio 239. Sólo una pequeña fracción del uranio natural que se extrae de la tierra es el isótopo 235 y separándolo de los otros isótopos es una tarea importante que requieren complejos enorme fábrica años trabajando para aislar sólo unas pocas libras. De hecho, la mayoría los programas de armas superarlo mediante la utilización de plutonio, que es muy raramente en la naturaleza encontró en absoluto, pero pueden crearse mediante la exposición de los tipos más comunes de uranio a la radiación en un reactor nuclear "criador". El plutonio es extremadamente difícil de manejar, sin embargo. Es uno de los materiales más tóxicos conocidos por el hombre, especialmente si se inhala.
Es la dificultad de obtener y manipular estos materiales fisionables que nos protege de gente construyendo bombas nucleares en sus sótanos. Es por esto no proliferación razón de material nuclear es un motivo de preocupación de la mayoría de los gobiernos y hay gran temor sobre los países que desean construir reactores nucleares capaces de combustible de plutonio "cría". Conocimiento de cómo construir una bomba es difícil de controlar. Afortunadamente, hasta ahora, los materiales necesitan han sido mucho más fáciles seguir la pista de.
En 1905 Albert Einstein escribió una serie de documentos de física revolucionaria incluyendo su teoría especial de la relatividad. Una de las fórmulas que salió de esto, fue casi como una ocurrencia tardía, E = mc². Es decir: energía es igual a masa por velocidad de la luz al cuadrado. Lo que Einstein estaba diciendo es que el asunto - todo alrededor de nosotros podemos tocar y ver - es la misma cosa como energía, en una forma diferente. El resultado de esto es que debe ser posible convertir energía en materia o, visa versa, convertir materia en energía.
Bomba atómica vs h-Bomb
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La energía que retiremos todos los días cuando nuestro coche o en una estufa de cocina proviene de las reacciones químicas. Dos o más productos químicos reaccionan con el movimiento de electrones y la formación y ruptura de enlaces químicos. Una forma familiar de reacción química es la combustión. Por ejemplo, el oxígeno en el aire reacciona con las sustancias en una vela para liberar el calor y la luz. En reacciones químicas la cantidad de materia medible no implica cambios, si eras capaz de capturar todo el hollín, humo y dióxido de carbono liberado por la vela que encontrarías pesan exactamente la misma cantidad que la vela original y el oxígeno que reaccionó con él. El material de forma cambiante y liberado energía pero no desapareció.
Fórmula de Einstein sugirió que era posible obtener energía por lo que ahora llamamos una reacción nuclear. Esto es la conversión de la materia a la energía. Es más, es la cantidad de energía disponible en incluso una pequeña cantidad de materia, según la fórmula, tremenda. Se trata de una versión condensada de energía, pero no es una relación uno-a-uno. El factor de conversión es la velocidad de la luz (ya un número enorme) al cuadrado (que hace un número muy grande). Nos podemos imaginar esta relación por pensar en agua y vapor. Usted puede enfriar vapor (piense en esto como la energía) y se convierte en agua (piense en esto como cuestión) o calentar el agua para hacer vapor. Tarda mucho vapor para crear unas gotas de agua aunque, pero sólo una pocas onzas de agua para crear una habitación entera llena de vapor. Lo mismo es cierto de materia y energía. En la bomba atómica que destruyó Hiroshima sólo 600 miligramos de uranio (menos que el peso de un centavo) fue convertido a la energía, pero que libera la misma cantidad de energía que al menos 13.000 toneladas de la TNT explosivo químico convencional.
Conversión de materia a energía no es ningún truco fácil, sin embargo. El sol lo hace naturalmente mediante un proceso llamado fusión. El sol, una bola gigantesca de gas de hidrógeno en su mayoría, tiene fuertes presiones y calor creado en su base por su gravedad. Es bajo este calor y la presión que los átomos de hidrógeno se fusionan para crear helio y liberar energía. Volver a crear las intensas condiciones necesarias para generar fusión en la tierra no es fácil, sin embargo, para las bombas atómicas utiliza otro proceso llamado fisión.
 Neutrón A 1) golpea un átomo de uranio 2) el átomo de uranio se divide en un átomo de criptón y un átomo de bario liberando una energía de enlace junto con más neutrones. 3) los neutrones atacar otros átomos de uranio comenzando el proceso de nuevo.(Copyright Lee Krystek, 2007) |
Reacciones de fisión
Una reacción de fisión es justamente lo contrario de la fusión. En lugar de átomos formando, partieron en pedazos. Cuando un neutrón (una partícula subatómica) con la suficiente energía golpea un átomo de material radiactivo como el uranio, el átomo de uranio se repartirán en dos átomos más pequeños y algunos de la energía que llevó a cabo que el átomo original juntos es liberado. Si se utiliza el tipo correcto de uranio, la División también liberará neutrones adicionales capaces de partir otros átomos. Si este proceso continúa con cada nuevo split liberar neutrones que a su vez partieron otros átomos se llama una reacción en cadena. Debido a la velocidad en una reacción nuclear, miles de millones de átomos se pueden dividir en una pequeña fracción de segundo. Si la reacción procede a un nivel tranquilo la fisión produce energía de una manera controlable. Esto es lo que está pasando en el corazón de una planta de energía nuclear. La energía liberada se utiliza para calentar el agua hasta el punto de vapor y el vapor hace girar las turbinas conectadas a generadores para generar la electricidad. Si la reacción procede a nivel incontrolado, sin embargo, puede producir una explosión nuclear.Esto puede parecer hacer centrales nucleares potenciales bombas atómicas, pero el uranio utilizado en las plantas no es el tipo que puede sufrir una reacción a un ritmo suficientemente alto como para causar una explosión por sí mismo (las centrales nucleares están sujetos a las explosiones causadas por la presión del vapor y otros no-fuerzas nucleares, sin embargo). De hecho, un dispositivo que no se pedazos antes de la explosión realmente se pone en marcha la ingeniería es uno de los problemas de diseño principal de la construcción de una bomba.
Diseño de bomba
Uranio o plutonio puede ser utilizado como combustible para bombas atómicas. Ambos son altamente radiactivos. Esto significa que constantemente están deshaciéndose de las partículas subatómicas como neutrones. Sólo ciertos isótopos de estos materiales - como el uranio 235 y plutonio 239 - constantemente emiten neutrones de tan alta energía que dividirá los átomos. Cuando suficiente del material se colocan juntos, se inicia una reacción en cadena y la masa se dice que es crítica. Dividiendo más y más átomos con cada momento, es el término usado para una masa de material radiactivo con una creciente reacción en cadena, supercrítico. Mientras que juntar en una sola masa suficiente uranio 235 se hacen supercrítico (y crear una oleada de radiación que te matará si estás de pie cerca de él sin protección - ver "un accidente supercrítico" abajo) no es suficiente crear una bomba. El material debe mantenerse en un estado comprimido tiempo suficiente para que la reacción que tendrá lugar al mismo tiempo resistir la energía inicial de la explosión que tratará de destruirlo. Existen dos enfoques conocidos a hacerlo. El primero es conocido como el método de "arma".El método de arma
 Un explosivo convencional conduce el uranio "bala" en el "spike;" el cúmulo de supercrítico y causando la detonación.(Copyright Lee Krystek, 2007) |
Mientras que el método de arma es fácil al ingeniero, tiene algunos inconvenientes. La mayor es la necesidad de asegurarse de que las dos partes del combustible nuclear se reúnen con suficiente rapidez. Como las dos secciones de una pulgada aparte, comenzarán a intercambiar los neutrones que podrían iniciar una reacción en cadena. Si las dos partes van supercríticas antes de llegar lo suficientemente cerca, la fuerza de la energía liberada hará volar separados antes de la explosión principal se pone en marcha. Este tipo de falla se conoce como un "fiasco".
Otro problema es que este método es menos eficiente, requiriendo entre 20 y 25 kilogramos (alrededor de 44 a 55 libras) de uranio. Otros enfoques pueden utilizar tan poco como 15 kilos (alrededor de 33 libras). Dado que el de arma uranio y plutonio son muy difíciles de conseguir, esto es una desventaja real.
Además, el método de arma sólo funciona si se utiliza el uranio como combustible. El proceso de creación de plutonio generalmente provoca que se contaminara con otros materiales que aumentan la posibilidad de que a supercrítico antes de las dos secciones están cercanos bastante juntos. Esto, a su vez, aumenta las posibilidades de un fracaso en lugar de una explosión. Para que el método de arma funcione confiablemente con plutonio, tendrías que aumentar la velocidad con la cual la "bala" se acercó a la "espiga" significativamente. Para ello significaría hacer lo poco práctico tubo largo.
El diseño de la implosión
 Los explosivos convencionales Presione sobre el "sabotaje/empujador," comprimiendo el plutonio hasta que alcanza una masa supercrítica. El iniciador inunda la zona con neutrones para ayudar a hacer la reacción en cadena.(Copyright Lee Krystek, 2007) |
Diseños de implosión también requieren un neutrón gatillo o "iniciador" a inundar el pozo con neutrones durante la detonación. En "fatman" esto se hizo con una pequeña esfera con capas de berilio y Polonio separados por una fina lámina de oro colocado en el centro del hoyo. Un diseño de implosión también puede incluir otras capas entre los explosivos y el foso para crear una explosión más potente. Estos incluyen un "empuje" (diseñado para aumentar la onda de choque explosiva golpear el pozo), un "sabotaje" (para ayudar a la fosa del viento abajo muy rápidamente una vez que comienza la explosión) y un "reflector" compuesto de un material que reflejará los neutrones en el hoyo, aumentando la cantidad de fisión. En algunos diseños de bomba estas funciones se integran en una sola capa de material.
Un accidente supercrítico
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El diseño de la implosión se considera generalmente ser superior en casi todo el diseño del arma y es la opción para cualquier organización con los recursos para diseñar y construir. Una de las principales ventajas de este enfoque es que es fácil hacer el diseño de implosión más eficiente mediante el aumento de la eficacia de los explosivos convencionales. Por ejemplo, si el pozo se exprime así la densidad se duplica durante la detonación puede producir una explosión de 10 kilotones. Si ese mismo hoyo puede ser comprimido para tres veces su densidad original, una explosión de 40 kilotones puede ser generada con ningún combustible nuclear adicional. Cuanto más tiempo el material de fisión puede reaccionar, cuanto mayor sea la explosión.
¿Podría construir una bomba?
Construir un arma nuclear básico no es fácil, pero no es todo tan difícil. En 1964 el ejército estadounidense decidió ver lo difícil que era. Contrataron a dos profesores que tenían doctorados en física, pero sin experiencia con acceso a secretos nucleares o armas nucleares. Los dos recibieron la tarea de diseñar una bomba atómica usando solamente la información disponible al público en general. Tardaron aproximadamente dos años, pero al final diseñaron un arma de estilo implosión que podría haber sido hecho en una tienda local de la máquina que podría haber producido una explosión similar a la bomba de Hiroshima.Lo único que encontraron extremadamente difíciles hacerlo debía obtener el material adecuado para la bomba de combustible: uranio 235 o plutonio 239. Sólo una pequeña fracción del uranio natural que se extrae de la tierra es el isótopo 235 y separándolo de los otros isótopos es una tarea importante que requieren complejos enorme fábrica años trabajando para aislar sólo unas pocas libras. De hecho, la mayoría los programas de armas superarlo mediante la utilización de plutonio, que es muy raramente en la naturaleza encontró en absoluto, pero pueden crearse mediante la exposición de los tipos más comunes de uranio a la radiación en un reactor nuclear "criador". El plutonio es extremadamente difícil de manejar, sin embargo. Es uno de los materiales más tóxicos conocidos por el hombre, especialmente si se inhala.
Es la dificultad de obtener y manipular estos materiales fisionables que nos protege de gente construyendo bombas nucleares en sus sótanos. Es por esto no proliferación razón de material nuclear es un motivo de preocupación de la mayoría de los gobiernos y hay gran temor sobre los países que desean construir reactores nucleares capaces de combustible de plutonio "cría". Conocimiento de cómo construir una bomba es difícil de controlar. Afortunadamente, hasta ahora, los materiales necesitan han sido mucho más fáciles seguir la pista de.