Skillnad mellan väte och uranbombe

Huvudskillnad - Vätgas vs Uranbom

Teorin om speciell relativitet förändrade helt de klassiska idéerna om massa, energi, tid och mer. Den berömda Einsteins ekvation E = mc² avslöjade en topphemlighet mellan massa och energi, känd som massenergiekvivalensen. Enligt denna ekvation borde vi kunna omvandla energi till massa och vice versa.

När neutroner och protoner kombinerar eller smälter in i en kärna släpps en otrolig mängd energi. Så är massan av den resulterande kärnan mindre än den för den totala massan av dess moderpartiklar. Denna minskning av massan ges av Einsteins ekvation. Fysiker inser att en stor mängd energi skulle kunna genereras genom att antingen smälta små kärnor i tunga kärnor eller bromsa tunga kärnor i lätta kärnor. De insåg också att denna energi skulle kunna användas för att generera el och att även göra massförstörande bomber.

De bästa bränslena för fissionbomber är uran och plutonium medan det bästa bränslet för att designa fusionsbomber är väte. Som namnen antyder använder uranbomber uran som deras klyvbara bränsle medan vätebomber använder väte som bränsle. I uranbomber frigörs energi när urankärnor bryts in i ljuskärnor. Men i vätgasbomber frigörs energi när små kärnor smälter i He-kärnor. De huvudskillnad mellan vätgas och uranbomb är det Uranbomber är kärnfissionsbomber medan vätebomber är fusionsbomber. Denna artikel fokuserar på skillnaderna mellan vätgas och uranbomber.

Vad är Hydrogen Bomb

När ljuskärnor kombineras i en tung kärna är massan av den resulterande kärnan mindre än den totala massan av dess moderkärnor. När de smälter, omvandlas massförlusten till energi enligt Einstein-ekvationen. Denna energi kan användas för att generera el. Tyvärr kan samma idé användas för att skapa en fusionsbomb eftersom en stor mängd energi släpps i fusion.

Det bästa elementet som ett fusionsbränsle är väte. Väte har tre isotoper, nämligen Protium, Deuterium och Tritium. Men väte är naturligt ett gasformigt element. För fusionsreaktionen måste en mycket hög temperatur och en mycket hög bränsletäthet uppnås. Om vätgas används som flytande väte, måste en kylmekanism kopplas till bomben vilket ger en extra vikt och volym till bomben. Så, Hydrogen används i form av LiD (Litium Deuteride) som är solid och eliminerar därmed behovet av en kylmekanism.

Deuterium och tritium är de bästa isotoperna för fusionsreaktionen. Genom att använda deuterium som LiD kan en mycket hög bränsletäthet uppnås. Den andra fördelen med deuterium är att vara en stabil isotop. Deuteriumens överflöd har naturligt inträffat Vätgas är cirka 0,015%. Så, vatten är en bra källa till Deuterium.

I en fusionsbomb behövs en mycket hög temperatur (ca 10⁸ K) för fusionsreaktionen. Så, en fission bomben används i fusionsbomber för att uppnå sådana temperaturer. När fissionbomben är detonerad uppnås den erforderliga temperaturen. Med andra ord används en fissionbomb i fusionsbomber för att antända fusionsbomben. När fissionbomben detoneras initierar fusionsreaktionen. Först absorberar en Li-kärna en neutron och fission i en Helium-kärna, en tritiumkärna plus energi. Därefter kombinerar en deuteriumkärna med en tritiumkärna för att producera en heliumkärna, en neutron plus energi. Så kan den totala reaktionen förkortas till följande ekvation.

D + Li → 2He + energi

I ovanstående fusionsreaktion produceras inga radioaktiva kärnor. Den energi som frigörs per nukleon i ovanstående fusionsreaktion är mycket högre än den i fissionreaktionen av uran.

Vad är en uranbombe

Uran har flera isotoper, såsom uran-238, uran-235 och uran-239. Ändå står uran-238 för 99,7% av naturligt förekommande uran. Uran-239 är väldigt instabil, så dess halveringstid är mycket kort. Så det försvinner snart i Plutonium. Uran-238 är den mest stabila uranisotopen. Uran-235 är instabil och dess naturliga överflöd är omkring 0,72%.

När en uranatom absorberar en neutron, bryts den in i två splittringsfragment (två mindre atomer) plus flera neutroner. I denna fissionsreaktion släpps en stor mängd energi som kinetisk energi av fissionsfragment och EM-vågor. Om de resulterande neutronerna absorberades av andra uranatomer, blir processen en kedjereaktion som bromsar mer och mer uran-235-kärnor. Några av de neutroner som produceras i processen undviker emellertid ur uranprovet. Så de som släpper neutroner deltar inte i kärnfission. Fraktionen av neutronerna som flyr från provet beror på provets massa. För en kedjereaktion finns en tröskelmassa för uran som kallas kritisk massa. Kritisk massa är den minsta massan av ett klyvbart bränsle som måste vara närvarande för att upprätthålla kedjereaktionen när den initieras. Dessutom, om uranprovet är en naturlig, icke-berikad, absorberas de flesta neutronerna av uran-238-atomer (eftersom dess överflöd är omkring 99,7%), som sedan producerar uran-239. Så det är ett slöseri. För att minimera antalet neutroner som absorberas avUranium-238, måste procentandelen uran-235 förbättras. Denna process kallas uranberikning.

En atomvapen ska kunna frigöra en stor mängd kärnkraft på ett ögonblick. Så, både neutronflöde och antal neutroner absorberade av uran-238 måste minskas så mycket som möjligt. Dessa krav uppnås genom att använda höganriktade uranprover (HEU) med en större massa än kritisk massa. I uranbomber berikas uran nästan upp till 90% uran-235.

I moderna kärnvapen används ett högspänningsvakuumrör kopplat med en liten partikelaccelerator som neutrongeneratorn som är initiatorn för kedjereaktionen. Följande figur visar den grundläggande strukturen hos en uranbombe.

Före detonationen hålls uranprovet förvarat som två delar separat, var och en med en massa mindre än den kritiska massan. Den totala massan av dessa två prov överstiger den kritiska massan. Denna separation gör att vi kan hålla bomben i det subkritiska tillståndet tills det detoneras. Med andra ord kan bomben inte upprätthålla en kedjereaktion tills de två delarna sammanfogas eftersom massan av varje prov är mindre än den kritiska massan.

För det första är det konventionella sprängämnet (TNT) detonerat vilket orsakar urankulan att rusa och kombinera med uranmålet. Efter att de kombinerats till ett enda uranprov överskrider dess massa den kritiska massan som leder till en kedjereaktion och därmed en nukleär explosion. Denna explosion släpper ut en stor mängd energi i form av kinetisk energi från fissionsfragment och strålning som bränner offren. De resulterande fissionsfragmenten är också nästan radioaktiva. Så, det finns många medicinska problem i samband med den radioaktiva nedfallet som orsakas av en nukleär explosion.