(Prezentácia)
Dobré ráno, dámy a páni. Najprv mi dovoľte sa predstaviť. Moje meno je Lenny a som študentom Fakulty Výrobných Technológií Technickej Univerzity Košice. Dne idem hovoriť o nukleárnych zbraniach. Moju prezentáciu by som chcel rozdeliť na dve časti. Najprv by som hovoril o atómovej bombe a štiepení. V druhej časti zadefinujem vodíkovú bombu a reakcie pri fúzii. Ak nenamietate nič proti tomu, necháme otázky až na záver.

BOMBA

Najjednoduchšia štiepna bomba, alebo atómová bomba, pozostáva z dvoch kusov uránu 238 takže oddelene ich hmoty sú menšie než kritická hmota, ale spolu ich hmoty dávajú súčet viac než kritická hmota. Aby sme priviedli takúto k výbuchu bombu, dve kusy uránu 235, pôvodne v bezpečnej vzdialenosti jeden od druhého, sú zrazu priblížené blízko ku sebe. Zhromaždenie dvoch podkritických hmôt do jednodielnej nadkritickej hmoty musí byť vykonané veľmi rýchlo; ak sú dve hmoty zostavené pomaly, čiastočný výbuch (predbežný výbuch) sa rozšíri ich bokmi predčasne, pred reťazovou reakciou sa môže uvoľniť jeho plná energia – výbuch zlyhá. Prístroj zvyčajne používaný pre zostavovanie dvojice kusov uránu ku sebe vo vysokej rýchlosti (obrázok 1); hnacia hmota je normálna chemická trhavina.

Obr. 1. Štiepna bomba užívajúca strelný aparátObr. 2. Implozívny prístroj

Dômyselnejšia štiepna bomba pozostáva z (iba) podkritickej väčšiny plutónia 239; ak to je zrazu stlačené na vyššiu ako normálnu hustotu, to sa stane nadkritické. Náhle stlačenie je dosiahnuté predbežným výbuchom chemickej trhaviny takej ako TNT. Ak táto trhavina bola opatrne zrovnaná v obale dookola oblasti 239Pu (obrázok 2), potom jej výbuch bude tlačiť guľu 239Pu do seba; táto implózia plutónia veľmi náhle privedie jeho hustotu k nadkritickej hodnote a spúšťače reťazovej reakcie. Implozívna technika je používaná s plutóniom 239, pretože tento izotop má silnú tendenciu predbežne detonovať; ak raz bola použitá strelná technika na zoskupenie dvoch podkritických väčšín 239Pu, reťazová reakcia začala zatiaľ čo sa hmoty stále pohybovali navzájom ku sebe; vyplývajúci predčasný výbuch tlačil hmoty bokom a predchádzal plnému vývoju reťazovej reakcie. Implozívna technika zhromaždí nadkritickú hmotu omnoho rýchlejšie a preto sa vyhneme problému predčasného výbuchu.

V priebehu druhej svetovej vojny, vedecko-vojenský priemyslový komplex známy ako Oblasť Manhattan vyrobila tri atómové bomby: jedna plutóniová bomba odpálená v Alamogordo, Nevé Mexico, 16 júla 1945, ďalšia plutóniová bomba odpálená v Nagasaki, Japonsko, 9 augusta 1945 a jedna uránová bomba odpálená v Hiroshime, Japonsko, 6 augusta 1945. Všetky tieto bomby mali účinok asi 20 kiloton, t.j., výbušnú silu rovnajúcu sa 20,000 tonám TNT. To je energia uvoľnená štiepením 1 kg uránu (alebo plutónia). Teda tieto zaradenia boli celkom neefektívne – len malý zlomok celkovej väčšiny štiepneho materiálu skutočne podstúpil štiepenie; zvyšok bol iba rozptýlený v krížom krážom, odviaty preč predtým, než to malo šancu na účinkovať.

Urán používaný pre bomby má byť vysoko čistené, "zbrojný stupeň" 235U. Uránové rudy obsahujú zmes 99.3% nežiaduceho izotopu 238U a len 0.7% izotopového 235U. Tieto izotopy sú chemicky zhodné, ich separácia je veľmi namáhavá. Separačný proces závisí na malom rozdiele v hmotách: v plynovej zložke uránu, takej ako UF6, pri danej teplote, molekuly obsahujúce 235U majú trochu vyššia priemerná rýchlosť než molekuly obsahujúce 238U, a oni sa budú vysielať trochu rýchlejšie cez pórovitú blanu; preto takáto membrána pôsobí ako (čiastočný) filter separácie 235U z 238U. Toto je základom procesu difúzie plynu, ktorý je stále hlavný zdroj veľmi obohateného 235U.

Plutónium sa nenachádza v prírode, s výnimkou bezvýznamných stopových množstiev. Je vyrábaný umelo, premenou uránu v nukleárnom reaktore.
Obr. 3. Bomba zhodená na Hiroshima. Toto zariadenie bolo 120 palcov.(304,8 cm) Obr. 4. Bomba zhodená na Nagasaki. Toto zariadenie bolo 128
dlhé a vážilo 7000 libier (3175,15 kg) palcov (325,12 cm) dlhé a vážilo 10000 libier (4535,92 kg)
Ako môžeme vidieť z obrázkov 3 a 4, bomby použité v druhej svetovej vojne boli vcelku ťažkopádne. Pokroky v technológii tvarovania chemických výbušnín používaných pre implóziu plutónia umožnili, aby bolo možné konštruovať bomby v ktorých kocka je plutónia asi tak veľká ako golfová loptička; celkový priemer takejto bomby je len približne jednu stopu (30,54 cm), a predsa uvoľňuje množstvo energie v rozsahu kiloton.

Omnoho vyšší účinok môže byť dosiahnutý využitím jadrového štiepenia - fúzie. Viazaná energia ľahkého jadra je relatívne nízka – keď sa dve takéto ľahké jadrá zlúčia spolu, utvoria ťažšie jadrá, energia bude uvoľnená. Fúzia je opak štiepenia: pri fúzii dve jadrá prechádzajú do jedeného, pri štiepení sa jedno jadro rozčlení na dve. Okrem toho, uvoľňovaná energia vo fúzii je silná energia, zatiaľ čo energia uvoľnená pri štiepení je Coulombova energia. Od vtedy silná silová príťažlivosť fúzie, zlučovaním, jadier obmedzí ich plochu povrchu. Coulombova odpudivosť medzi dvomi jadrami bráni fúzii, ale v prípade ľahkých jadier silná energia prekoná tento odpor.

Teplo vyžarované Slnkom je spôsobené fúznou reakciou nazývanou vodíkové horenie: vodíkové jadrá zlúčené dokopy na vytvorenie héliového jadra. Táto reakcia zapríčiní niekoľko čiastočných krokov, ktoré boli objavene teoretickými výpočtami Hansa Bethe-o. Túto reakcia nemožno zopakovať na Zemi pretože sa bude realizovať len pri nesmierne vysokých teplotách a tlakoch, takých aké sa nachádzajú blízko stredu Slnka. Ale, niektorá fúzna reakcia obsahujúca deutérium a trícium ( izotopy 2H a 3H) môže byť vykonaná Zem :

2H + 2H → 3He + n(1)
2H + 2H → 3H + p(2)
2H + 3H → 4He + n(3)
5 2H → 3He + 4He + p + 2n + 24.3 MeV

Čistý výsledok z troch reakcií vzatých spolu je zmiznutie piatich 2H jadier a vznik 3He, 4He, jedného voľného protónu , a dvoch neutrónov, s uvoľnením 24.3 MeV. Množstvo uvoľnenej energie na nukleónový reaktant je 24.3 MeV na 10 nukleónov = 2.43 MeV na nukleón, zatiaľ čo pre štiepenie uránu uvoľňovanie energie na nukleónový reaktant je 200 MeV na 235 nukleón = 0.85 MeV na nukleón. Takže fúzia danej hmoty 2H dá o trikrát viac energie ako štiepenie rovnakej hmoty 235U.

Reakcie (1)-(3) sa nazývajú termonukleárne pretože budú prebiehať len pri veľmi vysokej teplote a tlaku. Žiadané teploty a tlaky sú dosiahnuté na mieste výbuchu atómovej bomby. Teda, fúzna reakcia (syntéza jadier) môže byť spustená explodovaním štiepnej bomby vedľa hmoty ťažkého vodíka; to vedie k samo-podporovanému výbušnému "horeniu" vodíkových jadier. Táto takzvaná vodíková bomba je skutočne štiepno-fúzny prístroj v ktorom štiepenie spúšťa fúziu. Okrem toho, fúzna reakcia uvoľňuje veľký počet energických neutrónov ktoré môžu byť použité pre ďalšie zvýšenie prudkosti výbuchu: trikom je obklopiť termonukleárnu bombu vrstvou lacného, prírodného uránu, pozostávajúceho hlavne z 238U; aj keď tento izotop neudržuje reťazovú reakciu, bude rozštiepený keď bude vystavený veľkému toku neutrónov z fúzie. Tento druh vodíkovej bomby je štiepno-fúzno-štiepny prístroj; typicky jedna časť celkového energetického výťažku je výsledkom fúzie , druhá polovica časť je výsledkom štiepenia. Štiepenie veľkého množstva uránu zanecháva zvyšky vysoko rádioaktívnych produktov štiepenia; preto štiepno-fúzno-štiepne bomby sú špinavé, t.j., vytvárajú veľké množstvo rádioaktívneho spádu.

Celkový energetický výťažok vodíkovej bomby je v rozsahu jedného alebo niekoľkých megaton – zhruba tisícnásobný výťažok atómovej bomby. Výbuchy do 60 megaton byli vyskúšané s ohromnými úspechmi, a nevzdajú sa žiadne obmedzenia v samovražednom šialenstve, v ktorom Nás príroda nechala mať úspech.

To ma doviedlo na koniec mojej prezentácie. Ďakujem vám za vašu pozornosť a ak máte akékoľvek otázky, Rád na ne odpoviem.

	Tento článok bol vytlačený zo stránky https://referaty.centrum.sk

Nukleárne zbrane