Od konca najhujše vojne v zgodovini človeštva sta minila nekaj več kot dva meseca. In tako je 16. julija 1945 ameriška vojska testirala prvo jedrsko bombo, mesec pozneje pa na tisoče prebivalcev japonskih mest umre v atomskem peklu. Od takrat se jedrsko orožje in sredstva za njegovo dostavo do ciljev nenehno izboljšujejo že več kot pol stoletja.
Vojska je želela imeti na razpolago tako super zmogljivo strelivo, ki z enim udarcem pomete z zemljevida cela mesta in države, kot tudi ultra-majhna, ki se spravijo v aktovko. Takšna naprava bi spravila sabotažno vojno na raven brez primere. Tako pri prvem kot pri drugem so bile nepremostljive težave. Razlog za to je tako imenovana kritična masa. Vendar pa najprej najprej.
Tako eksplozivno jedro
Če želite razumeti, kako delujejo jedrske naprave in razumeti, kaj se imenuje kritična masa, se vrnimo za nekaj časa k mizi. Iz šolskega tečaja fizike se spomnimo preprostega pravila: naboji z istim imenom se odbijajo. Na istem mestu v srednji šoli dijakom pripovedujejo o zgradbi atomskega jedra, ki ga sestavljajo nevtroni, nevtralni delci inpozitivno nabiti protoni. Toda kako je to mogoče? Pozitivno nabiti delci so tako blizu drug drugemu, da morajo biti odbojne sile ogromne.
Znanost se ne zaveda popolnoma narave intranuklearnih sil, ki držijo protone skupaj, čeprav so bile lastnosti teh sil precej dobro raziskane. Sile delujejo le na zelo blizu. A vredno je vsaj malo ločiti protone v vesolju, saj začnejo prevladovati odbojne sile, jedro pa se razbije na koščke. In moč takšne ekspanzije je resnično kolosalna. Znano je, da moč odraslega moškega ne bi bila dovolj za zadrževanje protonov samo enega samega jedra svinčevega atoma.
Česa se je bal Rutherford
Jedra večine elementov periodnega sistema so stabilna. Vendar, ko se atomsko število poveča, se ta stabilnost zmanjša. Gre za velikost jeder. Predstavljajte si jedro atoma urana, sestavljeno iz 238 nuklidov, od tega 92 protonov. Da, protoni so v tesnem stiku med seboj in intranuklearne sile varno cementirajo celotno strukturo. Toda odbojna sila protonov, ki se nahajajo na nasprotnih koncih jedra, postane opazna.
Kaj je počel Rutherford? Atome je bombardiral z nevtroni (elektron ne bo šel skozi elektronsko lupino atoma, pozitivno nabit proton pa se zaradi odbojnih sil ne bo mogel približati jedru). Nevtron, ki vstopi v jedro atoma, povzroči njegovo cepitev. Dve ločeni polovici in dva ali trije prosti nevtroni sta se razleteli.
Ta razpad je zaradi ogromne hitrosti letečih delcev spremljalo sproščanje ogromne energije. Pojavile so se govorice, da je Rutherford celo želel skriti svoje odkritje, saj se je bal njegovih možnih posledic za človeštvo, a to najverjetneje ni nič drugega kot pravljica.
Kaj ima torej masa opraviti s tem in zakaj je kritična
Pa kaj? Kako lahko s tokom protonov obsevamo dovolj radioaktivne kovine, da povzročimo močno eksplozijo? In kaj je kritična masa? Gre za tistih nekaj prostih elektronov, ki letijo iz "bombardiranega" atomskega jedra, ti pa bodo ob trku z drugimi jedri povzročili njihovo cepitev. Začela se bo tako imenovana jedrska verižna reakcija. Vendar pa bo izstrelitev izjemno težavna.
Preverite lestvico. Če vzamemo jabolko na mizo kot jedro atoma, potem bo treba, da bi si predstavljali jedro sosednjega atoma, isto jabolko nositi in dati na mizo niti v sosednji sobi, ampak … v sosednji hiši. Nevtron bo velik kot češnjevo seme.
Da oddani nevtroni ne bi zaman odleteli izven uranovega ingota in bi jih več kot 50% našlo tarčo v obliki atomskih jeder, mora imeti ta ingot ustrezno velikost. To je tisto, kar imenujemo kritična masa urana - masa, pri kateri več kot polovica oddanih nevtronov trči z drugimi jedri.
Pravzaprav se zgodi v trenutku. Število razcepljenih jeder raste kot plaz, njihovi drobci hitijo v vse smeri s hitrostjo, primerljivo shitrost svetlobe, raztrganje zraka, vode, katerega koli drugega medija. Zaradi njihovih trkov z okoljskimi molekulami se območje eksplozije v trenutku segreje na milijone stopinj in izžareva toploto, ki sežge vse na območju nekaj kilometrov.
Nenadoma segreti zrak se v trenutku razširi in ustvari močan udarni val, ki odnese zgradbe s temeljev, prevrne in uniči vse na svoji poti … to je slika atomske eksplozije..
Kako to izgleda v praksi
Naprava atomske bombe je presenetljivo preprosta. Obstajata dva ingota urana (ali druge radioaktivne kovine), od katerih je vsak nekoliko manjši od kritične mase. Eden od ingotov je narejen v obliki stožca, drugi je krogla z luknjo v obliki stožca. Kot lahko uganete, ko se obe polovici združita, dobimo kroglo, v kateri je dosežena kritična masa. To je standardna preprosta jedrska bomba. Dve polovici sta povezani z običajnim nabojem TNT (stožec je zastreljen v kroglo).
Vendar ne mislite, da lahko kdorkoli sestavi takšno napravo "na kolenu". Trik je v tem, da mora biti uran, da bi bomba eksplodirala, zelo čist, prisotnost nečistoč je praktično nič.
Zakaj ni atomske bombe velikosti škatlice cigaret
Vse iz istega razloga. Kritična masa najpogostejšega izotopa urana 235 je približno 45 kg. Eksplozija te količine jedrskega goriva je že katastrofa. In narediti eksplozivno napravo z manjkoličina snovi je nemogoča - preprosto ne bo delovalo.
Iz istega razloga ni bilo mogoče ustvariti super-močnih atomskih nabojev iz urana ali drugih radioaktivnih kovin. Da bi bila bomba zelo močna, je bila narejena iz ducata ingotov, ki so ob detonaciji detonacijskih nabojev hiteli v središče in se povezovali kot pomarančne rezine.
Toda kaj se je pravzaprav zgodilo? Če sta se iz nekega razloga dva elementa srečala tisočinko sekunde prej kot druga, je bila kritična masa dosežena hitreje, kot bi ostali "prišli pravočasno", do eksplozije ni prišlo pri moči, ki so jo pričakovali oblikovalci. Problem supermočnega jedrskega orožja je bil rešen šele s prihodom termonuklearnega orožja. Toda to je nekoliko drugačna zgodba.
Kako deluje miroljubni atom
Jedrska elektrarna je v bistvu ista jedrska bomba. Samo ta "bomba" ima gorivne elemente (gorivne elemente) iz urana, ki se nahajajo na neki razdalji drug od drugega, kar jim ne preprečuje izmenjave nevtronskega "udara".
Gorivni elementi so izdelani v obliki palic, med katerimi so krmilne palice iz materiala, ki dobro absorbira nevtrone. Načelo delovanja je preprosto:
- regulacijske (absorbirajoče) palice so vstavljene v prostor med uranovimi palicami - reakcija se upočasni ali popolnoma ustavi;
- kontrolne palice so odstranjene iz cone - radioaktivni elementi aktivno izmenjujejo nevtrone, jedrska reakcija poteka intenzivneje.
Dejansko se je izkazalo, da je ista atomska bomba,pri katerem je kritična masa dosežena tako gladko in je regulirana tako jasno, da ne vodi do eksplozije, ampak le do segrevanja hladilne tekočine.
Čeprav na žalost, kot kaže praksa, človeški genij ni vedno sposoben zajeziti te ogromne in uničujoče energije - energije razpada atomskega jedra.
