De ce este încă atât de greu să faci arme nucleare?

Primul test de arme nucleare, numit cod „Treime„a avut loc în deșertul New Mexico la 5:30 am la 16 iulie 1945. Acest test a fost o dovadă a conceptului pentru știința nucleară secretă care a avut loc la Los Alamos ca parte a Proiectul Manhattan în timpul celui de -al Doilea Război Mondial și ar duce la abandonarea bombelor atomice Hiroshima și NagasakiJaponia, doar câteva săptămâni mai târziu.

De la aceste detonații, dezvoltarea armelor nucleare s -a accelerat. Țările din întreaga lume și -au construit propriile Stocuri nucleareinclusiv peste 5.000 de focoase nucleare deținute de SUA

Cu toate acestea, chiar dacă componentele de bază ale acestei tehnologii nu mai sunt secrete, dezvoltarea armelor nucleare rămâne o provocare științifică și inginerească. Dar de ce armele nucleare sunt încă atât de dificil de produs?

O mare parte din dificultate vine din derivarea elementelor chimice utilizate în aceste arme pentru a crea o explozie, Hans Kristensena declarat directorul proiectului de informații nucleare la Federația de oameni de știință americani, Live Science într -un e -mail.

„Această idee de bază a unei explozii nucleare este aceea nucleară [fissile] Materialele sunt stimulate să -și elibereze energia enormă „, a spus el. [and] Această producție necesită o capacitate industrială considerabilă. „

Înrudite: Câte bombe nucleare au fost folosite?

Enormul eliberare de energie se numește reacție de fisiune nucleară. Când apare această reacție, o reacție în lanț începe acolo unde atomi sunt împărțite pentru a elibera energie. Acesta este același tip de reacție care face energie nucleară posibil.

Îmbogățirea uraniului și a plutoniului

Materialul fisil din interiorul unei bombe nucleare este în primul rând izotopi de uraniu și plutoniu, care sunt elemente radioactive, Matthew Zerphya declarat profesor de practică în inginerie nucleară la Penn State, Live Science. Cel mai frecvent izotop al uraniului, uraniu-238 (U-238), este extras și apoi trece printr-un proces de îmbogățire pentru a transforma o porțiune într-un alt izotop, uraniu-235 (U-235), care poate fi mai ușor utilizat în reacțiile nucleare.

„O modalitate de a îmbogăți uraniul este să -l transformi într -un gaz și să -l rotiți foarte rapid în centrifuge”, a spus Zerphy. „Din cauza diferenței de masă între U-235 și U-238, izotopii sunt împărțiți și puteți separa U-235.”

Pentru uraniu de calitate de arme, 90% dintr-un eșantion U-238 trebuie transformat în U-235, a spus Zerphy. Cea mai provocatoare parte a acestui proces, care poate dura săptămâni până la luni, este transformarea chimică a elementului în sine, care necesită energie intensivă și echipamente specializate. Unul Pericol chimic În timpul acestui proces este posibilul eliberare de uraniu hexafluorude (UF₆), a substanță foarte toxică Acest lucru, dacă este inhalat, poate deteriora rinichii, ficatul, plămânii, creierul, pielea și ochii.

Procesul de îmbogățire a plutoniului în același grad este și mai dificil, a spus el, deoarece acest element nu apare în mod natural așa cum face uraniul. În schimb, plutoniul este un produs secundar al reactoarelor nucleare, ceea ce înseamnă să folosească plutoniu, oamenii de știință trebuie să se ocupe de combustibilul nuclear radioactiv, cheltuit și să proceseze materialul prin depunerea chimică „intensă”. Prelucrarea acestui material poate reprezenta, de asemenea, un risc de siguranță dacă a Liturghie critică este colectat accidental, a spus Zerphy, care este cea mai mică cantitate de materiale fisile necesare pentru a susține o reacție de fisiune care se auto-susține.

„Ați fi foarte atent să nu aveți acest lucru în timp ce sunteți în proces de a face aceste componente pentru a vă asigura că lucrurile nu sunt reunite din neatenție și să intre într -un fel de critică”, a spus el, ceea ce ar putea duce la o explozie accidentală.

Înrudite: De ce bomba atomică a căzut pe Hiroshima a lăsat umbre de oameni gravate pe trotuare?

Deși principiile științifice de a reuni aceste componente sunt bine înțelese, crearea și controlul acestei reacții într -o fracțiune de secundă pot fi încă dificile.

„Armele sunt concepute astfel încât atunci când sunt detonate, o masă„ supercritică ”de material fisil este creată foarte repede … într -un spațiu foarte mic”, a spus Zerphy. „Acest lucru determină o creștere exponențială a numărului de fisii răspândite în întregul material aproape instantaneu.”

Această răspândire rapidă a fisiunii atomice este o mare parte din ceea ce face o reacție nucleară atât de distructivă, a spus el.

În cazul armelor termonucleare, care au fost dezvoltate după al doilea război mondial și folosesc o combinație de ambele nucleare fisiune și fuziune Pentru a crea o explozie și mai puternică, o reacție standard de fisiune trebuie apoi să stârnească o reacție de fuziune secundară și mai puternică. Această reacție de fuziune este același tip de putere găsită în centrul soarelui.

Testarea armelor nucleare

Odată ce aceste arme sunt create, oamenii de știință și inginerii trebuie să fie siguri că armele vor funcționa după cum este necesar, dacă ar fi folosite vreodată. Când au fost dezvoltate pentru prima dată armele nucleare, oamenii de știință ar testa armele în sine pe site -urile de testare (care a devastat mediul zonelor „pustii” unde au fost testate, precum și oameni și animale care locuiau în apropiere) În schimb, testarea modernă a armelor se bazează pe modelele de calculator. Aceasta face parte din munca depusă de Administrația Națională de Securitate Nucleară (NNSA).

„NNSA… Dezvoltați[s] Instrumente pentru calificarea componentelor armelor și certificarea armelor, asigurându -le supraviețuirea și eficacitatea lor în diverse scenarii „, a declarat un purtător de cuvânt al NNSA Live Science într -un e -mail.

În cele din urmă, complexitatea și provocările construirii acestor arme pot explica de ce există atât de puțini superputeri nucleare în lume.

Chestionul tabelului periodic al elementelor: Câte elemente puteți numi în 10 minute?

Sarah este un jurnalist științific independent bazat pe DC interesat de întrebările filozofice ale științei și tehnologiei și modul în care cercetarea se intersectează cu viața noastră de zi cu zi. Lucrarea ei a apărut în mecanici populare, Spectrum IEEE, invers și natură, printre alte puncte de vânzare, și acoperă subiecte care variază de la AI până la fizica particulelor și călătorii spațiale. Are un master în jurnalism științific de la Universitatea Boston.