Differenza tra idrogeno e bomba di uranio

Differenza principale - Idrogeno contro la bomba dell'uranio

La teoria della relatività speciale ha completamente cambiato le idee classiche di massa, energia, tempo e altro. La famosa equazione di Einstein E = mc² ha rivelato un top secret tra massa ed energia, noto come equivalenza massa-energia. Secondo questa equazione, dovremmo essere in grado di convertire l'energia in massa e viceversa. 

Quando neutroni e protoni si combinano o si fondono in un nucleo, viene rilasciata un'incredibile quantità di energia. Quindi, la massa del nucleo risultante è inferiore a quella della massa totale delle sue particelle genitore. Questa riduzione della massa è data dall'equazione di Einstein. I fisici si resero conto che una grande quantità di energia poteva essere generata fondendo piccoli nuclei in nuclei pesanti o frenando nuclei pesanti in nuclei leggeri. Inoltre, hanno capito che questa energia poteva essere utilizzata per generare elettricità e anche per costruire bombe distruttive di massa.

I migliori carburanti per le bombe a fissione sono l'uranio e il plutonio mentre il miglior combustibile per progettare bombe a fusione è l'idrogeno. Come suggeriscono i nomi, le bombe all'uranio usano l'uranio come combustibile fissile mentre le bombe all'idrogeno usano l'idrogeno come combustibile. Nelle bombe all'uranio, l'energia viene rilasciata quando i nuclei di uranio si rompono in nuclei leggeri. Ma nelle bombe all'idrogeno, l'energia viene rilasciata quando i nuclei piccoli si fondono nei nuclei di He. Il differenza principale tra l'idrogeno e la bomba dell'uranio è così Le bombe all'uranio sono bombe a fissione nucleare mentre le bombe all'idrogeno sono bombe a fusione. Questo articolo si concentra sulle differenze tra l'idrogeno e la bomba all'uranio.

Cos'è la bomba all'idrogeno

Quando i nuclei leggeri si combinano in un nucleo pesante, la massa del nucleo risultante è inferiore alla massa totale dei suoi nuclei genitori. Quando si fondono, la perdita della massa viene convertita in energia secondo l'equazione di Einstein. Questa energia può essere utilizzata per generare elettricità. Sfortunatamente, la stessa idea può essere usata per creare una bomba a fusione perché una grande quantità di energia viene rilasciata in fusione.

L'elemento migliore come combustibile per la fusione è l'idrogeno. L'idrogeno ha tre isotopi cioè il protio, il deuterio e il trizio. Ma l'idrogeno è naturalmente un elemento gassoso. Per la reazione di fusione, è necessario raggiungere una temperatura molto elevata e una densità di combustibile molto elevata. Se l'Idrogeno viene usato come Idrogeno liquido, un meccanismo di raffreddamento deve essere accoppiato con la bomba che aggiunge un peso e un volume in più alla bomba. Quindi, l'idrogeno viene utilizzato sotto forma di LiD (deuteruro di litio) che è solido e quindi elimina la necessità di un meccanismo di raffreddamento.

Il deuterio e il trizio sono i migliori isotopi per la reazione di fusione. Utilizzando il deuterio come LiD, è possibile ottenere una densità di carburante molto elevata. L'altro vantaggio del deuterio è un isotopo stabile. L'abbondanza di Deuterio in natura è avvenuta idrogeno è circa lo 0,015%. Quindi, l'acqua è una buona fonte di deuterio.

In una bomba a fusione è necessaria una temperatura molto elevata (circa 10⁸ K) per la reazione di fusione. Quindi, una bomba a fissione viene usata nelle bombe a fusione per raggiungere tali temperature. Una volta che la bomba a fissione viene fatta detonare, viene raggiunta la temperatura richiesta. In altre parole, una bomba a fissione viene usata nelle bombe a fusione per accendere la bomba a fusione. Dopo la detonazione della bomba a fissione, inizia la reazione di fusione. Innanzitutto, un nucleo di Li assorbe un neutrone e fissioni in un nucleo di elio, un nucleo di trizio più energia. Successivamente, un nucleo di Deuterio si combina con un nucleo di trizio per produrre un nucleo di elio, un neutrone più energia. Quindi, la reazione generale può essere abbreviata nella seguente equazione.

D + Li → 2He + energia

Nella reazione di fusione di cui sopra, non vengono prodotti nuclei radioattivi. L'energia rilasciata per nucleone nella suddetta reazione di fusione è molto più alta di quella della reazione di fissione dell'uranio.

Cos'è una bomba all'uranio

L'uranio ha diversi isotopi come l'uranio-238, l'uranio-235 e l'uranio-239. Tuttavia, l'uranio-238 rappresenta il 99,7% dell'uranio presente in natura. L'uranio-239 è molto instabile, quindi la sua emivita è molto breve. Quindi decade presto in Plutonio. L'uranio-238 è l'isotopo di uranio più stabile. L'uranio-235 è instabile e la sua abbondanza naturale è intorno allo 0,72%.

Quando un atomo di uranio assorbe un neutrone, si rompe in due frammenti di fissione (due atomi più piccoli) più diversi neutroni. In questa reazione di fissione, un'enorme quantità di energia viene rilasciata come energia cinetica di frammenti di fissione e onde EM. Se i neutroni risultanti sono stati assorbiti da altri atomi di uranio, il processo diventa una reazione a catena che frena sempre più nuclei di uranio-235. Tuttavia, alcuni dei neutroni prodotti nel processo sfuggono al campione di uranio. Quindi quelli che fuggono dai neutroni non partecipano alla fissione nucleare. La frazione dei neutroni che sfuggono dal campione dipende dalla massa del campione. Per una reazione a catena, esiste una massa soglia per l'uranio chiamata massa critica. La massa critica è la massa minima di un combustibile fissile che deve essere presente per sostenere la reazione a catena una volta iniziata. Inoltre, se il campione di uranio è un naturale non arricchito, la maggior parte dei neutroni verrebbe assorbita dagli atomi di uranio-238 (poiché la sua abbondanza è di circa il 99,7%) che quindi produce Uranio-239. Quindi è uno spreco. Al fine di minimizzare il numero di neutroni che sono assorbiti dall'Uranio-238, la percentuale di Uranio-235 deve essere migliorata. Questo processo è chiamato arricchimento di uranio.

Una bomba nucleare dovrebbe essere in grado di rilasciare una grande quantità di energia nucleare in un istante. Quindi, sia la fuga di neutroni che il numero di neutroni assorbiti dall'uranio-238 devono essere ridotti il ​​più possibile. Questi requisiti vengono raggiunti utilizzando campioni di uranio altamente arricchito (HEU) con una massa maggiore della massa critica. Nelle bombe all'uranio, l'uranio è arricchito quasi fino al 90% di uranio-235.

Nelle moderne armi nucleari, un tubo sottovuoto ad alta tensione accoppiato con un piccolo acceleratore di particelle viene utilizzato come generatore di neutroni che è l'iniziatore della reazione a catena. La figura seguente mostra la struttura di base di una bomba all'uranio.

Prima della detonazione, il campione di uranio viene mantenuto come due parti separatamente ciascuna con una massa inferiore alla massa critica. La massa totale di questi due campioni supera la massa critica. Questa separazione ci consente di mantenere la bomba nello stato subcritico fino a quando non viene fatta detonare. In altre parole, la bomba non può sostenere una reazione a catena finché le due parti non si uniscono, poiché la massa di ciascun campione è inferiore alla massa critica.

In primo luogo, l'esplosivo convenzionale (TNT) viene fatto detonare che fa precipitare il proiettile di uranio e si combina con il bersaglio dell'uranio. Dopo che sono stati riuniti in un singolo campione di uranio, la sua massa supera la massa critica che porta a una reazione a catena e quindi a un'esplosione nucleare. Questa esplosione rilascia una grande quantità di energia sotto forma di energia cinetica di frammenti di fissione e radiazioni che bruciano le vittime. I frammenti di fissione risultanti sono anche quasi radioattivi. Quindi, ci sono molti problemi medici associati alla ricaduta radioattiva causata da un'esplosione nucleare.

Differenza tra idrogeno e bomba di uranio

Carburante:

Bomba all'uranio: La bomba all'uranio è alimentata dall'uranio-235.

Bomba all'idrogeno: Bomba all'idrogeno è alimentata daLiD (deuteruro di litio).

Iniziazione:

Bomba all'uranio: Una sorgente di neutroni viene utilizzata come iniziatore.

Bomba all'idrogeno: Le bombe all'idrogeno sono infiammate dalle bombe a fissione.

Reazioni nucleari:

Bomba all'uranio: Ci sono diversi percorsi di fissione per. Per un esempio,

Bomba all'idrogeno:

Combinando la prima e la seconda fase, otteniamo la reazione di fusione generale, 

Energia rilasciata per nucleone:

Bomba all'uranio: L'energia dipende dal percorso di fissione dell'uranio-235. Per il percorso di fissione di cui sopra, l'energia rilasciata per nucleone è ~ 0.70Mev

Bomba all'idrogeno: L'energia rilasciata per nucleone è ~ 2.8MeV (per LD)

Requisiti importanti:

Bomba all'uranio: La massa critica e una sorgente di neutroni sono i requisiti più importanti.

Bomba all'idrogeno: Temperatura molto alta intorno a 10⁸ Sono richiesti K e un'alta densità di carburante.

Fallout radioattivo:

Bomba all'uranio: Il fallout radioattivo è alto.

Bomba all'idrogeno: Il fallout radioattivo è inferiore.

Cortesia dell'immagine:

"Ivy Mike" di The Official CTBTO Photostream - Test nucleare atmosferico "Ivy Mike" - Novembre 1952 (CC BY 2.0) via Commons Wikimedia