2024. március 28., csütörtök

Gyorskeresés

Útvonal

Cikkek » Akármi rovat

Nukleáris fegyverek

Az atommagok hasadása vagy fúziója során felszabaduló energiát felhasználó fegyver.

[ ÚJ TESZT ]

Bevezető, elmélet

Igyekszem technikai szemszögből megközelíteni ezeket a veszélyes szerkezeteket, valahol félúton a "dobjunk rájuk atomot" illetve "egy atomtól kipusztulnak a tündibündi fókák" vélemények között. Kérnék minden sötétzöldet, politikai felbujtót, elvakult militaristát és más szemellenzőst, hogy most zárja be az ablakot.

Elmentek a lányok? Most már beszélhetünk a bombákról. Az egyes fejezetek a minimumot tartalmazzák, néhol kicsit konyhanyelven. Akit mélyebben érdekel az adott téma, ajánlom becses figyelmébe a cikk végén található linkeket. A hivatkozásokat igyekszem jelölni valahogy így: [1] Pár alap adat, hogy érthető legyen:

neutron - töltés nélküli részecske, az atom magjában található (kivéve, ha éppen hasad valami)
proton - pozitív töltésű részecske, szintén atommagban
elektron - negatív töltésű részecske
atommag - protonok és neutronok együttese, ami körül az elektronok keringenek. A protonok száma határozza meg, hogy milyen elemről beszélünk
izotóp - Atomok különböző tömegszámú (neutronok számában térhetnek el, mert a protonok száma nem változhat), de azonos rendszámú előfordulásai, amelyek a periódusos rendszerben mind ugyanazon a helyen vannak. Az elem különböző izotópjainak tömege eltérő.

Egy kis fizika

Igyekszem nem nagyon erőltetni, megkímélek mindenkit a képletektől, amennyire lehet. Az első és legfontosabb, hogy miből lesz nekünk sok-sok energiánk. Einstein bácsi már régen felírta, hogy az energia egyenlő a tömeg és a fénysebesség négyzetének szorzatával. Mivel a fénysebességet (vákuumban) állandóként használjuk, így marad a tömeg, amiből energiát állíthatunk elő. Két jelenleg ismert módon tudunk tömeget energiává konvertálni: maghasadással és fúzióval.

Maghasadás akkor jön létre, ha nehéz elemek neutront fognak be, majd ennek hatására instabillá válva két részre esnek szét. [1] A hasadás során neutronokat - és energiát - bocsájtanak ki. Megfelelő feltételek mellett az emittált neutronok újabb magok hasadásához vezetnek, amik újabb magokat hasítanak szét... Ezt az önfenntartó folyamatot láncreakciónak hívjuk. Atomreaktorokban a neutronok egy részét elnyeletve stabil környezetet teremtünk, ahol egy hasadásra egy befogott neutron jut, ami alkalmas energiatermelésre. A cikkben azonban az az érdekes, amikor szuper-kritikus módon egy hasadásra több olyan neutron jut, ami megint széthasít egy újabb magot. Ilyenkor egy hatványozottan növekvő görbét rajzolhatnánk fel, ami egyre több energiát termel hihetetlen kis idő alatt. Ez a reakció - pontosabban a termelt energia - végül szétveti az egész szerkezetet.

Ezzel meg is van, hogy mi kell egy atombombához:

- Hasadóanyag, ami alkalmas láncreakcióra (pl. PU-239 átlagosan 2.95 N/hasadás, U-235 2.43 N/hasadás)
- Szuper-kritikus tömeg elérése adott jelre nagy sebességgel
- Nagyon gyors reakció, ami a lehető legtöbb generációt teszi lehetővé mielőtt szétrepül a hasadóanyag
- Ha lehet valami ház, ami a lehetőleg minél tovább összetartja a hasadóanyagot (Nehéz, vastag mondjuk Urán, Wolfram, Wolfram-karbid, de akár acél is lehet.)
- Neutron forrás, mint gyújtógyertya

Fúzió során könnyű elemek atomjai ütköznek plazma állapotban és állnak össze egy új elemmé. [2] Melléktermékként energia, illetve szabad részecskék keletkeznek. Az alábbi reakciókat használják jellemzően a termonukleáris fegyverekben. D - deutérium, T - trícium, He - Hélium, Li - Lítium izotópok, MeV energia, n - neutron, p - proton

1. D + T = He-4 + n + 17.588 MeV
2. D + D = He-3 + n + 3.268 MeV
3. D + D = T + p + 4.03 MeV
4. He-3 + D = He-4 + p + 18.34 MeV

neutron befogással létrejövő reakciók:

5. Li-6 + n = T + He-4 + 4.78 MeV
6. Li-7 + n = T + He-4 + n - 2.47 MeV

Az első reakciót lehet a legkönnyebben begyújtani, erre egy atombombában uralkodó hőmérséklet (50-100millió fok) is alkalmas. A problémák ott kezdődnek, hogy a trícium előállítása nagyon költséges, ráadásul rövid a felezési ideje, így folyamatosan cserélni kell és még erősen sugároz is. Kezelését nehezíti, hogy gáz halmazállapotú. Az 5-ös reakcióval viszont viszonylag könnyen elő tudjuk állítani, ha Litiumhidrátot használunk (Li-6 és D) A tervezésnél figyelembe kell venni, hogy a Li-6 bomlásához időre van szükség. A hátrányok mellett van előnye is. A létrejövő neutron nagy (180 MeV) energiájú, ami a bomba köpenyében használt lemerített uránban is képes reakciót elindítani. Az így tuningolt (boosted) bombák hatóereje kb. a duplája az eredetinek.

A deutérium alapú reakcióknak a legnagyobb előnye, hogy gyakorlatilag korlátlan mennyiségben van földünkön alapanyag a tengerben és könnyen elkülöníthető (nehézvíz). Azonban a 2. és 3. transzmutáció nehezebben indítható be és a reakció sebessége is sokkal kisebb. A megoldás az, hogy az anyagot jól összenyomjuk és felhevítjük. A gyakorlati megvalósításról a következő oldalon olvashattok.

Alkotóanyagok

Az uránt a földből kibányászott uránszurokércből vonják ki. [3] A 235-ös izotóp mennyisége 0.711% alatt van az előállított fémben, így fel kell dúsítani. Először a fémet Urán-fluoriddá (UF6) alakítják. Mivel a fluornak csak egy izotópja van, lehetséges a diffúziós vagy tömeg alapú szeparáció is. A Manhattan projectben több módszerrel is kísérleteztek, de nagyobb mennyiségben a centrifugás szétválasztást használták. Forgásba hozva az UF6 gázt ugyanúgy szétválnak az urán izotópok, mint mikor a csészében kevergetjük a koktélt. [4] A valóságban a gázt felhevítve hosszú hengerekben pörgetik, amitől a henger közepén és szélén szétválnak a könnyebb és nehezebb urán izotópok. Persze a dúsulás csak minimális mértékű, ezért a műveletet sokszor végzik el az egyre nagyobb U-235 tartalmú anyagon. Belátható, hogy a megfelelő mennyiséghez sok centrifuga kell. A centrifugák anyaga nagyon kritikus, mert egyrészt a hangsebességhez közel van a faluk pörgés közben, másrészt az UF6 is eléggé reakció képes. A hírekben hallhatjátok, hogy Irán pont ilyen dúsító farmon mesterkedik. Az elmúlt 55 évben sok más módszert is ki dolgoztak, például diffúziós, lézeres (Izrael), vortex (Dél-Afrika)... A visszamaradó 235-ben szegény uránt hívják depleted, azaz kimerített, lemerített... uránnak. Nagy sűrűsége miatt jó a bomba házához, páncéltörő lövedéknek...

Plutónium 239 a természetben nem fordul elő. Lemerített uránt (U-238) lassú neutronokkal bombázva viszont könnyedén előállítható, majd kémiai úton szeparálható. Mint tudjuk U-238, mint melléktermék van rogyásig. Apró probléma, hogyha hosszabb ideig tartjuk besugárzás alatt, akkor felszaporodik a Pu-240. A 240-es izotóppal az a baj, hogy nagyon aktívan bomlik, így a bombában robbantáskor a reakciót már akkor is spontán beindulhat, amikor még nem érte el a maximális kritikusságot az anyag, ezzel bombánk teljesítménye kisebb lesz. A megoldás, hogy kell egy tenyésztő reaktor, amiben az enyhén dúsított rudakat könnyedén, leállás nélkül tudjuk cserélni, így csak Pu-239-et termelve. Az orosz típusok jellemzője a grafit moderátor volt. Hmmmm, hol már láthattunk ilyet_ Igen, Csernobilban, ahol az elektromos áram melléktermékeként kis Pu-239 is keletkezett.

Deutériumot a természetben előforduló víz is tartalmaz. A dúsítás többször ismételt desztillációval, vagy elektrolízissel lehetséges. Nem rocket science. A második világháborúban (Norvégiában) a Harmadik Birodalom hektószám termelt nehézvizet, amit az angolszászok jól fel is robbantottak.

Burkolat (Itt az angol tampers-t értem alatta, nem a külső burkolatot) Mint említettem nagyon fontos, hogy egyben tartsuk az anyagot, amíg lehetséges. Erre a legnehezebb fémek alkalmasak. Ha egy thermonukleáris töltet felrobban, a házat elpárologtatja a sugárzás. Ilyenkor a ház atomjainak tehetetlensége biztosítja a szükséges időt, hogy ne repüljön szét az egész idő előtt. Az anyag választás nagyon fontos. Az acél, vagy Wolfram reflektorként is jól funkcionál, míg a lemerített urán másodlagos bomlása megtöbbszörözheti a bomba erejét.

Reflektor [5] Kicsit gondoljunk az autónk reflektorára. Az izzó mögött egy tükör van, ami visszaveri megfelelő irányba a fényt. Ugyanez igaz a neutronokra is, azokat is vissza lehet reflektálni a hasadóanyagba, így növelve a hatásfokot, illetve csökkentve a kritikus tömeghez szükséges hasadóanyag mennyiséget. Nagyon jó anyag a berillium, illetve jól használható az U-238, wolfram karbid, de még az acél is. Uránium tampernél előny, hogy a reflektor másodlagosan még kicsit hasad is, további energiát termelve. A táblázatban látható, hogy pár cm Berylium milyen mértékben csökkenti a hasadóanyag igényt.

Beryllium Alpha fázisú Pu Kritikus tömeg(d = 19.25)
Vastagság (cm) (kg)
0.00 10.47
5.22 5.43
21.0 3.22

A cikk még nem ért véget, kérlek, lapozz!

Azóta történt

  • Atomerőművek

    Az atomreaktorokban szabályozott nukleáris láncreakció zajlik, amit több módon is kihasználhatunk.

Hirdetés

Copyright © 2000-2024 PROHARDVER Informatikai Kft.