[ Pobierz całość w formacie PDF ]
BOMBA ATOMOWA
Wydaje się, iż w zasadzie zbudowanie bomby atomowej nie
powinno stwarzać większego problemu. Jest to jednak
pogląd mylny, tak na prawdę nie wystarczy tylko trochę
uranu, czy innego materiału rozszczepialnego, i szczere (?!)
chęci. Oto elementarne prawa, które naukowcy musieli wziąć
pod uwagę i rozwiązać przy konstruowaniu broni opierającej
się o procesy rozszczepienia:
1) przed detonacją materiał rozszczepialny musi być
przechowywany w postaci podkrytycznej
2) podczas łączenia materiału rozszczepialnego w masę
krytyczną należy chronić go przed promieniowaniem
neutronowym
3) należy zbombardować masę (nad)krytyczną neutronami w
najbardziej optymalnym momencie
4) nie wolno dopuścić do wybuchu materiału rozszczepialnego
dopóki rozszczepienie się nie zakończy.
Rozwiązanie pierwszych trzech problemów utrudnia
obecność naturalnie występujących neutronów. Chociaż
promieniowanie kosmiczne generuje małą ilość neutronów,
prawie wszystkie z nich dają początek samoistnemu
rozszczepieniu. Ponadto jądra materiału rozszczepialnego
ulegają okresowo samoistnemu rozszczepieniu bez udziału
neutronów zewnętrznych. Oznacza to, że sam materiał
rozszczepialny emituje pewną ilość neutronów.
Otrzymywanie masy krytycznej
Kluczem do spełnienia dwóch pierwszych warunków jest fakt,
iż masa krytyczna (lub nadkrytyczna) materiału
rozszczepialnego jest odwrotnie proporcjonalna do
kwadratu jego gęstości.
Dwa główne procesy wykorzystujące te zjawisko to: implozja
i tzw. działo. Implozja jest bardzo szybkim i skutecznym
procesem, wymaga jednak dużej dokładności. Działo
natomiast jest dużo wolniejsze, mniej jednak skomplikowane.
Implozja
Proces ten polega na kompresji kulistego (czasami
cylindrycznego) materiału podkrytycznego poprzez
specjalnie przeznaczonych silnych eksplozji. Implozja działa
przez inicjację detonacji materiałów wybuchowych
znajdujących się na zewnętrznej stronie, w ten sposób, iż
fala wybuchu przesuwa się do wewnątrz. Ostrożne
zaprojektowanie pozwala na uzyskanie gładkiej,
symetrycznej fali. Fala ta jest przenoszona do rdzenia
rozszczepialnego i kompresuje go, podnosząc gęstość do
punktu (nad)krytycznego.
Implozja może być użyta zarówno do kompresji
jednorodnego rdzenia materiału rozszczepialnego, jak i
rdzenia wydrążonego, w którym materiał rozszczepialny
tworzy skorupę. Lite metale są kompresowane przez potężną
falę wybuchu. Wysoko wydajny wybuch może stworzyć falę
implozyjną podnoszącą ciśnienie do jednego megabara (milion
atmosfer). Może zatem zbliżyć atomy bliżej siebie
zwiększając gęstość dwukrotnie lub nawet więcej
(teoretycznie granicą fali implozyjnej w próżni jest
czterokrotna kompresja, praktycznie granica ta jest zawsze
niższa).
Dwukrotna kompresja (czyli taka, która zwiększa gęstość
dwukrotnie) może zbliżyć drobną masę podkrytyczną do
prawie czterokrotnej masy krytycznej. Pierwszymi bombami
korzystającymi z implozji był Gadget, pierwsza bomba jaką
kiedykolwiek testowano, i Fatman, bomba atomowa zrzucona
na Nagasaki.
Jest jeszcze jeden ważny efekt kompresji. Zwiększenie
gęstości redukuje średnią swobodną ścieżkę neutronów
(czyli przeciętną drogę, jaką muszą przebyć neutrony zanim
zostaną przyciągnięte przez jądro), która jest odwrotnie
proporcjonalna do gęstości. To z kolei zmniejsza czas, jaki
jest potrzebny na całą reakcję, zwiększając tym samym ilość
materiału, który ulegnie rozszczepieniu zanim bomba
eksploduje. I tu dochodzimy do najważniejszego wniosku -
implozja znacznie podnosi skuteczność bomby.
Główne korzyści, jakie osiąga się z stosowania implozji, to:
1) szybkie łączenie ładunków podkrytycznych - dopuszcza to
stosowanie materiałów o dużej liczbie samoistnych
rozszczepień (np. plutonu)
2) dzięki wysokiemu ciśnieniu zwiększa się efektywność
bomby, a co za tym idzie możliwym staje się tworzenie
głowic z relatywnie małą ilością materiału rozszczepialnego
3) zmniejszenie wagi bomby - w najlepszych przypadkach
wystarczy tylko kilka kilogramów ładunku konwencjonalnego
do skompresowania rdzenia.
Działo
Tworzenie masy krytycznej poprzez wszczepianie jednej
części materiału rozszczepialnego w drugi jest metodą
oczywistą i było pierwszą rozwiniętą metodą tego typu
przeznaczoną dla bomb atomowych. Nie jest już jednak
oczywiste w jaki sposób połączyć dwie masy podkrytyczne,
aby otrzymać równowartość trzech mas krytycznych.
Jak się okazuje można tego łatwo dokonać.
Wyobraź sobie kulę będącą odpowiadającą trzem masą
krytycznym materiału rozszczepialnego. Teraz usuń rdzeń
[ Pobierz całość w formacie PDF ]