Atoombom splijtingsapparaat

Atoombom, ook wel atoombom genoemd, wapen met grote explosieve kracht dat het gevolg is van het plotseling vrijkomen van energie bij het splitsen of splijten van de kernen van een zwaar element zoals plutonium of uranium.

De eigenschappen en effecten van atoombommen

Wanneer een neutron de kern van een atoom van de isotopen uranium-235 of plutonium-239 raakt, zorgt het ervoor dat die kern in twee fragmenten splitst, die elk een kern zijn met ongeveer de helft van de protonen en neutronen van de oorspronkelijke kern. Tijdens het splitsen komt een grote hoeveelheid thermische energie vrij, evenals gammastraling en twee of meer neutronen. Onder bepaalde omstandigheden slaan de ontsnappende neutronen toe en splijten zo meer van de omringende uraniumkernen, die vervolgens meer neutronen uitstoten die nog meer kernen splitsen. Deze reeks snel vermenigvuldigende splijtingen mondt uit in een kettingreactie waarbij bijna al het splijtbare materiaal wordt verbruikt, waarbij een explosie ontstaat van een zogenaamde atoombom.

Veel isotopen van uranium kunnen splijting ondergaan, maar uranium-235, dat van nature voorkomt in een verhouding van ongeveer een deel per 139 delen van het isotoop uranium-238, ondergaat gemakkelijker splijting en zendt meer splijtstoffen uit per splijting dan andere dergelijke isotopen. Plutonium-239 heeft dezelfde eigenschappen. Dit zijn de belangrijkste splijtstoffen die worden gebruikt in atoombommen. Een kleine hoeveelheid uranium-235, zeg 0,45 kg (1 pond), kan geen kettingreactie ondergaan en wordt daarom een ​​subkritische massa genoemd; dit komt omdat gemiddeld genomen de neutronen die vrijkomen door een splijting, waarschijnlijk de assemblage verlaten zonder een andere kern te raken en deze splijten. Als er meer uranium-235 aan de assemblage wordt toegevoegd, wordt de kans groter dat een van de vrijgekomen neutronen een andere splijting veroorzaakt, omdat de ontsnappende neutronen meer uraniumkernen moeten doorkruisen en de kans groter is dat een van hen tegen een andere kern botst en delen. Op het moment dat een van de door een splijting geproduceerde neutronen gemiddeld een andere splijting zal veroorzaken, is kritische massa bereikt en zal een kettingreactie en dus een atoomexplosie ontstaan.

In de praktijk moet een samenstel van splijtbaar materiaal extreem plotseling van een subkritische naar een kritische toestand worden gebracht. Een manier om dit te doen is door twee subkritische massa's samen te brengen, waarna hun gecombineerde massa een kritische massa wordt. Dit kan praktisch worden bereikt door met hoge explosieven twee subkritische naaktslakken van splijtbaar materiaal samen in een holle buis te schieten. Een tweede gebruikte methode is die van implosie, waarbij een kern van splijtbaar materiaal plotseling wordt samengedrukt tot een kleinere maat en dus een grotere dichtheid; omdat het dichter is, zijn de kernen dichter opeengepakt en is de kans groter dat een uitgezonden neutron een kern raakt. De kern van een atoombom van het implosietype bestaat uit een bol of een reeks concentrische granaten van splijtbaar materiaal omgeven door een mantel van hoge explosieven, die, terwijl ze tegelijkertijd tot ontploffing komen, het splijtbare materiaal onder enorme druk implodeert tot een dichtere massa die onmiddellijk wordt bereikt kriticiteit. Een belangrijk hulpmiddel bij het bereiken van kriticiteit is het gebruik van een stamper; dit is een mantel van berylliumoxide of een andere stof die het splijtbare materiaal omgeeft en een deel van de ontsnappende neutronen weerkaatst in het splijtbare materiaal, waar ze dus meer splijtingen kunnen veroorzaken. Bovendien bevatten apparaten met "versterkte splijting" dergelijke fuseerbare materialen als deuterium of tritium in de splijtingskern. Het versmeltbare materiaal bevordert de splijtingsexplosie door een overvloed aan neutronen te leveren.

Splijting geeft een enorme hoeveelheid energie vrij in verhouding tot het betrokken materiaal. Wanneer volledig gespleten, geeft 1 kg (2,2 pond) uranium-235 de energie vrij die equivalent wordt geproduceerd door 17.000 ton of 17 kiloton TNT. Bij de ontploffing van een atoombom komen enorme hoeveelheden thermische energie of warmte vrij, waardoor in de exploderende bom zelf temperaturen van enkele miljoenen graden worden bereikt. Deze thermische energie creëert een grote vuurbal, waarvan de hitte grondbranden kan doen ontbranden die een hele kleine stad kunnen verbranden. Convectiestromen die door de explosie worden veroorzaakt, zuigen stof en andere grondmaterialen omhoog in de vuurbal, waardoor de karakteristieke paddenstoelvormige wolk van een atoomexplosie ontstaat. De ontploffing veroorzaakt ook onmiddellijk een sterke schokgolf die zich vanaf de ontploffing naar buiten voortplant naar afstanden van enkele kilometers, waarbij de kracht onderweg geleidelijk aan verloren gaat. Zo'n explosiegolf kan gebouwen enkele mijlen van de locatie van de burst vernietigen.

Er worden ook grote hoeveelheden neutronen en gammastralen uitgezonden; deze dodelijke straling neemt snel af over 1,5 tot 3 km (1 tot 2 mijl) vanaf de burst. Materialen die in de vuurbal zijn verdampt, condenseren tot fijne deeltjes en dit radioactieve puin, ook wel fall-out genoemd, wordt gedragen door de winden in de troposfeer of stratosfeer. De radioactieve verontreinigingen omvatten dergelijke langlevende radio-isotopen als strontium-90 en plutonium-239; zelfs een beperkte blootstelling aan de gevolgen in de eerste paar weken na de explosie kan dodelijk zijn en elke blootstelling verhoogt het risico op het ontwikkelen van kanker.