Bombas atômicas e como elas funcionam

Existem dois tipos de explosões atômicas que podem ser facilitadas pelo urânio-235: fissão e fusão. A fissão, simplificando, é uma reação nuclear na qual um núcleo atômico se divide em fragmentos (geralmente dois fragmentos de massa comparável) emitindo o tempo todo de 100 milhões a várias centenas de milhões de volts de energia. Essa energia é expelida explosiva e violentamente na bomba atômica. Uma reação de fusão, por outro lado, geralmente é iniciada com uma reação de fissão. Mas, diferentemente da bomba de fissão (atômica), a bomba de fusão (hidrogênio) deriva seu poder da fusão de núcleos de vários isótopos de hidrogênio em núcleos de hélio.

Bombas atômicas

Sobre átomos

Os átomos são compostos de vários números e combinações das três partículas subatômicas: prótons, nêutrons e elétrons. Prótons e nêutrons se agrupam para formar o núcleo (massa central) do átomo, enquanto os elétrons orbitam o núcleo, como planetas ao redor do sol. É o equilíbrio e o arranjo dessas partículas que determinam a estabilidade do átomo.

Dividibilidade

A maioria dos elementos possui átomos muito estáveis, impossíveis de serem divididos, exceto pelo bombardeio em aceleradores de partículas. Para todos os efeitos práticos, o único elemento natural cujos átomos podem ser facilmente divididos é o urânio, um metal pesado com o maior átomo de todos os elementos naturais e uma relação nêutron / próton invulgarmente alta. Essa proporção mais alta não melhora sua "divisibilidade", mas tem uma influência importante em sua capacidade de facilitar uma explosão, tornando o urânio-235 um candidato excepcional à fissão nuclear.

Isótopos de urânio

Existem dois isótopos naturais de urânio. O urânio natural consiste principalmente no isótopo U-238, com 92 prótons e 146 nêutrons (92 + 146 = 238) contidos em cada átomo. Misturado a isso, há uma acumulação de 0,6% de U-235, com apenas 143 nêutrons por átomo. Os átomos desse isótopo mais leve podem ser divididos, portanto, são "fissionáveis" e úteis na fabricação de bombas atômicas.

O U-238 pesado de nêutrons tem um papel a desempenhar na bomba atômica, já que seus átomos pesados ​​de nêutrons podem desviar nêutrons perdidos, impedindo uma reação em cadeia acidental em uma bomba de urânio e mantendo os nêutrons contidos em uma bomba de plutônio. O U-238 também pode ser "saturado" para produzir plutônio (Pu-239), um elemento radioativo fabricado pelo homem também usado em bombas atômicas.

Ambos os isótopos de urânio são naturalmente radioativos; seus átomos volumosos se desintegram com o tempo. Com tempo suficiente (centenas de milhares de anos), o urânio acabará perdendo tantas partículas que se transformará em chumbo. Esse processo de decomposição pode ser bastante acelerado no que é conhecido como reação em cadeia. Em vez de se desintegrar naturalmente e lentamente, os átomos são divididos à força pelo bombardeio com nêutrons.

Reações em cadeia

Um golpe de um único nêutron é suficiente para dividir o átomo U-235 menos estável, criando átomos de elementos menores (geralmente bário e criptônio) e liberando calor e radiação gama (a forma mais poderosa e letal de radioatividade). Essa reação em cadeia ocorre quando os nêutrons "sobressalentes" desse átomo voam com força suficiente para dividir outros átomos do U-235 com os quais entram em contato. Em teoria, é necessário dividir apenas um átomo U-235, que libera nêutrons que dividem outros átomos, que libera nêutrons ... e assim por diante. Essa progressão não é aritmética; é geométrico e ocorre dentro de um milionésimo de segundo.

A quantidade mínima para iniciar uma reação em cadeia como descrito acima é conhecida como massa supercrítica. Para o U-235 puro, são 50 kg (110 libras). Entretanto, como o urânio nunca é bastante puro, na realidade serão necessários mais, como o U-235, o U-238 e o Plutônio.

Sobre o plutônio

O urânio não é o único material usado para fabricar bombas atômicas. Outro material é o isótopo Pu-239 do elemento sintético plutônio. O plutônio é encontrado apenas naturalmente em pequenos traços, portanto, quantidades utilizáveis ​​devem ser produzidas a partir de urânio. Em um reator nuclear, o isótopo U-238 mais pesado do urânio pode ser forçado a adquirir partículas extras, tornando-se plutônio.

O plutônio não inicia uma reação em cadeia rápida por si só, mas esse problema é superado por ter uma fonte de nêutrons ou material altamente radioativo que emite nêutrons mais rapidamente que o próprio plutônio. Em certos tipos de bombas, uma mistura dos elementos Berílio e Polônio é usada para provocar essa reação. Apenas uma pequena peça é necessária (a massa supercrítica é de cerca de 32 libras, embora apenas 22 possam ser usadas). O material não é cindível por si só, mas apenas atua como um catalisador para uma reação maior.