Lebih dari dua bulan telah berlalu sejak berakhirnya perang terburuk dalam sejarah umat manusia. Maka, pada 16 Juli 1945, bom nuklir pertama diuji oleh militer AS, dan sebulan kemudian, ribuan penduduk kota-kota Jepang mati di neraka atom. Sejak itu, senjata nuklir, serta sarana untuk mengirimkannya ke sasaran, terus ditingkatkan selama lebih dari setengah abad.
Militer ingin memiliki amunisi yang sangat kuat, menyapu seluruh kota dan negara dari peta dengan satu pukulan, dan yang sangat kecil yang muat dalam tas kerja. Perangkat semacam itu akan membawa perang sabotase ke tingkat yang belum pernah terjadi sebelumnya. Baik dengan yang pertama dan dengan yang kedua ada kesulitan yang tidak dapat diatasi. Alasan untuk ini adalah apa yang disebut massa kritis. Namun, hal pertama yang pertama.
Inti yang sangat eksplosif
Untuk memahami cara kerja perangkat nuklir dan memahami apa yang disebut massa kritis, mari kembali ke meja sebentar. Dari kursus fisika sekolah, kita ingat aturan sederhana: muatan dengan nama yang sama saling tolak. Di tempat yang sama, di sekolah menengah, siswa diberitahu tentang struktur inti atom, yang terdiri dari neutron, partikel netral, dan partikel netral.proton bermuatan positif. Tapi bagaimana ini mungkin? Partikel bermuatan positif sangat dekat satu sama lain, gaya tolak harus sangat besar.
Ilmu pengetahuan tidak sepenuhnya menyadari sifat gaya intranuklear yang menahan proton bersama-sama, meskipun sifat gaya ini telah dipelajari dengan cukup baik. Gaya hanya bekerja pada jarak yang sangat dekat. Tetapi paling tidak perlu sedikit untuk memisahkan proton di ruang angkasa, ketika gaya tolak mulai berlaku, dan nukleus hancur berkeping-keping. Dan kekuatan ekspansi seperti itu benar-benar kolosal. Diketahui bahwa kekuatan pria dewasa tidak akan cukup untuk menahan proton hanya dari satu inti atom timbal.
Apa yang ditakuti Rutherford
Inti dari sebagian besar elemen tabel periodik stabil. Namun, dengan meningkatnya nomor atom, stabilitas ini menurun. Ini tentang ukuran inti. Bayangkan inti atom uranium, yang terdiri dari 238 nuklida, 92 di antaranya adalah proton. Ya, proton berada dalam kontak dekat satu sama lain, dan gaya intranuklear dengan aman mengikat seluruh struktur. Tetapi gaya tolak menolak proton yang terletak di ujung berlawanan dari inti menjadi terlihat.
Apa yang dilakukan Rutherford? Dia membombardir atom dengan neutron (elektron tidak akan melewati kulit elektron atom, dan proton bermuatan positif tidak akan dapat mendekati nukleus karena gaya tolak). Sebuah neutron memasuki inti atom menyebabkan fisi. Dua bagian terpisah dan dua atau tiga neutron bebas terbang terpisah.
Pembusukan ini, karena kecepatan partikel terbang yang luar biasa, disertai dengan pelepasan energi yang sangat besar. Ada desas-desus bahwa Rutherford bahkan ingin menyembunyikan penemuannya, takut akan kemungkinan konsekuensinya bagi umat manusia, tetapi kemungkinan besar ini tidak lebih dari dongeng.
Jadi apa hubungannya massa dengan itu dan mengapa itu penting
Jadi apa? Bagaimana seseorang dapat menyinari cukup logam radioaktif dengan aliran proton untuk menghasilkan ledakan yang kuat? Dan apa itu massa kritis? Ini semua tentang beberapa elektron bebas yang terbang keluar dari inti atom yang "dibom", mereka, pada gilirannya, bertabrakan dengan inti lain, akan menyebabkan fisi mereka. Apa yang disebut reaksi berantai nuklir akan dimulai. Namun, meluncurkannya akan sangat sulit.
Periksa skalanya. Jika kita mengambil sebuah apel di meja kita sebagai inti atom, maka untuk membayangkan inti atom tetangga, apel yang sama harus dibawa dan diletakkan di atas meja bahkan tidak di kamar sebelah, tapi…di rumah berikutnya. Neutron akan seukuran biji ceri.
Agar neutron yang dipancarkan tidak terbang sia-sia di luar ingot uranium, dan lebih dari 50% dari mereka akan menemukan target dalam bentuk inti atom, ingot ini harus memiliki ukuran yang sesuai. Inilah yang disebut massa kritis uranium - massa di mana lebih dari setengah neutron yang dipancarkan bertabrakan dengan inti lainnya.
Bahkan, itu terjadi dalam sekejap. Jumlah inti yang terbelah tumbuh seperti longsoran salju, fragmennya bergegas ke segala arah dengan kecepatan yang sebanding dengankecepatan cahaya, merobek udara terbuka, air, media lainnya. Dari tumbukan mereka dengan molekul lingkungan, area ledakan langsung memanas hingga jutaan derajat, memancarkan panas yang membakar segala sesuatu di area beberapa kilometer.
Udara yang panas secara tiba-tiba langsung mengembang dalam ukuran, menciptakan gelombang kejut yang kuat yang menghancurkan bangunan dari fondasinya, menjungkirbalikkan dan menghancurkan segala sesuatu yang dilaluinya … ini adalah gambar ledakan atom.
Seperti apa praktiknya
Perangkat bom atom ternyata sangat sederhana. Ada dua ingot uranium (atau logam radioaktif lainnya), yang masing-masing sedikit lebih kecil dari massa kritisnya. Salah satu ingot dibuat dalam bentuk kerucut, yang lain adalah bola dengan lubang berbentuk kerucut. Seperti yang Anda duga, ketika kedua bagian digabungkan, sebuah bola diperoleh, di mana massa kritis tercapai. Ini adalah bom nuklir sederhana standar. Kedua bagian dihubungkan menggunakan muatan TNT biasa (kerucut ditembakkan ke dalam bola).
Tapi jangan berpikir bahwa siapa pun dapat merakit perangkat seperti itu "berlutut". Triknya adalah uranium, agar bom meledak, harus sangat murni, keberadaan pengotor praktis nol.
Mengapa tidak ada bom atom seukuran sebungkus rokok
Semua untuk alasan yang sama. Massa kritis dari isotop uranium 235 yang paling umum adalah sekitar 45 kg. Ledakan bahan bakar nuklir dalam jumlah ini sudah menjadi bencana. Dan untuk membuat alat peledak dengan lebih sedikitjumlah zat tidak mungkin - itu tidak akan berhasil.
Untuk alasan yang sama, tidak mungkin membuat muatan atom super kuat dari uranium atau logam radioaktif lainnya. Agar bom menjadi sangat kuat, itu dibuat dari selusin batangan, yang, ketika bahan peledak diledakkan, bergegas ke tengah, menghubungkan seperti irisan jeruk.
Tapi apa yang sebenarnya terjadi? Jika, untuk beberapa alasan, dua elemen bertemu seperseribu detik lebih awal dari yang lain, massa kritis tercapai lebih cepat daripada yang lain akan "tiba tepat waktu", ledakan tidak terjadi pada kekuatan yang diharapkan para perancang. Masalah senjata nuklir super-kuat diselesaikan hanya dengan munculnya senjata termonuklir. Tapi itu cerita yang sedikit berbeda.
Bagaimana cara kerja atom yang damai
Pembangkit listrik tenaga nuklir pada dasarnya adalah bom nuklir yang sama. Hanya "bom" ini yang memiliki elemen bahan bakar (fuel elements) yang terbuat dari uranium yang terletak pada jarak tertentu satu sama lain, yang tidak menghalangi mereka untuk bertukar "serangan" neutron.
Elemen bahan bakar dibuat dalam bentuk batangan, di antaranya terdapat batang kendali yang terbuat dari bahan yang dapat menyerap neutron dengan baik. Prinsip operasinya sederhana:
- Batang pengatur (penyerap) dimasukkan ke dalam ruang antara batang uranium - reaksi melambat atau berhenti sama sekali;
- batang kendali dikeluarkan dari zona - elemen radioaktif secara aktif bertukar neutron, reaksi nuklir berlangsung lebih intensif.
Memang ternyata bom atom yang sama,di mana massa kritis dicapai dengan sangat halus dan diatur dengan sangat jelas sehingga tidak menyebabkan ledakan, tetapi hanya memanaskan pendingin.
Meskipun, sayangnya, seperti yang ditunjukkan oleh praktik, tidak selalu kejeniusan manusia mampu mengekang energi besar dan merusak ini - energi peluruhan inti atom.
