परमाणु बम और वे कैसे काम करते हैं

यूरेनियम -235 द्वारा दो प्रकार के परमाणु विस्फोटों को सुगम बनाया जा सकता है: विखंडन और संलयन। विखंडन, सीधे शब्दों में कहें, एक परमाणु प्रतिक्रिया है जिसमें एक परमाणु नाभिक टुकड़े (आमतौर पर दो) में विभाजित होता है तुलनीय द्रव्यमान के टुकड़े) 100 मिलियन से कई सौ मिलियन वोल्ट तक उत्सर्जित करते हैं ऊर्जा। इस ऊर्जा को विस्फोटक और हिंसक रूप से निष्कासित किया जाता है परमाणु बम. दूसरी ओर, एक संलयन प्रतिक्रिया, आमतौर पर विखंडन प्रतिक्रिया के साथ शुरू होती है। लेकिन विखंडन (परमाणु) बम के विपरीत, फ्यूजन (हाइड्रोजन) बम विभिन्न हाइड्रोजन समस्थानिकों के नाभिक के फ्यूजन से हीलियम नाभिक में अपनी शक्ति प्राप्त करता है।

यह लेख चर्चा करता है एक विस्फोटक या परमाणु बम. परमाणु बम में प्रतिक्रिया के पीछे भारी शक्ति उन बलों से उत्पन्न होती है जो परमाणु को एक साथ रखते हैं। इन बलों के समान हैं, लेकिन चुंबकत्व के समान नहीं हैं।

परमाणुओं तीन उप-परमाणु कणों की विभिन्न संख्याओं और संयोजनों में शामिल हैं: प्रोटॉन, न्यूट्रॉनऔर इलेक्ट्रॉनों। प्रोटॉन और न्यूट्रॉन एक साथ परमाणु के नाभिक (केंद्रीय द्रव्यमान) का निर्माण करते हैं, जबकि इलेक्ट्रॉन नाभिक की परिक्रमा करते हैं, जैसे सूर्य के चारों ओर ग्रह। यह इन कणों का संतुलन और व्यवस्था है जो परमाणु की स्थिरता को निर्धारित करते हैं।

अधिकांश तत्वों में बहुत स्थिर परमाणु होते हैं जो कण त्वरक में बमबारी को छोड़कर विभाजित करना असंभव है। सभी व्यावहारिक उद्देश्यों के लिए, एकमात्र प्राकृतिक तत्व जिनके परमाणुओं को आसानी से विभाजित किया जा सकता है, यूरेनियम है, ए सभी प्राकृतिक तत्वों के सबसे बड़े परमाणु और असामान्य रूप से उच्च न्यूट्रॉन-टू-प्रोटॉन के साथ भारी धातु अनुपात। यह उच्च अनुपात इसकी "विभाजनशीलता" को नहीं बढ़ाता है, लेकिन विस्फोट की सुविधा के लिए इसकी क्षमता पर एक महत्वपूर्ण असर पड़ता है, जिससे यूरेनियम -235 परमाणु विखंडन के लिए एक असाधारण उम्मीदवार बन जाता है।

दो स्वाभाविक रूप से होने वाले समस्थानिक हैं यूरेनियम. प्राकृतिक यूरेनियम में ज्यादातर आइसोटोप U-238 होते हैं, जिसमें प्रत्येक प्रोटॉन में 92 प्रोटॉन और 146 न्यूट्रॉन (92 + 146 = 238) होते हैं। इसके साथ मिश्रित U-235 का 0.6% संचय है, जिसमें प्रति परमाणु केवल 143 न्यूट्रॉन हैं। इस हल्के आइसोटोप के परमाणुओं को विभाजित किया जा सकता है, इस प्रकार यह "विखंडनीय" है और परमाणु बम बनाने में उपयोगी है।

न्यूट्रॉन-भारी U-238 की परमाणु बम में भी भूमिका है क्योंकि इसके न्यूट्रॉन-भारी परमाणु क्षय को रोक सकते हैं न्यूट्रॉन, एक यूरेनियम बम में एक आकस्मिक श्रृंखला प्रतिक्रिया को रोकने और न्यूट्रॉन को एक प्लूटोनियम में रखते हैं बम। U-238 प्लूटोनियम (Pu-239) का उत्पादन करने के लिए "संतृप्त" भी हो सकता है, एक मानव निर्मित रेडियोधर्मी तत्व भी परमाणु बमों में उपयोग किया जाता है।

यूरेनियम के दोनों समस्थानिक स्वाभाविक रूप से रेडियोधर्मी होते हैं; उनके भारी परमाणु समय के साथ बिखर गए। पर्याप्त समय (सैकड़ों हजारों वर्षों) को देखते हुए, यूरेनियम अंततः इतने सारे कणों को खो देगा कि यह लीड में बदल जाएगा। एक श्रृंखला प्रतिक्रिया के रूप में जो जाना जाता है, उसमें क्षय की इस प्रक्रिया को बहुत तेज किया जा सकता है। स्वाभाविक रूप से और धीरे-धीरे विघटित होने के बजाय, परमाणु को न्यूट्रॉन के साथ बमबारी द्वारा जबरन विभाजित किया जाता है।

एकल न्यूट्रॉन से एक झटका कम-स्थिर U-235 परमाणु को विभाजित करने के लिए पर्याप्त है, जिससे छोटे तत्वों के परमाणु बनते हैं (अक्सर बेरियम और क्रिप्टन) और गर्मी और गामा विकिरण जारी (सबसे शक्तिशाली और घातक रूप रेडियोधर्मिता)। यह चेन रिएक्शन तब होता है जब इस परमाणु से "स्पेयर" न्यूट्रॉन अन्य U-235 परमाणुओं को विभाजित करने के लिए पर्याप्त बल के साथ बाहर निकलते हैं जो वे संपर्क में आते हैं। सिद्धांत रूप में, केवल एक U-235 परमाणु को विभाजित करना आवश्यक है, जो न्यूट्रॉन को मुक्त करेगा जो अन्य परमाणुओं को विभाजित करेगा, जो न्यूट्रॉन को छोड़ देगा... और इसी तरह। यह प्रगति अंकगणित नहीं है; यह ज्यामितीय है और एक सेकंड के दसवें हिस्से में होता है।

जैसा कि ऊपर वर्णित श्रृंखला प्रतिक्रिया शुरू करने के लिए न्यूनतम राशि को सुपरक्रिटिकल मास के रूप में जाना जाता है। शुद्ध U-235 के लिए, यह 110 पाउंड (50 किलोग्राम) है। हालांकि, कोई भी यूरेनियम कभी भी शुद्ध नहीं होता है, इसलिए वास्तव में और अधिक की आवश्यकता होगी, जैसे कि U-235, U-238 और प्लूटोनियम।

यूरेनियम केवल परमाणु बम बनाने के लिए इस्तेमाल की जाने वाली सामग्री नहीं है। एक अन्य सामग्री मानव निर्मित तत्व प्लूटोनियम का पु -239 आइसोटोप है। प्लूटोनियम केवल स्वाभाविक रूप से मिनट के निशान में पाया जाता है, इसलिए यूरेनियम से उपयोगी मात्रा का उत्पादन किया जाना चाहिए। एक परमाणु रिएक्टर में, यूरेनियम का भारी U-238 आइसोटोप अतिरिक्त कणों को प्राप्त करने के लिए मजबूर हो सकता है, अंततः प्लूटोनियम बन सकता है।

प्लूटोनियम खुद से एक तेज श्रृंखला प्रतिक्रिया शुरू नहीं करेगा, लेकिन यह समस्या ए होने से दूर हो जाती है न्यूट्रॉन स्रोत या अत्यधिक रेडियोधर्मी सामग्री जो न्यूट्रॉन को प्लूटोनियम से अधिक तेज़ी से बंद कर देती है अपने आप। कुछ प्रकार के बमों में, इस प्रतिक्रिया को लाने के लिए बेरिलियम और पोलोनियम तत्वों के मिश्रण का उपयोग किया जाता है। केवल एक छोटे से टुकड़े की जरूरत है (सुपरक्रिटिकल द्रव्यमान लगभग 32 पाउंड है, हालांकि 22 के रूप में कम इस्तेमाल किया जा सकता है)। सामग्री अपने आप में विखंडनीय नहीं है, लेकिन अधिक से अधिक प्रतिक्रिया के लिए उत्प्रेरक का काम करती है।