Unterschied zwischen Wasserstoff und Uranbombe

Hauptunterschied - Wasserstoff gegen Uranbombe

Die Theorie der speziellen Relativitätstheorie hat die klassischen Vorstellungen von Masse, Energie, Zeit und mehr völlig verändert. Die berühmte Einsteinsche Gleichung E = mc² enthüllte ein strenges Geheimnis zwischen Masse und Energie, bekannt als Massenenergieäquivalenz. Nach dieser Gleichung sollten wir in der Lage sein, Energie in Masse umzuwandeln und umgekehrt. 

Wenn sich Neutronen und Protonen zu einem Kern vereinigen oder verschmelzen, wird unglaublich viel Energie freigesetzt. Somit ist die Masse des resultierenden Kerns geringer als die Gesamtmasse seiner Elternteilchen. Diese Reduktion der Masse ergibt sich aus der Einsteinschen Gleichung. Physiker haben erkannt, dass eine enorme Menge an Energie erzeugt werden kann, indem entweder kleine Kerne zu schweren Kernen verschmolzen oder schwere Kerne zu leichten Kernen gebremst werden. Sie erkannten auch, dass diese Energie zur Stromerzeugung und zur Zerstörung von Massenbomben verwendet werden kann.

Die besten Brennstoffe für Spaltbomben sind Uran und Plutonium, während der beste Brennstoff für die Konstruktion von Fusionsbomben Wasserstoff ist. Wie die Namen vermuten lassen, verwenden Uranbomben Uran als spaltbaren Brennstoff, während Wasserstoffbomben Wasserstoff als Brennstoff verwenden. In Uranbomben wird Energie freigesetzt, wenn Urankerne in leichte Kerne zerfallen. In Wasserstoffbomben wird jedoch Energie freigesetzt, wenn kleine Kerne in He-Kerne verschmelzen. Das Hauptunterschied zwischen Wasserstoff und Uran Bombe ist das Uranbomben sind Kernspaltungsbomben, während Wasserstoffbomben Fusionsbomben sind. Dieser Artikel konzentriert sich auf die Unterschiede zwischen Wasserstoff- und Uranbomben.

Was ist Wasserstoffbombe?

Wenn sich leichte Kerne zu einem schweren Kern vereinigen, ist die Masse des resultierenden Kerns geringer als die Gesamtmasse seiner Stammkerne. Wenn sie verschmelzen, wird der Verlust der Masse gemäß der Einstein-Gleichung in Energie umgewandelt. Diese Energie kann zur Stromerzeugung genutzt werden. Unglücklicherweise kann dieselbe Idee zur Herstellung einer Fusionsbombe verwendet werden, da bei der Fusion eine große Menge an Energie freigesetzt wird.

Das beste Element als Fusionsbrennstoff ist Wasserstoff. Wasserstoff hat drei Isotope, nämlich Protium, Deuterium und Tritium. Aber Wasserstoff ist von Natur aus ein gasförmiges Element. Für die Fusionsreaktion müssen eine sehr hohe Temperatur und eine sehr hohe Kraftstoffdichte erreicht werden. Wenn Wasserstoff als flüssiger Wasserstoff verwendet wird, muss ein Kühlmechanismus mit der Bombe gekoppelt werden, der der Bombe zusätzliches Gewicht und Volumen hinzufügt. Daher wird Wasserstoff in Form von LiD (Lithium-Deuterid) verwendet, das fest ist und daher keinen Kühlmechanismus benötigt.

Deuterium und Tritium sind die besten Isotope für die Fusionsreaktion. Durch die Verwendung von Deuterium als LiD kann eine sehr hohe Kraftstoffdichte erreicht werden. Der andere Vorteil von Deuterium ist ein stabiles Isotop. Die Menge an Deuterium in natürlich vorkommendem Wasserstoff beträgt etwa 0,015%. Wasser ist also eine gute Quelle für Deuterium.

In einer Fusionsbombe ist eine sehr hohe Temperatur erforderlich (ungefähr 10 ° C)⁸ K) für die Fusionsreaktion. In Fusionsbomben wird daher eine Spaltbombe eingesetzt, um solche Temperaturen zu erreichen. Sobald die Spaltbombe detoniert ist, wird die erforderliche Temperatur erreicht. Mit anderen Worten wird eine Spaltbombe in Fusionsbomben verwendet, um die Fusionsbombe zu zünden. Nach der Detonation der Spaltbombe beginnt die Fusionsreaktion. Erstens absorbiert ein Li-Kern ein Neutron und spaltet sich in einen Heliumkern, einen Tritiumkern plus Energie, ein. Als nächstes verbindet sich ein Deuteriumkern mit einem Tritiumkern, um einen Heliumkern, ein Neutron plus Energie, zu erzeugen. So kann die Gesamtreaktion in die folgende Gleichung verkürzt werden.

D + Li → 2He + Energie

Bei der obigen Fusionsreaktion werden keine radioaktiven Kerne erzeugt. Die pro Nukleon bei der obigen Fusionsreaktion freigesetzte Energie ist viel höher als bei der Spaltungsreaktion von Uran.

Was ist eine Uranbombe?

Uran hat mehrere Isotope wie Uran-238, Uran-235 und Uran-239. Trotzdem macht Uran-238 99,7% des natürlich vorkommenden Urans aus. Uran-239 ist sehr instabil, daher ist seine Halbwertszeit sehr kurz. So zerfällt es sehr bald in Plutonium. Uran-238 ist das stabilste Uranisotop. Uran-235 ist instabil und die natürliche Abundanz liegt bei 0,72%..

Wenn ein Uranatom ein Neutron absorbiert, zerbricht es in zwei Spaltfragmente (zwei kleinere Atome) plus mehrere Neutronen. Bei dieser Spaltreaktion wird eine riesige Menge an Energie als kinetische Energie von Spaltfragmenten und EM-Wellen freigesetzt. Wenn die resultierenden Neutronen von anderen Uranatomen absorbiert wurden, wird der Prozess zu einer Kettenreaktion, die immer mehr Uran-235-Kerne bremst. Einige der dabei erzeugten Neutronen entweichen jedoch aus der Uranprobe. Diese entweichenden Neutronen beteiligen sich also nicht an der Kernspaltung. Der Anteil der Neutronen, die aus der Probe austreten, hängt von der Masse der Probe ab. Für eine Kettenreaktion gibt es eine Schwellenmasse für Uran, die als kritische Masse bezeichnet wird. Die kritische Masse ist die Mindestmasse eines spaltbaren Brennstoffs, die vorhanden sein muss, um die Kettenreaktion aufrechtzuerhalten, sobald sie ausgelöst wird. Wenn es sich bei der Uranprobe um eine natürliche, nicht angereicherte Probe handelt, würden die meisten Neutronen von Uran-238-Atomen absorbiert werden (da ihr Vorkommen etwa 99,7% beträgt), was dann Uran-239 produziert. Es ist also Verschwendung. Um die Anzahl der Neutronen zu minimieren, die von Uranium-238 absorbiert werden, muss der Anteil von Uran-235 verbessert werden. Dieser Vorgang wird als Urananreicherung bezeichnet.

Eine Atombombe sollte in der Lage sein, im Nu eine riesige Menge an Kernenergie freizusetzen. Daher müssen sowohl das Entweichen von Neutronen als auch die Anzahl der von Uran-238 absorbierten Neutronen so weit wie möglich reduziert werden. Diese Anforderungen werden durch die Verwendung von hoch angereicherten Uran (HEU) -Proben mit einer größeren Masse als der kritischen Masse erreicht. In Uran-Bomben ist Uran zu fast 90% mit Uran-235 angereichert.

In modernen Nuklearwaffen wird eine Hochspannungs-Vakuumröhre, die mit einem kleinen Teilchenbeschleuniger gekoppelt ist, als Neutronengenerator verwendet, der der Initiator der Kettenreaktion ist. Die folgende Abbildung zeigt die grundlegende Struktur einer Uranbombe.

Vor der Detonation wird die Uranprobe als zwei Teile getrennt aufbewahrt, die jeweils eine Masse haben, die unter der kritischen Masse liegt. Die Gesamtmasse dieser beiden Proben übersteigt die kritische Masse. Diese Trennung ermöglicht es uns, die Bombe bis zur Detonation im unterkritischen Zustand zu halten. Mit anderen Worten, die Bombe kann keine Kettenreaktion unterhalten, bis die beiden Teile zusammengefügt sind, da die Masse jeder Probe unter der kritischen Masse liegt.

Zunächst wird der herkömmliche Sprengstoff (TNT) detoniert, wodurch die Uran-Kugel mit dem Uran-Ziel überstürzt wird. Nachdem sie zu einer einzigen Uranprobe zusammengefügt wurden, übersteigt ihre Masse die kritische Masse, die zu einer Kettenreaktion und damit zu einer Kernexplosion führt. Diese Explosion setzt eine enorme Menge an Energie in Form von kinetischer Energie von Spaltfragmenten und Strahlung frei, die die Opfer verbrennt. Die resultierenden Spaltfragmente sind auch fast radioaktiv. Es gibt also viele medizinische Probleme, die mit dem durch eine Atomexplosion verursachten radioaktiven Niederschlag zusammenhängen.

Unterschied zwischen Wasserstoff und Uranbombe

Treibstoff:

Uranbombe: Die Uranbombe wird mit Uran-235 betrieben.

Wasserstoffbombe: Wasserstoffbombe wird von angeheiztLiD (Lithium-Deuterid).

Initiation:

Uranbombe: Eine Neutronenquelle wird als Initiator verwendet.

Wasserstoffbombe: Wasserstoffbomben werden durch Spaltbomben gezündet.

Kernreaktionen:

Uranbombe: Es gibt mehrere Spaltwege für. Zum Beispiel,

Wasserstoffbombe:

Durch die Kombination des ersten und des zweiten Schritts erhalten wir die gesamte Fusionsreaktion, 

Energie, die pro Nukleon freigesetzt wird:

Uranbombe: Die Energie hängt vom Spaltweg von Uran-235 ab. Für den obigen Spaltweg von beträgt die pro Nukleon freigesetzte Energie ~ 0,70 MeV

Wasserstoffbombe: Die pro Nukleon freigesetzte Energie beträgt ~ 2,8 MeV (für LD)

Wichtige Anforderungen:

Uranbombe: Kritische Masse und Neutronenquelle sind die wichtigsten Anforderungen.

Wasserstoffbombe: Sehr hohe Temperatur um 10⁸ K und hohe Kraftstoffdichte sind erforderlich.

Radioaktiver Niederschlag:

Uranbombe: Der radioaktive Fallout ist hoch.

Wasserstoffbombe: Der radioaktive Fallout ist weniger.

Bildhöflichkeit:

"Ivy Mike" von The Official CTBTO Photostream - Atmosphärischer Atomtest "Ivy Mike" - November 1952 (CC BY 2.0) über Commons Wikimedia