تصميم السلاح النووي: الفرق بين النسختين

عندما يصدم نيوترون حر نواة ذرة انشطارية مثل اليورانيوم-235 ( 235 يو)، ينشق اليورانيوم إلى ذرتين أصغر تسمى شظايا الانشطار ،بالإضافة إلى نيوترونات أكثر. الانشطار يمكن أن يكون مكتفي ذاتيا أنه ينتج نيوترونات اكثر من السرعة اللازمة لحدوث انشطارات جديدة.

 

 

:::<math>\ {}^{235}\mathrm{U} + n \longrightarrow {}^{95}\mathrm{Sr} + {}^{139}\mathrm{Xe} + 2n + 180\ \mathrm{MeV}</math>

التحرير الفوري للطاقة لكل ذرة حوالي 180 مليون إلكترون فولت (MeV)، أي 74 TJ / كجم. فقط ٪7من هذا يكون أشعة جاما والطاقة الحركية من نيوترونات الانشطار. ال 93٪ المتبقية تكون طاقة حركية (أو طاقة الحركة) من شظايا الانشطار المشحونة، تتطاير بعيدا عن بعضها البعض وتتنافر من بعضها البعض من الشحنة الموجبة لبروتوناتها (38 للسترونتيوم، 54 للزينون). هذه الطاقة الحركية البدائية تكون 67 تيرا جول / كجم، تعطي سرعة بدائية تساوي حوالي 12،000 كيلومتر في الثانية. الشحنة الكهربائية العالية للشظايا المشحونة تسبب الكثير من التصادمات الغير مرنة مع الأنوية القريبة، وتبقى هذه الشظايا محصورة داخل حفرة قنبلة اليورانيوم وتتلاعب؟ وتدك؟ وتحفر؟ حتى يتم تحويل حركتها إلى حرارة. هذا الحول الجزء من المليون من الثانية (مايكرو ثانية)، وهو الوقت الذي يتوسع به المركز والمحفذ في القنبلة حتى يصل قطر البلازما إلى عدة أمتار مع درجة حرارة عشرات الملايين من الدرجات.

 

في غضون ذلك، في داخل القنبلة المتفجرة تحمل النيوترونات المنطلقة من الانشطار تقريبا ٣٪ من طاقة الانشطار الأولي. الطاقة الحركية للنيوترون تزيد من طاقة انفجار القنبلة لكنها ليست بفعالية الطاقة التي من الشظايا المشحونة، لأن تباطؤ النيوترونات لا يتم بشكل سريع. أهم تأثير لانشطار النيوترونات على قوة القنبلة هو البدء في انشطارات أخرى. ينبعث من قلب القنبلة أكثر من نصف النيوترونات، و الباقي يضرب بالقرب من الأنوية U-235 ليتسبب في انشطارها أضعاف مضاعفة بسلسلة متزايدة ( 1، 2، 4، 8، 16، الخ). بدءا من واحد، عدد الانشطار نظرياً يمكن أن يتضاعف مئة مرة في جزء من مليون من الثانية، مما قد يؤدي الى استهلاك كل اليورانيوم أو البلوتونيوم إلى مئات الأطنان من الرابط الرقم مئة في السلسلة. عملياً، القنابل لا تحتوي على هكذا مقدار من اليورانيوم أو البلوتونيوم، و عادة ( في سلاح حديث ) نحو 2 الى 2.50 كيلوغرام من البلوتونيوم تمثل 40الى 50 كيلوطن من الطاقة، تخضع للانشطار قبل أن تفجر النواة نفسها إلى أجزاء.

تركيب قنبلة انفجارية معا هو أعظم تحدي في تصميم سلاح الانشطار. حرارة الانشطار توسع تجويف اليورانيوم بسرعة لتفصل هدف النواة فتشكل مساحة للنيوترونات لتنبعث بدون أن تقبض. فتتوقف سلسلة ردات الفعل.