První test jaderné zbraně, pojmenovaný na kód “Trojice„se konal v poušti v Novém Mexiku v 5:30 16. července 1945. Tento test byl důkazem konceptu pro tajnou jadernou vědu, která se konala v Los Alamos jako součást Manhattan Project Během druhé světové války by vedlo k tomu, že by atomové bomby spadly Hirošima a NagasakiJaponsko, jen o pár týdnů později.
Od těchto detonace se vývoj jaderných zbraní zrychlil. Země po celém světě si vytvořily své vlastní jaderné zásobyvčetně více než 5 000 jaderných hlavic držených USA
Přestože základní složky této technologie již nejsou tajné, rozvoj jaderných zbraní zůstává vědeckou a inženýrskou výzvou. Ale proč jsou jaderné zbraně stále tak obtížné produkovat?
Velká část obtížnosti pochází z odvození chemických prvků používaných uvnitř těchto zbraní k vytvoření exploze, Hans KristensenŘeditel projektu jaderného informačního projektu na Federaci amerických vědců řekl Live Science v e -mailu.
„Základní myšlenkou jaderné exploze je, že jaderné (štěpné) materiály jsou stimulovány k uvolnění jejich obrovské energie,“ řekl. „Pro vytváření štěpného materiálu dostatečné čistoty a dostatečného množství je výzvou (a) tato produkce vyžaduje značnou průmyslovou kapacitu.“
Související: Kolik jaderných bomb bylo použito?
Obrovské uvolňování energie se nazývá a Jaderná štěpná reakce. Když dojde k této reakci, začíná řetězová reakce, kde atomy jsou rozděleny od sebe, aby uvolnily energii. To je stejná reakce, která dělá jaderná energie možné.
Obohacení uranu a plutonia
Špinavý materiál uvnitř jaderné bomby je primárně izotopy uranu a plutonia, což jsou radioaktivní prvky, Matthew ZerphyProfesor praxe v oblasti jaderného inženýrství ve státě Penn, řekl Live Science. Nejběžnější izotop uranu, uranium-238 (U-238), se těží a poté prochází procesem obohacení pro transformaci části na jiný izotop, uran-235 (U-235), který lze snadněji použít v jaderných reakcích.
„Jedním ze způsobů, jak obohatit uranu, je proměnit jej v plyn a v odstředicích odstředicích točit,“ řekl Zerphy. „Kvůli rozdílu v hmotnosti mezi U-235 a U-238 jsou izotopy rozděleny a můžete oddělit U-235.“
U uranu na úrovni zbraní je třeba 90% vzorku U-238 přeměnit na U-235, řekl Zerphy. Nejnáročnější součástí tohoto procesu, který může trvat týdny až měsíce, je chemická transformace samotného prvku, který vyžaduje intenzivní energii a specializované vybavení. Jeden chemické nebezpečí Během tohoto procesu je možné uvolnění hexafluoridu uranu (UF₆), a Vysoce toxická látka To, pokud je vdechováno, může poškodit ledviny, játra, plíce, mozek, kůži a oči.
Proces obohacení plutonia ve stejném stupni je ještě složitější, řekl, protože tento prvek nedochází přirozeně jako uran. Místo toho je Plutonium vedlejším produktem jaderných reaktorů, což znamená používat plutonium, vědci musí zpracovávat radioaktivní, utratit jaderné palivo a zpracovat materiál prostřednictvím „intenzivního“ chemického ukládání. Zpracování tohoto materiálu může také představovat bezpečnostní riziko, pokud a Kritická hmotnost je náhodně shromážděn, řekl Zerphy, což je nejmenší množství štěpného materiálu potřebného k udržení soběstačné štěpení.
„Byli byste velmi opatrní, kdybyste se nestali, když jste v procesu výroby těchto komponent, abyste se ujistili, že se věci neúmyslně spojí a vstupují do nějaké kritičnosti,“ řekl, což by mohlo vést k náhodnému výbuchu.
Související: Proč atomová bomba klesla na Hirošimu, nechal stíny lidí vyleptaných na chodnících?
Ačkoli vědecké principy spojování těchto složek jsou dobře pochopeny, vytváření a ovládání této reakce za zlomek sekundy může být stále obtížné.
„Zbraně jsou navrženy tak, že když jsou odpáleny„ superkritickou “hmotou štěpného materiálu velmi rychle … ve velmi malém prostoru,“ řekl Zerphy. „To způsobuje exponenciální nárůst počtu šíření štěpení po celém materiálu téměř okamžitě.“
Toto rychlé šíření atomového štěpení je velkou součástí toho, co dělá jadernou reakci tak destruktivní, řekl.
V případě termonukleárních zbraní, které byly vyvinuty po druhé světové válce a používaly kombinaci obou jaderných štěpení a fúze Pro vytvoření ještě silnější exploze musí standardní štěpná reakce vyvolávat sekundární a silnější fúzní reakci. Tato fúzní reakce je stejný druh síly, která se nachází ve středu slunce.
Testování jaderných zbraní
Jakmile jsou tyto zbraně vytvořeny, musí si být vědci a inženýři jisti, že zbraně budou fungovat podle potřeby, pokud budou někdy použity. Když byly poprvé vyvinuty jaderné zbraně, vědci by vyzkoušeli zbraně na testovacích místech (které zničily prostředí „opuštěných“ oblastí, kde byly testovány, stejně jako lidé a zvířata, kteří žili poblíž). Naproti tomu moderní testování zbraní se spoléhá na počítačové modely. Toto je součást práce provedené Národní správou jaderné bezpečnosti (NNSA).
„NNSA… vyvíjí nástroje pro kvalifikační komponenty zbraní a certifikaci zbraní, což zajišťuje jejich přežití a efektivitu v různých scénářích,“ řekl mluvčí NNSA v e -mailu Live Science. „Jedná se o pokročilé simulace pomocí superpočítačních systémů, vědy o materiálech a přesné inženýrství, aby se zajistilo, že funkce zbraní tak, jak je zamýšleno.“
Složitost a výzvy při stavbě těchto zbraní mohou vysvětlit, proč dnes v dnešní době existuje jen málo jaderných supervelmocí.
