Nešto više od dva mjeseca prošlo je od završetka najgoreg rata u istoriji čovječanstva. I tako je 16. jula 1945. američka vojska testirala prvu nuklearnu bombu, a mjesec dana kasnije hiljade stanovnika japanskih gradova umiru u atomskom paklu. Od tada, nuklearno oružje, kao i sredstva za njegovo dopremanje do ciljeva, kontinuirano se poboljšavaju više od pola stoljeća.
Vojska je htela da ima na raspolaganju kako super-moćnu municiju, koja jednim udarcem briše cele gradove i zemlje sa mape, tako i ultra-male koje staju u aktovku. Takav uređaj bi doveo sabotažni rat na nivo bez presedana. I sa prvim i sa drugim bilo je nepremostivih poteškoća. Razlog tome je takozvana kritična masa. Ipak, prvo prvo.
Takva eksplozivna jezgra
Da bismo razumeli kako nuklearni uređaji rade i razumeli šta se zove kritična masa, vratimo se na sto na neko vreme. Iz školskog kursa fizike sjećamo se jednostavnog pravila: naboji istog imena se međusobno odbijaju. Na istom mjestu, u srednjoj školi, učenicima se govori o strukturi atomskog jezgra, koju čine neutroni, neutralne čestice ipozitivno nabijenih protona. Ali kako je to moguće? Pozitivno nabijene čestice su tako blizu jedna drugoj, da sile odbijanja moraju biti kolosalne.
Nauka nije u potpunosti svjesna prirode intranuklearnih sila koje drže protone zajedno, iako su svojstva ovih sila prilično dobro proučavana. Sile deluju samo na veoma bliskim udaljenostima. Ali vrijedi barem malo razdvojiti protone u svemiru, jer odbojne sile počinju prevladavati, a jezgro se raspada u komade. A snaga takve ekspanzije je zaista kolosalna. Poznato je da snaga odraslog muškarca ne bi bila dovoljna da zadrži protone samo jednog jezgra olovnog atoma.
Čega se Rutherford bojao
Jezgra većine elemenata periodnog sistema su stabilna. Međutim, kako se atomski broj povećava, ta stabilnost se smanjuje. Radi se o veličini jezgara. Zamislite jezgro atoma uranijuma, koje se sastoji od 238 nuklida, od kojih su 92 protona. Da, protoni su u bliskom kontaktu jedni s drugima, a intranuklearne sile sigurno cementiraju cijelu strukturu. Ali sila odbijanja protona smještenih na suprotnim krajevima jezgra postaje primjetna.
Šta je Rutherford radio? On je bombardovao atome neutronima (elektron neće proći kroz elektronsku ljusku atoma, a pozitivno nabijeni proton neće moći da se približi jezgru zbog odbojnih sila). Neutron koji ulazi u jezgro atoma uzrokuje njegovu fisiju. Dve odvojene polovine i dva ili tri slobodna neutrona su se razleteli.
Ovo raspadanje, zbog ogromne brzine letećih čestica, bilo je praćeno oslobađanjem ogromne energije. Pričalo se da je Rutherford čak želio da sakrije svoje otkriće, plašeći se njegovih mogućih posljedica po čovječanstvo, ali ovo najvjerovatnije nije ništa drugo do bajka.
Pa kakve veze masa ima s tim i zašto je to kritično
Pa šta? Kako se može ozračiti dovoljno radioaktivnog metala strujom protona da proizvede snažnu eksploziju? A šta je kritična masa? Sve se radi o onih nekoliko slobodnih elektrona koji izlete iz "bombardovanog" atomskog jezgra, oni će, zauzvrat, sudarajući se s drugim jezgrima, uzrokovati njihovu fisiju. Počeće takozvana nuklearna lančana reakcija. Međutim, lansiranje će biti izuzetno teško.
Provjerite vagu. Ako uzmemo jabuku na našem stolu kao jezgro atoma, onda da bismo zamislili jezgro susjednog atoma, istu jabuku će morati nositi i staviti na stol čak ni u susjednoj prostoriji, već… u susjednoj kući. Neutron će biti veličine sjemenke trešnje.
Da emitovani neutroni ne bi uzalud odleteli van ingota uranijuma, a više od 50% njih bi našlo metu u obliku atomskih jezgara, ovaj ingot mora imati odgovarajuću veličinu. To je ono što se zove kritična masa uranijuma - masa pri kojoj se više od polovine emitovanih neutrona sudara sa drugim jezgrima.
U stvari, to se dešava u trenu. Broj razdvojenih jezgara raste poput lavine, njihovi fragmenti jure u svim smjerovima brzinom usporedivom sabrzina svjetlosti, cijepanje zraka, vode, bilo kojeg drugog medija. Od njihovog sudara sa molekulima životne sredine, oblast eksplozije se trenutno zagreva na milione stepeni, zračeći toplotu koja spaljuje sve na području od nekoliko kilometara.
Iznenada zagrijani zrak se trenutno širi u veličini, stvarajući snažan udarni val koji raznosi zgrade s temelja, prevrće i uništava sve na svom putu… ovo je slika atomske eksplozije..
Kako to izgleda u praksi
Naprava atomske bombe je iznenađujuće jednostavna. Postoje dva ingota uranijuma (ili drugog radioaktivnog metala), od kojih je svaki nešto manji od kritične mase. Jedan od ingota je napravljen u obliku konusa, drugi je lopta sa rupom u obliku konusa. Kao što možete pretpostaviti, kada se dvije polovine spoje, dobije se lopta u kojoj se postiže kritična masa. Ovo je standardna jednostavna nuklearna bomba. Dvije polovine su spojene uobičajenim TNT punjenjem (konus se gađa u loptu).
Ali nemojte misliti da neko može sastaviti takav uređaj "na kolenu". Trik je u tome da uranijum, da bi bomba eksplodirala, mora biti veoma čist, prisustvo nečistoća je praktično nula.
Zašto ne postoji atomska bomba veličine kutije cigareta
Sve iz istog razloga. Kritična masa najčešćeg izotopa uranijuma 235 je oko 45 kg. Eksplozija ove količine nuklearnog goriva već je katastrofa. I napraviti eksplozivnu napravu sa manjekoličina supstance je nemoguća - jednostavno neće raditi.
Iz istog razloga, nije bilo moguće stvoriti super-moćna atomska naboja od uranijuma ili drugih radioaktivnih metala. Da bi bomba bila veoma moćna, napravljena je od desetak ingota, koji su prilikom detonacije detonirajućih punjenja jurili ka centru spajajući se kao kriške narandže.
Ali šta se zapravo dogodilo? Ako su se, iz nekog razloga, dva elementa srela za hiljaditi dio sekunde ranije od ostalih, kritična masa je dostigla brže nego što bi ostali „stigli na vrijeme“, eksplozija se nije dogodila pri snazi koju su projektanti očekivali. Problem super-moćnog nuklearnog oružja riješen je tek pojavom termonuklearnog oružja. Ali to je malo drugačija priča.
Kako radi mirni atom
Nuklearna elektrana je u suštini ista nuklearna bomba. Samo ova "bomba" ima gorive elemente (gorivne elemente) napravljene od uranijuma koji se nalaze na određenoj udaljenosti jedan od drugog, što ih ne sprečava da razmjenjuju neutronski "udar".
Gorivni elementi su napravljeni u obliku šipki, između kojih se nalaze kontrolne šipke od materijala koji dobro upija neutrone. Princip rada je jednostavan:
- regulacioni (apsorbujući) štapovi se ubacuju u prostor između uranijumskih šipki - reakcija se usporava ili potpuno zaustavlja;
- kontrolne šipke se uklanjaju iz zone - radioaktivni elementi aktivno razmjenjuju neutrone, nuklearna reakcija teče intenzivnije.
Zaista, ispada ista atomska bomba,u kojem se kritična masa postiže tako glatko i regulirana je tako jasno da ne dovodi do eksplozije, već samo do zagrijavanja rashladne tekućine.
Iako, nažalost, kao što praksa pokazuje, ljudski genije nije uvijek u stanju da obuzda ovu ogromnu i destruktivnu energiju - energiju raspada atomskog jezgra.
