Kanë kaluar pak më shumë se dy muaj nga përfundimi i luftës më të keqe në historinë e njerëzimit. Dhe kështu, më 16 korrik 1945, bomba e parë bërthamore u testua nga ushtria amerikane dhe një muaj më vonë, mijëra banorë të qyteteve japoneze vdesin në ferrin atomik. Që atëherë, armët bërthamore, si dhe mjetet e dërgimit të tyre në objektiva, janë përmirësuar vazhdimisht për më shumë se gjysmë shekulli.
Ushtria dëshironte të kishte në dispozicion si municion super të fuqishëm, duke fshirë qytete dhe vende të tëra nga harta me një goditje, dhe ato ultra të vogla që futeshin në një çantë. Një pajisje e tillë do ta sillte luftën sabotuese në një nivel të paparë. Si me të parën ashtu edhe me të dytin kishte vështirësi të pakapërcyeshme. Arsyeja për këtë është e ashtuquajtura masë kritike. Megjithatë, gjërat e para së pari.
Një bërthamë e tillë shpërthyese
Për të kuptuar se si funksionojnë pajisjet bërthamore dhe për të kuptuar atë që quhet masa kritike, le të kthehemi në tavolinë për pak kohë. Nga kursi i fizikës shkollore, kujtojmë një rregull të thjeshtë: ngarkesat me të njëjtin emër sprapsin njëra-tjetrën. Në të njëjtin vend, në shkollën e mesme, nxënësve u tregohet struktura e bërthamës atomike, e përbërë nga neutrone, grimca neutrale dheprotone të ngarkuar pozitivisht. Por si është e mundur kjo? Grimcat e ngarkuara pozitivisht janë aq afër njëra-tjetrës, saqë forcat refuzuese duhet të jenë kolosale.
Shkenca nuk është plotësisht e vetëdijshme për natyrën e forcave intranukleare që mbajnë protonet së bashku, megjithëse vetitë e këtyre forcave janë studiuar mjaft mirë. Forcat veprojnë vetëm në një distancë shumë të afërt. Por ia vlen të paktën pak të ndahen protonet në hapësirë, pasi forcat refuzuese fillojnë të mbizotërojnë dhe bërthama copëtohet. Dhe fuqia e një zgjerimi të tillë është vërtet kolosale. Dihet se forca e një mashkulli të rritur nuk do të mjaftonte për të mbajtur protonet e vetëm një bërthame të vetme të atomit të plumbit.
Nga çfarë kishte frikë Rutherford
Bërthamat e shumicës së elementeve të tabelës periodike janë të qëndrueshme. Megjithatë, me rritjen e numrit atomik, kjo qëndrueshmëri zvogëlohet. Bëhet fjalë për madhësinë e bërthamave. Imagjinoni bërthamën e një atomi të uraniumit, i përbërë nga 238 nuklide, nga të cilat 92 janë protone. Po, protonet janë në kontakt të ngushtë me njëri-tjetrin dhe forcat intranukleare çimentojnë në mënyrë të sigurt të gjithë strukturën. Por forca refuzuese e protoneve të vendosura në skajet e kundërta të bërthamës bëhet e dukshme.
Çfarë po bënte Rutherford? Ai bombardoi atomet me neutrone (një elektron nuk do të kalojë nëpër shtresën elektronike të një atomi, dhe një proton i ngarkuar pozitivisht nuk do të jetë në gjendje t'i afrohet bërthamës për shkak të forcave refuzuese). Një neutron që hyn në bërthamën e një atomi shkakton ndarjen e tij. Dy gjysma të veçanta dhe dy ose tre neutrone të lira u ndanë.
Ky prishje, për shkak të shpejtësisë së madhe të grimcave fluturuese, u shoqërua me çlirimin e energjisë së madhe. Kishte një thashetheme se Rutherford madje donte ta fshihte zbulimin e tij, duke u frikësuar nga pasojat e tij të mundshme për njerëzimin, por me shumë mundësi kjo nuk është asgjë më shumë se një përrallë.
Pra çfarë ka të bëjë masa me të dhe pse është kritike
Po çfarë? Si mund të rrezatohet mjaftueshëm metal radioaktiv me një rrymë protonesh për të prodhuar një shpërthim të fuqishëm? Dhe çfarë është masa kritike? Bëhet fjalë për ato pak elektrone të lira që fluturojnë nga bërthama atomike e "bombarduar", ata, nga ana tjetër, duke u përplasur me bërthama të tjera, do të shkaktojnë ndarjen e tyre. Do të fillojë i ashtuquajturi reaksion zinxhir bërthamor. Megjithatë, nisja e tij do të jetë jashtëzakonisht e vështirë.
Kontrollo shkallën. Nëse marrim një mollë në tryezën tonë si bërthamën e një atomi, atëherë për të imagjinuar bërthamën e një atomi fqinj, e njëjta mollë do të duhet të bartet dhe të vendoset në tryezë as në dhomën tjetër, por.. në shtëpinë tjetër. Neutroni do të jetë sa një kokërr qershie.
Në mënyrë që neutronet e emetuara të mos fluturojnë më kot jashtë shufrës së uraniumit dhe më shumë se 50% e tyre do të gjenin një objektiv në formën e bërthamave atomike, kjo shufër duhet të ketë madhësinë e duhur. Kjo është ajo që quhet masa kritike e uraniumit - masa në të cilën më shumë se gjysma e neutroneve të emetuara përplasen me bërthamat e tjera.
Në fakt, kjo ndodh në një çast. Numri i bërthamave të ndara rritet si një ortek, fragmentet e tyre nxitojnë në të gjitha drejtimet me shpejtësi të krahasueshme meshpejtësia e dritës, grisja e ajrit të hapur, ujit, çdo mjeti tjetër. Nga përplasjet e tyre me molekulat mjedisore, zona e shpërthimit nxehet në çast deri në miliona gradë, duke rrezatuar nxehtësi që djeg gjithçka në një zonë prej disa kilometrash.
Ajri i ndezur papritmas zgjerohet menjëherë në madhësi, duke krijuar një valë të fuqishme goditëse që rrëzon ndërtesat nga themelet, përmbys dhe shkatërron gjithçka në rrugën e saj … kjo është fotografia e një shpërthimi atomik.
Si duket në praktikë
Pajisja e bombës atomike është çuditërisht e thjeshtë. Ka dy shufra uraniumi (ose metali tjetër radioaktiv), secila prej të cilave është pak më e vogël se masa kritike. Njëra prej shufrave është bërë në formën e një koni, tjetra është një top me një vrimë në formë koni. Siç mund ta merrni me mend, kur bashkohen dy gjysmat, fitohet një top, në të cilin arrihet masa kritike. Kjo është një bombë standarde e thjeshtë bërthamore. Dy gjysmat janë të lidhura duke përdorur ngarkesën e zakonshme TNT (koni futet në top).
Por mos mendoni se dikush mund ta montojë një pajisje të tillë "në gju". Truku është se uraniumi, në mënyrë që një bombë të shpërthejë, duhet të jetë shumë i pastër, prania e papastërtive është praktikisht zero.
Pse nuk ka bombë atomike sa një paketë cigaresh
Të gjitha për të njëjtën arsye. Masa kritike e izotopit më të zakonshëm të uraniumit 235 është rreth 45 kg. Një shpërthim i kësaj sasie karburanti bërthamor është tashmë një fatkeqësi. Dhe për të bërë një mjet shpërthyes me më paksasia e substancës është e pamundur - thjesht nuk do të funksionojë.
Për të njëjtën arsye, nuk ishte e mundur të krijoheshin ngarkesa atomike super të fuqishme nga uraniumi ose metale të tjera radioaktive. Në mënyrë që bomba të ishte shumë e fuqishme, ajo ishte bërë nga një duzinë shufrash, të cilat kur shpërthyen ngarkesat shpërthyese, nxituan në qendër, duke u lidhur si feta portokalli.
Por çfarë ndodhi në të vërtetë? Nëse, për ndonjë arsye, dy elementë takoheshin një të mijtën e sekondës më herët se të tjerët, masa kritike arrihej më shpejt sesa pjesa tjetër "do të arrinte në kohë", shpërthimi nuk ndodhi me fuqinë që projektuesit prisnin. Problemi i armëve bërthamore super të fuqishme u zgjidh vetëm me ardhjen e armëve termonukleare. Por kjo është një histori pak më ndryshe.
Si funksionon një atom paqësor
Një termocentral bërthamor është në thelb e njëjta bombë bërthamore. Vetëm kjo "bombë" ka elementë karburanti (elemente karburanti) të përbëra nga uranium të vendosur në një distancë nga njëri-tjetri, gjë që nuk i pengon ata të shkëmbejnë "goditje" neutronike.
Elementet e karburantit bëhen në formën e shufrave, midis të cilave ka shufra kontrolli të bëra nga një material që thith mirë neutronet. Parimi i funksionimit është i thjeshtë:
- shkopinj rregullues (thithës) futen në hapësirën midis shufrave të uraniumit - reagimi ngadalësohet ose ndalet krejtësisht;
- shufrat e kontrollit hiqen nga zona - elementët radioaktivë shkëmbejnë në mënyrë aktive neutronet, reaksioni bërthamor vazhdon më intensivisht.
Në të vërtetë, rezulton e njëjta bombë atomike,në të cilën masa kritike arrihet aq mirë dhe rregullohet aq qartë sa nuk çon në një shpërthim, por vetëm në ngrohjen e ftohësit.
Megjithëse, për fat të keq, siç tregon praktika, jo gjithmonë gjeniu njerëzor është në gjendje të frenojë këtë energji të madhe dhe shkatërruese - energjinë e prishjes së bërthamës atomike.
