Bom Atom dan Cara Kerjanya

Ada dua jenis ledakan atom yang dapat difasilitasi oleh Uranium-235: fisi dan fusi. Fisi, sederhananya, adalah reaksi nuklir di mana inti atom terbagi menjadi fragmen (biasanya dua fragmen massa yang sebanding) sambil memancarkan 100 juta hingga beberapa ratus juta volt energi. Energi ini dikeluarkan secara eksplosif dan keras di dalam bom atom. Di sisi lain, reaksi fusi biasanya dimulai dengan reaksi fisi. Tetapi tidak seperti bom fisi (atom), bom fusi (hidrogen) memperoleh kekuatannya dari penggabungan inti berbagai isotop hidrogen menjadi inti helium.

Artikel ini membahas tentang Sebuah bom atau bom atom. Kekuatan besar di balik reaksi dalam bom atom muncul dari kekuatan yang menyatukan atom. Kekuatan-kekuatan ini mirip dengan, tetapi tidak persis sama dengan, daya tarik.

Atom terdiri dari berbagai nomor dan kombinasi dari tiga partikel sub-atom: proton, neutron, dan elektron. Proton dan neutron berkumpul bersama untuk membentuk inti (massa pusat) atom sementara elektron mengorbit inti, mirip planet di sekitar matahari. Ini adalah keseimbangan dan pengaturan partikel-partikel ini yang menentukan stabilitas atom.

Sebagian besar elemen memiliki atom yang sangat stabil yang tidak mungkin dipisah kecuali dengan bombardir dalam akselerator partikel. Untuk semua tujuan praktis, satu-satunya unsur alami yang atom-atomnya dapat dipecah dengan mudah adalah uranium, a logam berat dengan atom terbesar dari semua elemen alami dan neutron-ke-proton yang luar biasa tinggi perbandingan. Rasio yang lebih tinggi ini tidak meningkatkan "keterpisahannya," tetapi memiliki pengaruh penting pada kemampuannya untuk memfasilitasi ledakan, menjadikan uranium-235 kandidat yang luar biasa untuk fisi nuklir.

Ada dua isotop yang terjadi secara alami uranium. Uranium alami sebagian besar terdiri dari isotop U-238, dengan 92 proton dan 146 neutron (92 + 146 = 238) yang terkandung dalam setiap atom. Dicampur dengan ini adalah akumulasi 0,6% dari U-235, dengan hanya 143 neutron per atom. Atom-atom isotop yang lebih ringan ini dapat terbelah, sehingga "fisi" dan berguna dalam membuat bom atom.

Neutron-heavy U-238 memiliki peran untuk dimainkan dalam bom atom juga karena atom-neutron-beratnya dapat membelokkan nyasar neutron, mencegah reaksi berantai yang tidak disengaja dalam bom uranium dan menjaga neutron yang terkandung dalam plutonium bom. U-238 juga dapat "jenuh" untuk menghasilkan plutonium (Pu-239), elemen radioaktif buatan manusia yang juga digunakan dalam bom atom.

Kedua isotop uranium secara alami bersifat radioaktif; atom-atom besar mereka hancur seiring waktu. Dengan waktu yang cukup (ratusan ribu tahun), uranium pada akhirnya akan kehilangan begitu banyak partikel yang akan berubah menjadi timah. Proses pembusukan ini dapat dipercepat dalam apa yang dikenal sebagai reaksi berantai. Alih-alih hancur secara alami dan lambat, atom-atom dipecah secara paksa oleh bombardir dengan neutron.

Pukulan dari satu neutron cukup untuk memecah atom U-235 yang kurang stabil, menciptakan atom unsur-unsur yang lebih kecil (sering barium dan kripton) dan melepaskan panas dan radiasi gamma (bentuk paling kuat dan mematikan dari radioaktivitas). Reaksi berantai ini terjadi ketika "cadangan" neutron dari atom ini terbang dengan kekuatan yang cukup untuk membelah atom U-235 lainnya yang bersentuhan dengannya. Secara teori, perlu untuk memisahkan hanya satu atom U-235, yang akan melepaskan neutron yang akan membelah atom lain, yang akan melepaskan... dan seterusnya. Perkembangan ini bukan aritmatika; itu geometris dan terjadi dalam sepersejuta detik.

Jumlah minimum untuk memulai reaksi berantai seperti dijelaskan di atas dikenal sebagai massa superkritis. Untuk U-235 murni, harganya adalah £ 110 (50 kilogram). Namun, tidak ada uranium yang cukup murni, sehingga dalam kenyataannya lebih banyak yang akan dibutuhkan, seperti U-235, U-238, dan Plutonium.

Uranium bukan satu-satunya bahan yang digunakan untuk membuat bom atom. Bahan lain adalah isotop Pu-239 dari elemen plutonium buatan manusia. Plutonium hanya ditemukan secara alami dalam jejak kecil, sehingga jumlah yang bisa digunakan harus dihasilkan dari uranium. Dalam reaktor nuklir, isotop U-238 uranium yang lebih berat dapat dipaksa untuk memperoleh partikel tambahan, akhirnya menjadi plutonium.

Plutonium tidak akan memulai reaksi berantai cepat dengan sendirinya, tetapi masalah ini diatasi dengan memiliki a sumber neutron atau bahan yang sangat radioaktif yang menghasilkan neutron lebih cepat daripada plutonium diri. Dalam beberapa jenis bom, campuran unsur Berilium dan Polonium digunakan untuk menghasilkan reaksi ini. Hanya sepotong kecil yang dibutuhkan (massa superkritis sekitar 32 pon, meskipun hanya 22 yang dapat digunakan). Materi itu tidak dapat dibelah dalam dan dari dirinya sendiri tetapi hanya bertindak sebagai katalis untuk reaksi yang lebih besar.