Diferencia entre el hidrógeno y la bomba de uranio

Diferencia Principal - Hidrógeno vs Bomba De Uranio

La teoría de la relatividad especial cambió completamente las ideas clásicas de masa, energía, tiempo y más. La famosa ecuación de Einstein E = mc² reveló un alto secreto entre la masa y la energía, conocida como la equivalencia masa-energía. De acuerdo con esta ecuación, deberíamos poder convertir la energía en masa y viceversa.. 

Cuando los neutrones y los protones se combinan o se fusionan en un núcleo, se libera una cantidad increíble de energía. Entonces, la masa del núcleo resultante es menor que la de la masa total de sus partículas progenitoras. Esta reducción de la masa está dada por la ecuación de Einstein. Los físicos se dieron cuenta de que se podía generar una gran cantidad de energía fusionando núcleos pequeños en núcleos pesados ​​o frenando núcleos pesados ​​en núcleos ligeros. Además, se dieron cuenta de que esta energía podía usarse para generar electricidad y también para fabricar bombas destructivas en masa..

Los mejores combustibles para las bombas de fisión son el uranio y el plutonio, mientras que el mejor combustible para diseñar bombas de fusión es el hidrógeno. Como lo sugieren los nombres, las bombas de uranio usan el uranio como combustible fisionable, mientras que las bombas de hidrógeno usan el hidrógeno como combustible.. En las bombas de uranio, la energía se libera cuando los núcleos de uranio se transforman en núcleos ligeros. Pero en las bombas de hidrógeno, la energía se libera cuando los pequeños núcleos se fusionan en los núcleos He.. los diferencia principal entre el hidrógeno y la bomba de uranio es que Las bombas de uranio son bombas de fisión nuclear mientras que las bombas de hidrógeno son bombas de fusión.. Este artículo se centra en las diferencias entre el hidrógeno y la bomba de uranio..

¿Qué es la bomba de hidrógeno?

Cuando los núcleos ligeros se combinan en un núcleo pesado, la masa del núcleo resultante es menor que la masa total de sus núcleos progenitores. Cuando se fusionan, la pérdida de masa se convierte en energía de acuerdo con la ecuación de Einstein. Esta energía puede ser utilizada para generar electricidad. Desafortunadamente, la misma idea se puede usar para hacer una bomba de fusión porque se libera una gran cantidad de energía en la fusión..

El mejor elemento como combustible de fusión es el hidrógeno. El hidrógeno tiene tres isótopos: protio, deuterio y tritio. Pero, el hidrógeno es naturalmente un elemento gaseoso. Para la reacción de fusión, se debe lograr una temperatura muy alta y una densidad de combustible muy alta. Si se utiliza hidrógeno como hidrógeno líquido, se debe acoplar un mecanismo de enfriamiento con la bomba, que agrega un peso y volumen adicionales a la bomba. Por lo tanto, el hidrógeno se utiliza en forma de LiD (Deuteruro de litio) que es sólido y, por lo tanto, elimina la necesidad de un mecanismo de enfriamiento..

Deuterio y tritio son los mejores isótopos para la reacción de fusión. Al utilizar Deuterio como LD, se puede lograr una densidad de combustible muy alta. La otra ventaja del Deuterio es que es un isótopo estable. La abundancia de Deuterio en el Hidrógeno natural se encuentra alrededor del 0.015%. Entonces, el agua es una buena fuente de Deuterio..

En una bomba de fusión, se necesita una temperatura muy alta (alrededor de 10⁸ K) para la reacción de fusión. Entonces, una bomba de fisión se usa en bombas de fusión para alcanzar tales temperaturas. Una vez que la bomba de fisión es detonada, se alcanza la temperatura requerida. En otras palabras, una bomba de fisión se utiliza en bombas de fusión para encender la bomba de fusión. Después de que la bomba de fisión es detonada, se inicia la reacción de fusión. Primero, un núcleo de Li absorbe un neutrón y se fisiona en un núcleo de Helio, un núcleo de tritio más energía. A continuación, un núcleo de deuterio se combina con un núcleo de tritio para producir un núcleo de helio, un neutrón más energía. Entonces, la reacción general se puede acortar en la siguiente ecuación.

D + Li → 2He + energía

En la reacción de fusión anterior, no se producen núcleos radiactivos. La energía liberada por nucleón en la reacción de fusión anterior es mucho mayor que la de la reacción de fisión de uranio..

¿Qué es una bomba de uranio?

El uranio tiene varios isótopos como el uranio-238, el uranio-235 y el uranio-239. Sin embargo, el uranio-238 representa el 99.7% del uranio natural. El uranio-239 es muy inestable, por lo que su vida media es muy corta. Así que se descompone en Plutonio muy pronto. El uranio-238 es el isótopo de uranio más estable. El uranio-235 es inestable y su abundancia natural ronda el 0.72%..

Cuando un átomo de uranio absorbe un neutrón, se rompe en dos fragmentos de fisión (dos átomos más pequeños) más varios neutrones. En esta reacción de fisión, se libera una gran cantidad de energía como energía cinética de los fragmentos de fisión y las ondas EM. Si los neutrones resultantes fueron absorbidos por otros átomos de uranio, el proceso se convierte en una reacción en cadena que frena cada vez más los núcleos de uranio-235. Sin embargo, algunos de los neutrones producidos en el proceso se escapan de la muestra de uranio. Así que esos neutrones que escapan no participan en la fisión nuclear. La fracción de los neutrones que escapan de la muestra depende de la masa de la muestra. Para una reacción en cadena, hay una masa umbral para el uranio llamada masa crítica. La masa crítica es la masa mínima de un combustible fisionable que debe estar presente para sostener la reacción en cadena una vez que se inicia. Además, si la muestra de uranio no está enriquecida de manera natural, la mayoría de los neutrones serían absorbidos por los átomos de uranio-238 (debido a que su abundancia es de alrededor del 99,7%) que luego producen uranio-239. Así que es un desperdicio. Para minimizar el número de neutrones absorbidos por uranio-238, se debe mejorar el porcentaje de uranio-235. Este proceso se llama enriquecimiento de uranio..

Una bomba nuclear debería poder liberar una gran cantidad de energía nuclear en un instante. Por lo tanto, tanto el escape de neutrones como el número de neutrones absorbidos por Uranium-238 deben reducirse tanto como sea posible. Estos requisitos se logran utilizando muestras de uranio altamente enriquecidas (HEU) que tienen una masa mayor que la masa crítica. En las bombas de uranio, el uranio se enriquece hasta casi el 90% del uranio-235..

En las armas nucleares modernas, se utiliza un tubo de vacío de alto voltaje acoplado con un acelerador de partículas pequeñas como el generador de neutrones que es el iniciador de la reacción en cadena. La siguiente figura muestra la estructura básica de una bomba de uranio..

Antes de la detonación, la muestra de uranio se mantiene como dos partes separadas, cada una con una masa menor que la masa crítica. La masa total de estas dos muestras excede la masa crítica. Esta separación nos permite mantener la bomba en estado subcrítico hasta que sea detonada. En otras palabras, la bomba no puede sostener una reacción en cadena hasta que las dos partes se unen ya que la masa de cada muestra es menor que la masa crítica.

Primero, se detona el explosivo convencional (TNT) que hace que la bala de uranio se precipite y se combine con el objetivo de uranio. Una vez que se combinan en una sola muestra de uranio, su masa supera la masa crítica que conduce a una reacción en cadena y, por lo tanto, a una explosión nuclear. Esta explosión libera una gran cantidad de energía en forma de energía cinética de fragmentos de fisión y radiación que quema a las víctimas. Los fragmentos de fisión resultantes también son casi radiactivos. Por lo tanto, hay muchos problemas médicos asociados con la lluvia radiactiva causada por una explosión nuclear.

Diferencia entre el hidrógeno y la bomba de uranio

Combustible:

Bomba de uranio La bomba de uranio es alimentada por uranio-235.

Bomba de hidrogeno: La bomba de hidrógeno es alimentada porLiD (Deuteride De Litio).

Iniciación:

Bomba de uranio Se utiliza una fuente de neutrones como iniciador..

Bomba de hidrogeno: Las bombas de hidrógeno se encienden con bombas de fisión..

Reacciones nucleares:

Bomba de uranio Hay varios caminos de fisión para. Para un ejemplo,

Bomba de hidrogeno:

Al combinar los pasos primero y segundo, obtenemos la reacción de fusión general, 

Energía liberada por nucleon:

Bomba de uranio La energía depende de la trayectoria de fisión del uranio-235. Para la ruta de fisión anterior, la energía liberada por nucleón es ~ 0.70MeV

Bomba de hidrogeno: La energía liberada por nucleón es ~ 2.8MeV (para LD)

Requisitos importantes:

Bomba de uranio La masa crítica y una fuente de neutrones son los requisitos más importantes..

Bomba de hidrogeno: Muy alta temperatura alrededor de 10⁸ Se requiere K y alta densidad de combustible..

Lluvia radioactiva:

Bomba de uranio La lluvia radioactiva es alta..

Bomba de hidrogeno: La lluvia radioactiva es menor..

Imagen de cortesía:

"Ivy Mike" por The Official CTBTO Photostream - Prueba nuclear atmosférica "Ivy Mike" - Noviembre de 1952 (CC BY 2.0) a través de Commons Wikimedia