Mặt trái của năng lượng hạt nhân : Vũ khí hạt nhân

Theo đúng lý thuyết, để chế tạo bom Plutoniu-239 cần một khối lượng tới hạn Pu-239 (50%) là 10kg có đường kính cỡ 10cm, hay Uranium-235 là 52kg, lớn cỡ 1 quả bóng đá.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Mặt trái của năng lượng hạt nhân : Vũ khí hạt nhân Mặt trái của năng lượng hạt nhân : Vũ khí hạt nhân Theo đúng lý thuyết, để chế tạo bom Plutoniu-239 cần một khối lượngtới hạn Pu-239 (50%) là 10kg có đường kính cỡ 10cm, hay Uranium-235 là52kg, lớn cỡ 1 quả bóng đá. Thực tế, vì còn lẫn tạp chất, đồng vị bền khôngphân rã nên khối lượng thực lớn hơn loại tinh khiết một chút. Nhưng khônghẳn vậy. Người ta có cách để giảm khối lượng tới hạn để chế tạo những quảbom nhỏ hơn, còn gọi là bom hạt nhân chiến thuật. Nguy hiểm của bom hạtnhân chiến thuật là sử dụng đơn giản, thậm chí lẫn với bom thường nên khóphát hiện. Bắc Triều Tiên nổ quả bom đầu tiên mà các chuyên gia phươngTây nói chỉ 1, vài kiloton, chứng tỏ rằng trình độ hạt nhân của họ lại là caochứ không hề vớ vẩn.Mấu chốt ở đây là sử dụng gương phản xạ neutron, thường làm bằngberrylium. Gương này có tác dụng tập trung neutron trở lại khối vật liệu,tránh làm thất thoát nó và do đó tăng khả năng xảy ra phản ứng dây chuyềnở khối lượng nhỏ hơn tới hạn. Đây là hướng cơ bản để chế tạo bom hạt nhânmini nhỏ gọn, hay còn gọi là hạt nhân chiến thuật. Bom-ACòn gọi là bom hạt nhân phân rã, ở khối lượng tới hạn, phân rã hạt nhân làm thoátcác hạt neutron số lượng lớn gây phản ứng dây chuyền, phát nổ giải phóng nănglượng cực lớn.U-235 và Pu-239 là 2 loại nguyên liệu hạt nhân thường được sử dụng để làm bom.Trạng thái bình thường nguyên liệu phóng xạ luôn có neutron và các tia phóng xạBeta, gama thoát ra, gọi là phóng xạ tự nhiên. Nó phá hoại các tế bào sống, phá huỷADN gây biến dạng sinh học.Bom-A có sơ đồ như ảnh dưới. Ảnh này đã được làm nhỏ lại. Bấm vào đây để xem kích thước thật 700x409 and weights 59KB.Nếu tập trung khối lượng nguyên liệu phóng xạ đủ lớn đến khối lượng tới hạn, cácneutron phân rã bắn phá các nguyên tử khác và tạo ra ngày càng nhiều neutrongây ra phản ứng dây chuyền và phát nổ. Vì vậy khi lưu trữ nguyên liệu hạt nhân,người ta không bao giờ để chúng tập trung quá khối lượng tới hạn.Khối lượng tới hạn phụ thuộc vào độ tinh khiết của đồng vị phóng xạ, ở Pu-239 độtinh khi ết 99% là 4,5kg, khi độ tinh khiết giảm, khối lượng tới hạn cần lớn hơn.Nguyên tắc chung để thiết kế 1 quả bom-A là dùng thuốc nổ thường năng lượngcao nén các mảnh nguyên liệu phóng xạ thành một khối có khối lượng lớn hơn tớihạn để phản ứng dây chuyền tự động xảy ra. Đây là nguyên lý rất đơn giản nhưnghiệu quả.Đối với U-235 hay Pu-239, phương pháp hay dùng là tạo chúng thành quả cầu rỗng,không gian trống bên trong sẽ ngăn cản neutron va chạm với các nguyên tử và dođó giữ bom-A ở trạng thái dưới ngưỡng tới hạn. Khi chất nổ thường phát nổ cóđịnh hướng sẽ nén quả cầu rỗng thành một khối đặc quá khối lượng tới hạn đểphản ứng dây chuyền có thể bắt đầu.Các nhà khoa học phát hiện các loại vật liệu như berryllium có tính phản xạneutron, giống như tấm gương phản xạ ánh sáng. Nếu đóng kín khối nguyên liệuphóng xạ bằng một lớp berrylium, neutron thoát ra từ phân rã tự nhiên sẽ bị dộingược lại va chạm với các nguyên tử phóng xạ khác nhiều hơn gây phản ứng dâychuyền ở khối lượng nhỏ hơn tới hạn.Sau WWII, rất nhanh chóng người ta chuyển từ bom làm bằng U-235 sang Pu-239nhỏ hơn.Bom-HBom-H có một ngòi nổ bằng bom-A, ngoài ra còn có bom neutron, nó bức xạneutron nhiều hơn là nhiệt.Khác với bom-H, bom neutron có thể hướng chùm neutron vào một vùng địnhtrước nên sức phá huỷ của nó rất khủng khiếp và gọn gàng. Tư liệu về bomneutron hiện nó rất ít.Bom-H còn được gọi là bom nhiệt hạch/tổnghợp hạt nhân/bom hiđrô vì dùngđồng vị hidro làm nguyên liệu. Nguồn năng lượng chính được giải phóng khi bomnổ là từ phản ứng nhiệt hạch chứ không phải phản ứng phân rã như bom-A. Bom-Achỉ là ngòi nổ. bom-H mạnh hơn nhiều bom-A.Hidro thường không có neutron trong nguyên tử, deuterium (nước nặng)có 1neutron, tritium có 2 neutron. Năng lượng giải phóng chủ yếu của bom-H là từphản ứng tổng hợp hạt nhân deuterium và tritium thành Hê-li. Cùng mức nănglượng kinh khủng 17,6 MeV. Cũng vì thế mà người ta gọi Bom-H là “bom sạch” vìnó ít để lại cặn bã phóng xạ như bom-A.Để kích nổ bom-H, người ta phải làm nổ ngòi bom-A bên trong, tạo ra nhiệt áp rấtlớn nén các nguyên tử deuterium và tritium lại đủ gần để châm ngòi phản ứngnhiệt hạch. Ở bom-H cũng có ứng dụng gương berrylium để tập trung neutron nhưhình dưới. Ảnh này đã được làm nhỏ lại. Bấm vào đây để xem kích thước thật 700x806 and weights 115KB.Vấn đề khó của bom-H là thu thập/khai thác đủ deuterium và tritium. Deuteriumthì có thể khai thác và phân tách từ nước biển. Còn tritium thì rất hiếm trong tựnhiên. Tuy nhiên có cách khác để thu được qua việc bắn phá hạt nhân lithium ngaytrong bom-H như ở hình trên. Kết quả một loại bột khô gọi là Lithium-deuteride sẽđược dùng làm nguyên liệu cho bom-H.Như vậy, chế tạo bom-A dùng U-235 không cần lò hạt nhân, chỉ cần máy ly tâm đểcô đặc mật độ U-235 khai thác từ nguyên liệu thô tự nhiên. Còn Plutonium phóngxạ rất hiếm trong tự nhiên và phải tổng hợp qua lò phản ứng. Nó cũng là cặn bãphóng xạ trong các nhà máy điện hạt nhân.Khi ngòi nổ bom-A phát nổ, tritium sẽ tổng hợp với deuterium và giải phóng nănglượng 17,6 MeV. Cấu tạo của thùng chứa Lithium-deuteride trong hình có lõi Pu-239 ở giữa để mồi nổ. Vỏ thùng làm bằng đồng vị bền U-238 cũng có tác dụng ngănbức xạ nhiệt phá vỡ bình sớm, góp phần hội đủ neutron để phản ứng tổng hợp xảyra.Quá trình nổ bom-HA: trạng thái ổn định. B:chất nổ thường năng lượng cao phát nổ và nén khối Pu-239 để kích nổ quả bom-A cớ nhỏ. C: Pu-239 bị nén đến quá khối lượng tới hạn,khí tritium có tác dụng kích thích phản ứng dây chuyền làm nổ quả bom-A. Tia X,neutron và nhiệt áp làm lớp xốp phát xạ plasma, phản xạ qua thành gươngberryllium và tập trung vào thùng chứa Lithium-deuteride. D: plasma, neutron,nhiệt áp nén khối Lithium-deuteride đến áp lực và nhiệt độ rất cao gây ph ...