Temat XL Jądro atomowe

Temat XL Jądro atomowe

Początki

Promieniotwórczość Pod koniec XIX wieku Henri Becquerel zajął się badaniem zjawiska fosforescencji. Odkrył przy tym, że kawałek rudy uranu wytwarza promieniowanie

Błędnie zinterpretował odkrycie jako przykład fosforescencji Ogłosił swoje wyniki 24 lutego 1896roku. Błąd skorygował 2 marca 1896 roku Jednak błędy popełnione podczas dalszych badań doprowadziły go do wniosku, że promienie rud uranu są rodzajem fal elektromagnetycznych. To zastopowało zainteresowanie odkryciem Becquerela

Dalsze badania podjęła w 1898 roku Maria Skłodowska-Curie Odkrycia w pierwszej fazie badań spowodowały, że dołączył do niej jej mąż Pierre Curie

Maria wykorzystując ultraczuły elektrometr Pierre Curie wykazała, że źródłem promieniowania jest sam atom (nie jest to kwestia oddziaływań z otoczeniem) Badania te doprowadziły ją również do odkrycia dwóch nowych pierwiastków promieniotwórczych: radonu i polonu.

W styczniu 1899 roku ukazuje się praca Ernesta Rutheforda nad promieniotwórczością. Ruthefrod stwierdził między innymi, że promieniowanie wysyłane przez uran nie jest jednorodne i zawiera co najmniej dwie różne składowe. Jedna z nich składowa była silnie pochłaniana, druga oznaczana jako, była bardziej przenikliwa. W 1900 roku Becquerel pokazał, że promieniowanie ma takie same cechy jak promienie katodowe. Również w 1900 roku Paul Villard odkrył trzecią składową promieniowania oznaczoną jako. W przeciwieństwie do promieni i, promienie nie ulegały odchyleniu w polu magnetycznym i elektrycznym i pod tym względem przypominały promienie X

Prawo promieniotwórczego rozpadu Krótko potem Ernst Rutheford wraz z Robertem Ownesem odkrywają, że z toru wydziela się promieniotwórczy gaz, który nazwali emanacją toru (później stwierdzono, że jest to izotop argonu). Promieniowanie gazu zmieniało się bardzo szybko co pozwoliło sformułować prawo opisujące zanik substancji promieniotwórczej.

Prawo promieniotwórczego rozpadu

Czas połowicznego rozpadu to czas po którym rozpada się połowa cząstek danego rodzaju

nr krotność masa nr krotność masa 1 2 500kg 18 262144 3,8g 2 4 250kg 20 1048576 954mg 3 8 125kg 22 4194304 238mg 4 16 62,5kg 24 16777216 59,6mg 5 32 31,3kg 26 67108864 14,9mg 6 64 15,6kg 28 268435456 3.7mg 8 256 3,9kg 30 1073741824 931 g 10 1024 976g 32 4294967296 232 g 12 4096 244g 36 68719476736 14,5 g 14 16384 61g 40 1099511627776 909pg 16 65536 15,3g 44 17592186044416 56pg

Spektroskopia mas W 1886 roku Eugen Goldstein opisał promienie anodowe nazywane też promieniami kanalikowymi.

W 1907 roku badania nad odchyleniem się tych promieni w polu magnetycznym pokazały, że ich masy mogą być różne

W 1913 roku J.J. Thomson badając zachowanie zjonizowanego neonu pokazał, że w polu magnetycznym jego atom tworzą dwa odrębne ślady na kliszy fotograficznej

Student Thomona Francis Aston kontynuował te badania budując w pełni funkcjonalny spektrometr mas. Pozwoliło to na wykrycie szeregu izotopów pierwiastków

Spektroskopia mas

Izotopy Atomy tego samego pierwiastka różniące się liczbą neutronów Za wyjątkiem izotopów wodoru mają bardzo zbliżone własności chemiczne Izotopy wodoru to: wodór H, deuter D, tryt T Istnienie izotopów zasugerował Frederick Soddy w 1913 roku

Jądro atomowe W podstawowym ujęciu składa się z dodatnio naładowanych protonów i elektrycznie obojętnych neutronów cząstki te nazywamy nukleonami Zgodnie z modelem planetarnym jądro zajmuje niewielką centralną część objętości atomu.

Przemiany jądrowe Taka koncepcja jądra atomowego otwiera drogę do przemian jednego pierwiastka w drugi. Trzeba po prostu dołożyć lub odjąć odpowiednią liczbę protonów Technicznie takie odejmowanie i dodawanie nie jest oczywiście proste.

Dwie podstawowe, naturalne przemiany jądrowe Przemiana alfa związana jest z wyrzutem podwójnie zjonizowanego jądra helu 4. Ogólny schemat reakcji Przykłady

Przemiana beta związana jest z emisją elektronu z jądra atomowego i przemianie jednego neutronu w jeden proton. Ogólny schemat reakcji Przykłady

Emisja promieni gamma nie wiąże się z przemianą jądrową. Gamma jest promieniowaniem elektromagnetycznym o długości fali mniejszej od promieni X. Mechanizm jego emisji jest w ogólnym zarysie podobny do emisji promieniowania elektromagnetycznego z atomu. Neutrony i protony tworzą wewnątrz jądra układ poziomów energetycznych. Przejścia między tymi poziomami związane są z emisją lub absorpcją promieniowania

Sztuczne przemiany jądrowe Sztuczne przemiany jądrowe, to przemiany zainicjowane przez człowieka

Pierwszą sztuczną reakcję jądrową przeprowadził Ruthefrod w 1919r.

Odkrycie neutronu Aby wyjaśnić istnienie izotopów fizycy postulowali istnienie w jądrze atomowym jeszcze jednej cząstki, podobnej do protonu, ale elektrycznie obojętnej.

W 1930 roku Walther Bothe i Herbert Becker badali oddziaływanie cząstek alfa z lekkimi atomami. Bombardując beryl cząstkami alfa, zauważyli oni, że emituje on promieniowanie przenikliwe, które przechodzi nawet przez dwudziestocentymetrową ścianę wykonaną z ołowiu. Promieniowanie to nazwano promieniowaniem berylowym.

Neutron Podobne eksperymenty przeprowadzali małżonkowie Frederic Joliot i jego żona Irena Joliot-Curie. Zarówno jedni, jak i drudzy błędnie sądzili, że mają do czynienia z promieniami Roentgena.

W 1932 roku James Chadwick wykonał podobne doświadczenie, ale dodatkowo w pewnej odległości od tarczy umieścił wosk parafinowy. Gdy promieniowanie berylowe trafiało w wosk, to wybijały z niego protony. Energia, zawarta w promieniach Roentgena, wystarczyła do uwolnienia elektronów z atomów parafiny, ale nie mogła doprowadzić do wybicia protonów.

Chadwick stwierdził, że wybicie protonów musiało być spowodowane przez promieniowanie obojętnych cząstek, które mają masę zbliżoną do masy protonu. Odkryte nowe cząstki szybko utożsamiono z hipotetycznymi cząstkami mającym wyjaśnić zjawisko izotopii. Nazwa je neutronami.

Neutron Poza jądrem atomowym neutron jest cząstką nietrwałą. Czas połowicznego rozpadu wynosi 885.7 sekundy. Masa spoczynkowa neutronu jest nieznacznie większa od masy protonu Brak oddziaływań elektrycznych z atomami powoduje, że neutrony są cząstkami wysoce przenikliwymi

Siły jądrowe Za trwałość jądra atomowego nie mogą odpowiadać oddziaływania elektromagnetyczne. Protony się odpychają a neutrony nie oddziałują elektrycznie. Model jądra wymaga wprowadzenia sił innego rodzaju, specyficznych dla jądra atomowego sił jądrowych.

Siły jądrowe wiążą nukleony to jest protony i neutrony. W efekcie związane nukleony mają dług energetyczny wobec pola sił jądrowych. Wyrwanie nukleonu z jądra wymaga energii równej energii wiązania tego nukleonu, podobnie jak to było w przypadku wiązania przez siły grawitacyjne i elektryczne

Siła wiązania na jeden nukleon dla jąder o różnych masach atomowych A

Wykres energii wiązania na nukleon pokazuje, że - Reakcja łączenia dwóch lekkich jąder zachodzi z wydzieleniem energii (rekcja fuzji lub syntezy) - Reakcja podziału ciężkiego jądra na dwa lżejsze zachodzi z wydzieleniem energii - Maksimum energii wiązania na nukleon przypada dla jądra niklu 62.

Kolejne silnie związane jądra to żelazo 58 i żelazo 56

Na wykresie widać również silny samotny pik dla helu 4. To wyjaśnia istnienie rozpadu alfa. Energetycznie zwyczajnie nie opłaca się rozbijać powiązanych czwórek: dwa neutrony i dwa protony. Bardziej korzystna jest wyrzucenie całej czwórki

Reakcja syntezy (fuzji) Łącznie dwóch lekkich jąder atomowych w jedno cięższe Przykładowa reakcja łączenia jądra wodoru-2 i jądra helu-3

Reakcja syntezy - przykłady

Cykl protonowy

Cykl węglowo-azotowo-tlenowy

Defekt masy

Naturalne przemiany jądrowe Obliczmy dla przykładu energię wiązania dla jądra Deuteru. Przyjmiemy następującą strategię: Obliczymy sumę mas protonu i neutronu

Od tak obliczonej masy odejmiemy masę jądra deuteru Wbrew oczekiwaniom różnica ta nie jest równa zeru. Trzeba jednak pamiętać o równoważności energii i masy. Przyjmujemy, że wykazana różnica jest energią wydzieloną podczas reakcji fuzji.

Oznacza to ubytek masy równy co stanowi około 0.15% sumy mas składników atomu deuteru Ubytek masy pojawiający się w egzoenergetycznych reakcja jądrowych nazywamy defektem masy

Jedna jednostka masy atomowej jest równa masie atomu węgla 12 C Atom/cząstka masa elektron 0,000548597 proton 1,0072766 neutron 1,008665 1,007825 2,014102 3,016049 4,002604 6,015126 7,016005 8,005308 9,012186 12,000 14,003242

Reakcja rozszczepienia Rozszczepienie uranu może przebiegać różnymi torami Z podziałem na róże pary jąder lekkich oraz dwa lub trzy neutrony

Dla uzyskania energii jednej kilotony konieczne jest rozszczepienie 1,45 10 23 jąder 235 U Reakcja łańcuchowa

Przykładowy pełny tor rozpadów dla uranu 235 U

Moja pierwsza bomba atomowa

Problem: Neutrony wyemitowane w wyniku rozszczepienia jądra są neutronami prędkimi, a takie neutrony wywołają bardzo, bardzo niewiele reakcji rozszczepienia. W efekcie nie będzie reakcji łańcuchowej. Problem drugi: Uran naturalny składa się w 99,3% z izotopu 238 i tylko w 0,7% z uranu 235. Jednym z powodów tej dysproporcji jest fakt, że czas połowicznego rozpadu uranu 238 wynosi 4,5 mld lat, a uranu 235 700mln lat.

neutron Wychwyt mało Szybki: E k 1MeV prawdopodobny. Gdy się zdarzy zwykle prowadzi do rozszczepienia Wychwyt mało Średni: E k 5eV prawdopodobny. Gdy się zdarzy zwykle prowadzi do rozszczepienia Wolny: E k 0,03eV Wychwyt bardzo prawdopodobny. Prawie zawsze prowadzi do rozszczepienia Wychwyt mało prawdopodobny. Gdy się zdarzy zwykle prowadzi do rozszczepienia Wychwyt bardzo prawdopodobny. Gdy się zdarzy powstaje Wychwyt mało prawdopodobny. Gdy się zdarzy powstaje

Przekrój czynny Niech strumień wielu bardzo drobnych pocisków pada na mocno dziurawą tarczę. Gdy weźmiemy cienki plaster tarczy, o niewielkiej grubości x okaże się, że tworzące ją cząstki można sprowadzić do jednej płaszczyzny. Możemy tak uczynić gdyż cząsteczki tarczy praktycznie się nie przesłaniają

Powiedzmy że na tarczę pada N pocisków i że od strony nadlatujących pocisków tarcza ma pole powierzchni S. Niech n oznacza gęstość cząstek tarczy, czyli liczbę cząstek w jednostce objętości. Niech w objętości plastra tarczy liczba pocisków, które zderzą się z cząstkami tarczy wynosi N. Wtedy możemy zapisać N N = σ S ns x oznacza efektywną powierzchnię pojedynczego elementu tarczy. Wtedy ns x wyznacza liczbę cząstek tarczy w objętości S x plastra tarczy, a ns x jest sumarycznym polem powierzchni wszystkich elementów tarczy.

N N = σ S ns x Wyrażenie n S x/s jest stosunkiem powierzchni zajętej przez elementy tarczy i powierzchni całej tarczy. Im bardziej jest dziurawy materiał, z którego zrobiona jest tarcza, tym ten stosunek jest mniejszy. Przypominam, że założyliśmy, że elementy tarczy nie przesłaniają się i możemy je sprowadzić do jednej płaszczyzny

Użyłem stwierdzenia, że jest efektywną powierzchnią pojedynczego elementu tarczy. Po co ten dodatek w postaci słowa efektywna? Wyobraźmy sobie następującą sytuację. Mamy tarczę o promieniu 1m, zbudowaną z krążków o średnicy 4cm. Niech tych krążków będzie 1000 (rysunek a)

Powiedzmy, że w kierunku tarczy wystrzeliliśmy losowo 10000 kulek śrutu. Ile z nich trafi, w któryś z elementów tarczy? Powierzchnia tarczy S=3,14m 2. Powierzchnia pojedynczego elementu tarczy =12,5cm 2, czyli =0,00125m 2. Tysiąc takich elementów ma powierzchnię 1,25m 2. Zatem możemy się spodziewać, że w tarczę trafi 1,25/3,14 0,4, co daje około czterech tysięcy kulek z dziesięciu tysięcy wystrzelonych.

Rozważmy inny wariant całej sytuacji. Teraz pojedynczy element tarczy ma kształt krążka. Proces produkcji takich elementów prowadzony była tak, że każdy z nich zawiera losowo rozłożone pęcherze powietrza (rys. b).

Jeżeli śrut trafi na pęcherz powietrza, to przeleci przez krążek, jeżeli nie to w nim utkwi. Wzór N N = σ S ns x możemy przekształcić do postaci σ = N N S ns x liczba elementow tarczy

Prowadzimy doświadczenie i stwierdzamy, że z dziesięciu tysięcy kulek w elementach tarczy utkwiło N=500. σ = 500 3,14 10000 1000 0,00016m2 = 1,57cm 2 W ten sposób doświadczalnie wyznaczyliśmy średnią efektywną powierzchnię jaką należy przypisać pojedynczemu średniemu elementowi tarczy, gdy chcemy obliczać liczbę kulek śrutu, które ugrzęzną. Każdy element tarczy może mieć nieco inną powierzchnię pęcherzy, stąd konieczność dodania słowa średnia. Obliczona średnia powierzchnia efektywna jest prawie 8 razy mniejsza od powierzchni geometrycznej.

Nie mówimy o niej powierzchnia efektywna tylko przekrój czynny ze względu na jakieś zdarzenie. To jakieś zdarzenie, to może być ugrzęźnięcie pocisku w tarczy, przebicie elementu tarczy, odbicie się od tarczy (może w tarczy tkwią twarde kamyki, które powodują odbicie śrutu).c W fizyce jądrowej będziemy mieli przekrój czynny na rozszczepienie, czy wychwycenie (np. neutronu)

W układzie SI jednostką przekroju czynnego jest [m 2 ]. W fizyce jądrowej, gdzie przekrój czynny należy do wielkości o podstawowym znaczeniu używa się wygodniejszej jednostki o nazwie barn. Jeden barn jest równy w przybliżeniu polu powierzchni przekroju jądra atomu uranu. Definicja: Barn Jeden barn to pole powierzchni o wartości = 10-28 m2

Zadanie 5.1 Przekrój czynny na rozpraszanie neutronów na folii aluminiowej jest równy 1,5 barna. Ile neutronów zostanie rozproszonych, jeśli w kierunku folii aluminiowej o grubości d = 0,1mm wystrzelimy 10 000 neutronów. Gęstość glinu wynosi = 2700kg/m 3. Masa jądra glinu (aluminium) wynosi m = 44,82 10-27 kg. Skorzystaj z faktu, że cienką folię neutronów można przedstawić jak na rysunku.

Rozwiązanie zadania zacznę od obliczenia gęstości powierzchniowej atomów folii. W pierwszym kroku obliczę masę metra kwadratowego folii, czyli przemnożę gęstość glinu przez grubość folii: d. Jeżeli wielkość tą podzielę przez masę jądra glinu otrzymam liczbę atomów glinu zawartych w jednym metrze kwadratowym folii, czyli gęstość powierzchniową atomów glinu. n = ρ d m 2700 10 4 = 44,82 10 27 kg m 3 kg m = 6,1 10 26 1 m 2

Łatwo policzyć, że z punktu widzenia procesu rozpraszania powierzchnia wszystkich jąder w jednym metrze kwadratowym folii z glinu o grubości 0,1mm, widziana z kierunku nadlatujących neutronów wynosi S = n σ = 9 10 4 m Jest to mniej niż jedna dziesiąta procenta całej powierzchni folii. ΔN = 10 4 6,1 10 26 1 m 2 1,5 10 28 m 2 = 9 Spośród 10 000 padających neutronów rozproszeniu uległoby 9, a bez zaburzenia przeszłoby pozostałe 9991 neutronów; nic dziwnego, że promieniowanie neutronowe uznawane jest za wysoce przenikliwe.

Problem masy krytycznej Masa krytyczna materiału rozszczepialnego minimalna masa, w której reakcja rozszczepienia przebiega w sposób łańcuchowy, czyli każde jedno rozszczepienie jądra atomowego inicjuje dokładnie jedno następne rozszczepienie. W masie mniejszej od masy krytycznej reakcja zainicjowana rozszczepieniem spontanicznym zaniknie, w masie większej od masy krytycznej reakcja będzie przebiegała w sposób lawinowy, tzn. jedno rozszczepienie wywoła więcej niż jedno rozszczepienie.

Potrzebujemy ok. 50kg uranu 235 lub 10 pluton 239

Uran Średnia koncentracja tego pierwiastka wynosi 3 10-4 %, zatem jest go więcej niż na przykład srebra, bizmutu czy złota. W jednej tonie granitu jest około 25g uranu. W skorupie ziemskiej jest go około 10 14 tony. Izotopy uranu 234 U 0,006% 2,455 10 5 lat 235 U 0,72% 7,038 10 8 lat 238 U 99,275% 4,468 10 9 lat

Okrągła płytka uranu. Uran emituje promieniowanie alfa, które jest skutecznie blokowane przez gumowe rękawiczki

Największe znane złoża uranu znajdują się na wyżynie Katanga w Kongo, Północnej Kanadzie, USA (Utah, Kolorado), Jachymowie (Czechy), Turkiestanie i Tybecie. W Polsce złoża uranu znajdują się w Rudawach Janowickich (Miedzianka, Kowary), w okolicach Masywu Śnieżnika (Kletno) i w Górach Świętokrzyskich. Złoża te były eksploatowane do lat 50. XX wieku na potrzeby programu atomowego ZSRR. W latach 60. XX wieku odkryto złoża uranu w okolicach wsi Rajsk w okolicach Bielska Podlaskiego.

W 2002 roku wydobyto 35000 ton uranu, najwięcej w Kanadzie 13000ton. Pierwsze znane nam zastosowania uranu datują się na pierwszy wiek (ok. 79 roku). Uran w postaci tlenku używany był do barwienia szkła na kolor żółty (domieszka na poziomie 1%).

Pluton Pluton w przyrodzie występuje w ilościach śladowych, ze względu na swój krótki (w porównaniu z uranem) czas połowicznego rozpadu. Dla celów wojskowych wytwarza się go w reaktorach atomowych. Pluton 239 syntetyzowany jest w reakcji

Pluton jest srebrzystym metalem o dużej gęstości 19,816g/cm 3 i temperaturze topnienia 638,85 C. Jest stosunkowo reaktywny chemicznie. Chemicznie jest silnie trujący.

Izotop Czas połowicznego Zastosowania/ uwagi rozpadu [lata] 238 Pu 87,7 Baterie radioizotopowe 239 Pu 24100 Broń jądrowa, energetyka jądrowa 240 Pu 6560 Jest głównym efektem ubocznym produkcji 239 Pu

Rozdzielanie izotopów

Metoda elektromagnetyczna Rozdzielanie elektromagnetyczne opiera się na tej samej zasadzie, co działanie spektrometrów mas jony o tej samej energii kinetycznej i ładunku, ale różnych masach, w wyniku oddziaływania z polem elektromagnetycznym poruszają się po różnych torach. Proces rozdzielania jest dokonywany w urządzeniach zwanych kalutronami. Metoda jest bardzo energochłonna i nie ma znaczenia gospodarczego, znajduje jednak zastosowanie we wzbogacaniu uranu dla celów wojskowych. Zastosowana w projekcie Manhattan

238 U jest cięższy od 235 U zaledwie o 1.013 raza Kalutron oznaczany jako Alpha Track w zakładach wzbogacania uranu w Oak Ridge w stanie Tennessee. W sumie w zakładzie pracowały cztery takie urządzenia.

Inną starą metodą jest dyfuzja gazowa. Sześciofluorek uranu pod ciśnieniem 0,1N/m 2 przepuszcza się przez porowatą przeszkodę, zawierającą około miliona mikrootworków na 1cm 2. Cząstki mające różną masę i jednakową energię kinetyczną poruszają się przez taką przeszkodę z różnymi prędkościami. Lżejsze cząsteczki przenikają przez przegrodę szybciej niż cięższe. W efekcie za przegrodą nieco wzrasta ilość cząsteczek zawierających uran 235. To nieco powoduje, że cały proces trzeba wielokrotnie powtarzać.

Zakład K-25 w Oak Ridge. Największy obiekt przemysłowy w czasach Drugiej Wojny Światowej. Czteropiętrowej wysokości budynki miały około 800 metrów długości. Zatrudniał 9000 pracowników. W procesie dyfuzji uzyskiwano uran o zawartości U-235 na poziomie 20%.

Metoda opiera się na zastosowaniu wirówek wzbogacających, w których na ciężkie izotopy działa większa siła odśrodkowa, a lżejsze gromadzą się bliżej osi wirówki. Zastosowanie wirówek do rozdzielania izotopów zostało po raz pierwszy zaproponowane w 1919 roku, a w roku 1934 wykorzystano ją do rozdzielnia izotopów chloru. W projekcie Manhattan nie była wykorzystana, a obecnie jest wiodącą technologią, z uwagi na stosunkowo małą energochłonność i krótki czas trwania procesu. Najważniejszym problemem technicznym jest wytrzymałość użytych materiałów, które są poddawane skrajnym przyspieszeniom.

Kaskada wirówek gazowych. Gas centrifuge plant in Piketon, Ohio (1984).

Projekt budowy bomby atomowej Manhattan Nazwa kodowa, oficjalna nazwa prowadzonego przez Stany Zjednoczone programu naukowobadawczego i konstrukcyjnego zmierzającego do konstrukcji i produkcji bomby atomowej, szerzej znanego pod nazwą Manhattan Project (Projekt Manhattan). Program zapoczątkowany został w 1942 roku na polecenie prezydenta F. D. Roosevelta, wykorzystano w nim jednak rezultaty przedwojennych amerykańskich prac zmierzających do wykorzystania energii jądrowej dla napędu okrętów, w tym metodę separacji izotopu uranu 235U.

Bomba Uranowa W bombie z działem artyleryjskim ładunek uranu dzieli się na dwie części jedna część stanowi pocisk a druga tarczę. W pierwszej bombie o kryptonimie Little Boy, masa pocisku stanowiła ok. 40% masy (25,6kg) użytego uranu (stopień wzbogacenia 89%), a masa tarczy 38,46kg (stopień wzbogacenia 80%). Działo, którego lufa miała długość 180cm nadawało pociskowi prędkości 300m/s. Czas złączenia pocisku z tarczą wynosił ponad 1ms, co jak na procesy jądrowe było czasem długim (była to jedna z wad tego rozwiązania, obniżająca moc wybuchu).

Fotografia bomby Little Boy. Średnica bomby 71cm, długość 304,8cm, masa 4037kg, moc 15kT 20%.

Bomba plutonowa Schemat centralnej części bomby implozyjnej. Zewnętrzna warstwa to obudowa bomby. Warstwa żółta to chemiczny materiał wybuchowy, na powierzchni którego gęsto rozmieszczono detonatory, które miały zapewnić równomierny zapłon materiału wybuchowego. Warstwa różowa to skorupa berylowo aluminiowa nazywana popychaczem. Warstwa ciemnoróżowa to reflektor neutronów (wolframowy lub z 238 U). Zielona kula to pluton z sferyczną wnęką powietrzną w środku.

Pierwsza bomba plutonowa Fat Man. Szerokość 1,5m (ze statecznikiem), długość 3,2m, masa 4630kg, moc 21kT.

Stany Zjednoczone przeprowadziły pierwszy test bomby atomowej 16 lipca 1945r. W 6 i 9 sierpnia 1945 zbombardowane zostały japońskie miasta Hiroszima i Nagasaki.

Czerwona bomba Cztery lata po USA pierwszą próba atomowa przeprowadzona została w Związku Radzieckim. RDS-1 była kopią amerykańskiej plutonowej bomby implozyjnej Fat Man. Średnica 1,5m, długość 3,3m masa 4700kg, moc ok. 22kT

Wybuch pierwszej radzieckiej bomby atomowej (RDS-1), który miał miejsce 29 sierpnia 1949 roku na poligonie atomowym w Semipałatyńsku. W USA bombie nadano kryptonim Joe-1, w nawiązaniu do Józefa Stalina. Moc wybuchu wynosiła 22 kt.

Wielka Brytania 1952 Francja 1960 Chiny 1964 Inni Indie 1974 Pakistan 1998 Korea Północna 2006 Izrael? RPA zrezygnowała z arsenału

Arsenały jądrowe ZSRR/Rosja 6880 (2018) maks (39197-1985) USA 6540 (2018) maks (31 139-1965) Wielka Brytania 215 (20180 maks (492-1980) Francja 300 (2018) maks (505-1990) Chiny 280 (2018) = maks Izrael 80 (2018) = maks Indie 130 (2018) = maks Pakistan 140 (2018)= maks Korea Północna 10-20 (2018) = maks

Kolejne wersje

Na dopalaczu (boosted)

Eksplozja ładunku George 9 maja 1951 na atolu Eniwetok. Siła wybuchu 225kT.

Bomba termojądrowa Schemat współczesnej wersji dwuczłonowej bomby termojądrowej według projektu Tellera-Ulama. A pierwszy człon: 1 Dysze chemicznego detonatora, 2- płaszcz z uranu-238, 3-szczelina do lewitacji próżnia, 4-rdzeń z plutonu-239 lub uranu-235 z wydrążoną wnęką zawierającą tryt. Część B: 5- pianka z polistyrenu, 6- reflektor z uranu-238, 7- paliwo termojądrowe (deuterek litu-6), 8- pluton-239, 9-kadłub.

Eksplozja pierwszej bomby termojądrowej Ivy Mike na atolu Einwetok. Próba miała miejsce 31 października 1952 roku. Siła wybuchu 10,4MT.

Wybuch ładunku RDS-37, pierwszej Radzieckiej bomby wodorowej. Próba miała miejsce 22 listopada 1955 roku na poligonie atomowym w Semipałatyńsku. Energia wybuchu wyniosła ok.1,6mt

Eksplozja ładunku Tsar o mocy 58MT, największego w historii

Próba w 1961r. Masa 27 ton, długość 8m

Amerykańskie działo bezodrzutowe Davy Crockett, uzbrojone w głowicę jądrową W54

Rakiety balistyczne Pocisk balistyczny klasy ICBM LGM-118A Peacekeeper - USA Radziecki pocisk klasy ICBM RT-23UTTH na mobilnej platformie kolejowej

Wymagania Odkrycie promieniotwórczości, wkład Marii Skłodowskiej, wkład innych pierwszych badaczy (do 1915). Prawo promieniotwórczego rozpadu Składniki jądra, zapis Przemiany jądrowe naturalne i sztuczne Przekrój czynny Rozszczepienie jąder uranu i jego znaczenie dla energetyki i wojska Reakcja łańcuchowa i masa krytyczna Siły jądrowe, energia wiązania

Przykładowe zadanie Warunkiem zajścia wielokrotnego rozszczepienia jąder (reakcji łańcuchowej) uranu jest; a) stworzenie warunków by w grudce uranu zachodziły rozpady ; b) zapewnienie odpowiedniej masy bryły uranu; c) odpowiednio duża zawartość uranu 235 w danej masie uranu; d) odpowiednio duża domieszka kobaltu