ฟิสิกส์ของนิวเคลียร์   laugh2

ระเบิดนิวเคลียร์เกี่ยวข้องอยู่กับแรงที่ยึดเหนึ่ยวอนุภาคต่างๆไว้ในนิวเคลียส แรงนี้มีค่ามหาศาล เรามีวิธี 2 วิธีที่จะดึงพลังงานจากอะตอมออกมาได้ดังนี้

(https://encrypted-tbn0.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcS4ZlMC1igvgrlhbW7cfcQivpWNL5FLuGc3NGQJr-4RLXqoZbFc)

(http://news.mthai.com/wp-content/uploads/2013/02/412.jpg)

นิวเคลียร์ฟิชชั่น แยกนิวเคลียสขนาดใหญ่ให้เป็นนิวเคลียสขนาดเล็ก พร้อมกับได้อนุภาคนิวตรอนจำนวนหนึ่ง วิธีนี้ใช้ได้กับไอโซโทปของยูเรเนียม 235 ยูเรเนียม 233 และพลูโตเนียม 239
นิวเคลียร์ฟิวชั่น รวมนิวเคลียสขนาดเล็กอย่างน้อย 2 อันให้เป็นนิวเคลียสขนาดใหญ่ โดยทั่วไปใช้กับไอโซโทปของไฮโดรเจน (ดิวทีเรียม และทริเทียม) วิธีนี้เป็นวิธีเดียวกันกับที่ดวงอาทิตยให้พลังงานออกมา

ทั้งกระบวนการฟิชชั่น และฟิวชั่น จะให้พลังงานและรังสีออกมาอย่างมากมาย

ออกแบบลูกระเบิดนิวเคลียร์

ภายในลูกระเบิดนิวเคลียร์ ประกอบด้วย   ;D

(http://www.myfirstbrain.com/thaidata/image.asp?ID=37058)

เชื้อเพลิงสำหรับปฏิกิริยาฟิชชั่น และฟิวชั่น
อุปกรณ์ทริกเกอร์ (triggering)
นิวตรอนเจนเนอเรเตอร์
ระเบิดนิวเคลียร์ลูกแรกเกิดจากกระบวนการฟิชชั่น และภายหลังจึงได้มีการสร้างระเบิดฟิวชั่น ซึ่งต้องอาศัยกระบวนการฟิชชั่นมากระตุ้น เราจะจัดลำดับการพัฒนาของลูกระเบิดดังนี้

(http://www.myfirstbrain.com/thaidata/image.asp?ID=761657)

ระเบิดฟิชชั่น ทดลองครั้งแรกในทะเลทราย ในโครงการแมนฮัตตัน
ใช้ปืนกระตุ้นให้เกิดปฎิกิริยาฟิชชั่น (เจ้าหนูน้อย) ถล่มเมืองฮิโรชิมา ปี 1945
ใช้ระเบิดกระตุ้นให้เกิดฟิชชั่น (เจ้าหมูอ้วน) ถล่มเมืองนางาซากิ ปี 1945
ระเบิดฟิวชั่น
ระเบิดไฮโดรเจน ผู้ออกแบบคือ เทลเลอร์ และอูลาม ทดลองบนเกาะใกล้ฝรั่งเศส ปี 1952

(http://www.myfirstbrain.com/thaidata/image.asp?ID=761657)

ระเบิดแบบฟิชชั่น  ;D

ใช้ยูเรเนี่ยม 235 เป็นเชื้อเพลิง โดยการยิงอนุภาคนิวตรอนเข้าไปในนิวเคลียสของยูเรเนี่ยม 235 ทำให้นิวเคลียสเกิดความไม่เสถียร และแตกออก

รูปล่าง เป็นยูเรเนียม 235 ถูกอนุภาคนิวตรอนยิงใส่จากทางด้านบน นิวเคลียสจะดูดกลืนนิวตรอนเข้าไปภายในทันที และแตกออก ให้นิวตรอนออกมา 2 ถึง 3 ตัว ไปทำให้นิวเคลียสตัวอื่นแตกต่อไป

โอกาสที่ยูเรเนี่ยมจะดูดกลืนนิวตรอนมีสูงมาก เมื่อนิวเคลียสตัวแรกแตก มันให้นิวตรอนความเร็วสูงออกมาจำนวนหนึ่ง พุ่งเข้าไปทำให้นิวเคลียสอื่นแตกตาม เป็นปฏิกิริยาลูกโซ่อย่างต่อเนื่อง มวลที่อยู่ในสภาวะพร้อมจะแตก เราเรียกว่า มวลวิกฤติยิ่งยวด (Supercritical mass)
กระบวนการดูดกลืนนิวตรอนและแตกออก รวดเร็วมาก เป็นพิคโควินาที (10-12 วินาที)
พลังงานที่ถูกปลดปล่อยออกมาเป็นจำนวนมหาศาล อยู่ในรูปของความร้อนและรังสีแกมม่า ถ้าอะตอมใหญ่แตกออกเป็นอะตอมเล็ก จะมีมวลบางส่วนสูญหายไป
มวลที่หายไปนี้ ถูกเปลี่ยนไปเป็นพลังงานตามสูตร E = mc2 ตัวอย่างเช่น มวล 1 กิโลกรัม เมื่อเปลี่ยนเป็นพลังงานเทียบเท่ากับพลังงานความร้อนที่ได้จากน้ำมันเป็นสิบล้านลิตร

(https://encrypted-tbn2.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcQ_-FVND6_cBxGduQoNFgoy4pVzzStCzzIWs1cEATff1yuy0hHr)

โลหะยูเรเนียม

การใช้ยูเรเนียม 235 เป็นเชื้อเพลิง ต้องผ่านกระบวนการทำให้มีความเข้มข้น และบริสุทธิ์ถึง 90 เปอร์เซนต์ เริ่มต้นเชื้อเพลิงจะถูกเก็บไว้ให้อยู่ในสถานะ มวลใต้วิกฤติ ซึ่งยังไม่เกิดปฏิกิริยาฟิชชั่น ส่วนสถานะ มวลวิกฤติ คือมวลที่ถูกกระตุ้น พร้อมแตกตัวเป็นระเบิด

ระเบิดแบบฟิชชั่น มีปัญหาสำคัญที่ต้องแก้ให้ได้ดังนี้   ;D

ต้องให้มวลใต้วิกฤติ 2 อัน เข้าใกล้กันให้มากที่สุด เพื่อให้เกิดสถานะวิกฤติยิ่งยวด
ยิงนิวตรอนอิสระเข้าไปในมวลที่อยู่ในสถานะวิกฤติยิ่งยวด กระตุ้นให้เกิดฟิชชั่นเพิ่มขึ้น
ปฏิกิริยาฟิชชั่นทั้งหมดต้องเกิดได้อย่างเพียงพอ จึงจะสามารถจุดระเบิดได้
เพื่อให้มวลใต้วิกฤติ 2 อันรวมตัวกันเป็นมวลวิกฤติยิ่งยวด เราใช้เทคนิค 2 วิธีดังนี้

ใช้ปืนกระตุ้น
ใช้ระเบิดกระตุ้น
เครื่องกำเนิดนิวตรอนหรือนิวตรอนเจนเนเรเตอร์ทำจาก โพโลเนียม และเบอริลเลียม โดยทำให้เป็นเม็ดขนาดเล็ก และแยกออกด้วยแผ่นฟอยด์ บรรจุอยู่ที่แกนกลางของเชื้อเพลิงฟิชชั่น

(http://www.oknation.net/blog/home/blog_data/863/12863/images/friend-lover/10301411.jpg)

เหตุการก่อนระเบิดมีดังนี้  ;D

แผ่นฟอยด์แตกออก เมื่อมวลใต้วิกฤติ เข้ามาใกล้กัน ธาตุโพโลเนียม จะให้อนุภาคแอลฟาออกมาทันทีทันใด
อนุภาคแอลฟ่า ชนเข้ากับ เบอริลเลียม 9 ได้ เบอริลเลี่ยม 8 และนิวตรอนอิสระ
นิวตรอนกระตุ้นให้เกิดปฏิกิริยาฟิชชั่น
ปฏิริยาฟิชชั่น เกิดขึ้นภายในวัสดุเรียกว่า เทมเปอร์ (Temper) เมื่อเกิดปฏิกิริยาฟิชชั่น ความร้อนของเทมเปอร์จะสูงขึ้น ขยายตัวอัดเข้ากับแกนกลางของเชื้อเพลิง และสะท้อนนิวตรอนกลับเข้าไปในแกนกลางเพิ่มประสิทธิภาพของการเกิดฟิชชั่น
ใช้ปืนกระตุ้น

เป็นวิธีที่ง่ายที่สุด เพื่อทำให้มวลที่อยู่ใต้สถานะวิกฤติ เปลี่ยนไปอยู่ในสถานะวิกฤติ โดยใช้ปืนยิงกระสุนเข้าในเม็ดเชื้อเพลิง ของยูเรเนียม -235 ซึ่งล้อมรอบด้วยนิวตรอนเจนเนอร์เรเตอร์ (ตัวให้นิวตรอน) ลูกกระสุนจะบรรจุอยู่ทางด้านบน และถูกแรงระเบิดของเชื้อประทุ ทำให้กระสุนพุ่งลงมาทางด้านล่าง ขั้นตอนเป็นไปตามลำดับดังนี้

แรงระเบิดจะอัดกระสุนให้พุ่งลงมาทางด้านล่าง
ลูกกระสุนพุ่งเข้าหาเชื้อเพลิง เวลาเดียวกับนิวตรอนเจนเนอร์เรเตอร์ สร้างนิวตรอน ยิงเข้าไปในนิวเคลียสของยูเรเนียม เชื้อเพลิงเข้าสู่สภาวะวิกฤติ
ปฏิกิริยาฟิชชั่นเริ่มขึ้น
ระเบิดตูม

(https://encrypted-tbn2.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcQyYthplevsnwrr_Y3pfACBS5jc9duQgRVYmziuIEeW-nN3Q_0vrg)

วันที่ถล่มเมืองฮิโรชิมา เจ้าหนูน้อยระเบิดเหนือเมืองฮิโรชิมา ผู้ออกแบบใช้ตัวเซ็นเซอร์วัดความดันอากาศ เมื่อถึงระดับความสูงที่ต้องการให้ระเบิด ตัวเซ็นเซอร์จะส่งสัญญาณยิงกระสุนยูเรเนียมทันที