โรงเรียนวัดธัญญาราม

หมู่ที่ 4 บ้านห้างข้าว ตำบลพลูเถื่อน อำเภอพนม จังหวัดสุราษฎร์ธานี 84250

Mon - Fri: 9:00 - 17:30

-

นิวตรอน การศึกษาและอธิบายการทำปฏิกิริยาของนิวตรอนในยูเรเนียม

นิวตรอน ไม่นานหลังจากการค้นพบของเฟอร์มี นักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมัน อ็อทโท ฮาน และฟริทซ์ สตราสส์มัน ได้ระดมยิงยูเรเนียมด้วยนิวตรอน ซึ่งผลิตไอโซโทปแบเรียมกัมมันตภาพรังสี ฮาห์น และสตราสแมนสรุปว่านิวตรอนความเร็วต่ำ ทำให้นิวเคลียสของยูเรเนียมแตกตัว หรือแตกออกเป็น 2 ส่วนเล็กๆ งานของพวกเขา จุดประกายกิจกรรมที่เข้มข้นในห้องปฏิบัติการวิจัยทั่วโลก ที่มหาวิทยาลัยพรินซ์ตัน นิลส์โปร์ ทำงานร่วมกับจอห์น อาคิบัลด์ วีลเลอร์ เพื่อพัฒนาแบบจำลองสมมุติฐานของกระบวนการฟิชชัน

บอร์ และวีลเลอร์สันนิษฐานว่า มันเป็นไอโซโทปของยูเรเนียม 235 ไม่ใช่ยูเรเนียม 238 ซึ่งอยู่ระหว่างกระบวนการฟิชชัน ในเวลาเดียวกัน นักวิทยาศาสตร์คนอื่นๆ ค้นพบว่ากระบวนการฟิชชัน ส่งผลให้มีการผลิตนิวตรอนมากขึ้น สิ่งนี้ทำให้บอร์ และวีลเลอร์ถามคำถามสำคัญ นิวตรอนอิสระที่สร้างขึ้นในฟิชชัน สามารถเริ่มต้นปฏิกิริยาลูกโซ่ ที่จะปลดปล่อยพลังงานจำนวนมหาศาลได้หรือไม่

ถ้าเป็นเช่นนั้น อาจเป็นไปได้ที่จะสร้างอาวุธที่มีพลังเหนือจินตนาการ ในระเบิดฟิชชัน เชื้อเพลิงจะต้องถูกแยกเก็บในมวลสาร ภายใต้วิกฤตที่แยกจากกัน ซึ่งจะไม่รองรับฟิชชัน เพื่อป้องกันการระเบิดก่อนเวลาอันควร มวลวิกฤตคือมวลขั้นต่ำของวัสดุที่ฟิชชันได้ ซึ่งจำเป็นต่อปฏิกิริยานิวเคลียร์ ลองนึกถึงการเปรียบเทียบหินอ่อนอีกครั้ง หากวงกลมของลูกหินกระจายห่างกันมากเกินไป มวลกึ่งวิกฤตและปฏิกิริยาลูกโซ่ที่น้อยลงจะเกิดขึ้น เมื่อนิวตรอนหินอ่อนชนจุดศูนย์กลางหากวางลูกแก้วไว้ใกล้กันในวงกลม

มวลวิกฤตมีโอกาสสูงที่จะเกิดปฏิกิริยาลูกโซ่ครั้งใหญ่ การเก็บเชื้อเพลิงไว้ในมวลใต้วิกฤตที่แยกจากกัน นำไปสู่ความท้าทายในการออกแบบที่ต้องแก้ไข เพื่อให้ระเบิดฟิชชันทำงานได้อย่างถูกต้อง ความท้าทายประการแรก คือการนำมวลใต้วิกฤตมารวมกัน เพื่อสร้างมวลวิกฤตยิ่งยวด ซึ่งจะให้นิวตรอนมากเกินพอ เพื่อรักษาปฏิกิริยาฟิชชันในเวลาที่เกิดการระเบิด

นิวตรอน

นักออกแบบระเบิดคิดวิธีแก้ปัญหาได้ 2 วิธี ซึ่งเราจะกล่าวถึงในส่วนถัดไป ต่อไปจะต้องใส่นิวตรอนอิสระเข้าไปในมวลวิกฤตยิ่งยวดเพื่อเริ่มฟิชชัน มีการแนะนำนิวตรอนโดยการสร้างเครื่องกำเนิด นิวตรอน เครื่องกำเนิดนี้เป็นเม็ดเล็กๆ ของพอโลเนียม และเบริลเลียม คั่นด้วยกระดาษฟอยล์ ภายในแกนเชื้อเพลิงที่ฟิชชันได้ในเครื่องกำเนิดนี้แผ่นฟอยล์จะแตกออก เมื่อมวลใต้วิกฤตมารวมกัน และพอโลเนียมจะปล่อยอนุภาคแอลฟาออกมาเอง

จากนั้นอนุภาคแอลฟาเหล่านี้ ชนกับเบริลเลียม 9 เพื่อผลิตเบริลเลียม 8 และนิวตรอนอิสระ จากนั้นนิวตรอนจะเกิดปฏิกิริยาฟิชชัน สุดท้าย การออกแบบต้องยอมให้วัสดุแตกตัวได้มากที่สุด ก่อนที่ระเบิดจะระเบิด สิ่งนี้ทำได้โดยการจำกัดปฏิกิริยาฟิชชัน ภายในวัสดุที่มีความหนาแน่นสูง ซึ่งเรียกว่าการงัดแงะ ซึ่งโดยปกติจะทำจากยูเรเนียม 238

การงัดแงะได้รับความร้อน และขยายตัวโดยแกนฟิชชัน การขยายตัวของการงัดแงะนี้ ออกแรงดันกลับไปที่แกนฟิชชัน และทำให้การขยายตัวของแกนช้าลง การงัดแงะยังสะท้อนนิวตรอนกลับเข้าไปในแกนฟิชชัน ซึ่งเป็นการเพิ่มประสิทธิภาพของปฏิกิริยาฟิชชัน วิธีที่ง่ายที่สุดในการรวมมวลใต้วิกฤตเข้าด้วยกัน คือการสร้างปืนที่ยิงมวลหนึ่งไปยังอีกมวลหนึ่ง มีการสร้างทรงกลมของยูเรเนียม 235

รอบๆ เครื่องกำเนิดนิวตรอน และเอากระสุนขนาดเล็กของยูเรเนียม 235 ออกกระสุนถูกวางไว้ที่ปลายด้านหนึ่งของท่อยาวที่มีวัตถุระเบิดอยู่ข้างหลัง ในขณะที่ลูกกลมถูกวางไว้ที่ปลายอีกด้าน เซนเซอร์วัดความกดอากาศ จะกำหนดระดับความสูงที่เหมาะสมสำหรับการระเบิด และกระตุ้นเหตุการณ์ตามลำดับต่อไปนี้ ระเบิดยิง และขับเคลื่อนกระสุนลงลำกล้อง

กระสุนกระทบทรงกลม และเครื่องกำเนิดทำให้เกิดปฏิกิริยาฟิชชัน และปฏิกิริยาฟิชชันเริ่มต้นขึ้น ลิตเติลบอยระเบิดที่ทิ้งลงที่ฮิโรชิม่าเป็นระเบิดชนิดนี้ และให้ผลผลิต 20 กิโลตัน เท่ากับทีเอ็นที 20,000 ตัน โดยมีประสิทธิภาพประมาณ 1.5 เปอร์เซ็นต์ นั่นคือ 1.5 เปอร์เซ็นต์ของวัสดุถูกแยกตัว ก่อนการระเบิดที่พัดพาวัสดุออกไป วิธีที่ 2 ในการสร้างมวลวิกฤตยิ่งยวด ต้องบีบอัดมวลใต้วิกฤตเข้าด้วยกันเป็นทรงกลม

โดยการระเบิดแฟตแมนระเบิดที่นางาซากิ เป็นหนึ่งในระเบิดที่เรียกว่า การจุดชนวนระเบิด มันไม่ง่ายเลยที่จะสร้าง ผู้ออกแบบระเบิดในยุคแรกๆ ประสบปัญหาหลายประการ โดยเฉพาะอย่างยิ่งวิธีการควบคุม และกำหนดทิศทางของคลื่นกระแทกอย่างสม่ำเสมอทั่วทั้งทรงกลม วิธีแก้ปัญหาของพวกเขา คือสร้างอุปกรณ์ระเบิดที่ประกอบด้วยยูเรเนียม 235 ทรงกลม

เพื่อทำหน้าที่งัดแงะ และแกนพลูโทเนียม 239 ที่ล้อมรอบด้วยวัตถุระเบิดแรงสูง เมื่อระเบิดถูกจุดชนวน มีแรงระเบิด 23 กิโลตันที่มีประสิทธิภาพ 17 เปอร์เซ็นต์ นี่คือสิ่งที่เกิดขึ้น ระเบิดดังขึ้นสร้างคลื่นกระแทก คลื่นกระแทกบีบอัดแกนกลาง ทำให้ปฏิกิริยาฟิชชันเริ่มขึ้น และระเบิดก็ระเบิด

บทความที่น่าสนใจ : สไตรเกอร์ อธิบายและทำความเข้าใจลักษณะการทำงานของปืนสไตรเกอร์