atombombasi

Atom bombası, patlamanın kontrolsüz çekirdek tepkimesi yoluyla sağlandığı bomba modelidir. Çekirdek tepkimesi zincirleme ve çok hızlı gerçekleştiğinden ortaya devasa bir enerji açığa çıkar ve bu da patlama ve beraberinde şok dalgası yaratır.

Çekirdek Tepkimesi : Kimyasal reaksiyonların aksine atomların çekirdeklerinde bulunan parçacıkların kendi aralarında veya dışarıdan gelen bir etki sonucunda değişimleri sonucunda çekirdek tepkimeleri oluşur. Çekirdek tepkimesi sonucunda eğer proton sayısı değişiyor ise farklı bir elemente ait bir atom oluşmuş olur.

Nükleer bombalar bir atomu (özellikle kararsız izotopları) bir arada tutan, kuvvetli ve zayıf, bağların parçalanması veya birleştirilmesini içerir. Temel olarak bir atomum nükleer enerjisi iki türlü açığa çıkarılır:

Nükleer Fisyon: Bir nötron yardımıyla bir atomun çekirdeğini daha küçük iki atoma (izotopa) parçalayabiliriz. Parçalanan atomlar genellikle Uranyum ve Plutonyum’un izotoplarıdır.

Nükleer Füsyon: İki küçük atom, genellikle hidrojen ve hidrojenin izotopları (Döteryum ve Trityum) bir araya getirilerek daha büyük bir atom ve/veya iztoplarını oluşturmak (Helyum ve izotopları) suretiyle enerji açığa çıkarılır. Güneş bu şekilde enerji üretmektedir.

Her iki durumda da çok büyük miktarda ısı enerjisi ve radyasyon salınır.

Bir atom bombası yapmak için,

* Bir parçalanabilir (Uranyum veya Plutonyum) veya birleştirilebilir (Hidrojen ve izotopları) nükleer yakıta,

* Ateşleyici bir cihaz veya düzeneğe ihtiyaç vardır.

* Yakıtın tamamının birleşmesi veya parçalanmasına olanak sağlayan bir metoda (aksi takdirde nükleer patlama gerçekleşmez)

 

Fisyon bombası Uranyum ve Plutonyum gibi elementlerin nötron kullanarak parçalanması esasına dayanan bir nükleer patlamadır. Uranyum veya Plutonyumun her izotopu bu tür bir parçalanmaya olanak vermez. Elementin çekirdeğine gönderilen nötron bazı izotoplar tarafından absorblanmasını müteakip parçalanmaya uğrarken bazı izotopları nötronu bünyesinde tutarak izotopun bir başka izotopa dönüşmesine yol açar.

Parçalanabilen izotop, parçalanmaya uğradığında (nükleer reaksiyonla) iki daha küçük izotop ve 2-3 nötron açığa çıkarır. Reaksiyon ürünü izotopların çekirdekleri ve elektron kabuklarındaki elektron sayıları kararlı atomlarınkine uymamaktadır. Bu nedenle bunlara kararsız izotoplar adı verilir ve kararlı hale gelmeye çalışırlar. Kararlı hale gelmeye çalışırlarken de enerji salmaya devam ederler. Bu enerjiye radyasyon adı verilir.

Uranyum veya Plutonyum’un parçalanabilir izotoplarının bir nötronu yakalaması ve parçalanması çok çabuk meydana gelir. Süre olarak piko-saniye (1*10E-12 sn) mertebesindedir. Atom parçalandığında açığa ısı ve gama radyasyonu formunda muazzam bir enerji salar. Bunun nedeni de bir parçalanma reaksiyonu ile oluşan iki küçük izotopun kütleleri toplamı Uranyum veya Plutonyum’unkinden küçük olmasıdır. Bu kütle farkı E=m c^2 formülü ile enerjiye dönüştürülür.

Bir kilo zengin uranyum nükleer bomba olarak kullanılacak olursa, açığa çıkaracağı ısı enerjisi 16 milyon litre benzinin vereceği ısı enerjisine denktir. Bir kilo uranyumun yaklaşık 3 golf topuna karşılık gelen bir hacim işgal ettiği düşünülürse, buna karşın benzin 25 m x 25 m x 25 m lik bir prizma hacmine sığdırılabilir. Bu da size çok az bir miktar uranyumun patlama ile yarattığı enerji hakkında daha iyi bir fikir verir. Nükleer patlayıcı olarak kullanılan Uranyum doğada bulunduğu şekliyle kullanılamaz. Patlayıcı izotopuyla çok yüksek oranlarda zenginleştirilirler.


Her tasarım için nükleer fizik gerektiren hesaplar sonucunda patlayıcı miktar (ki buna kritik kütle adı verilir) bulunur. Bu hesaplar o kadar kolay değildir; bir bilgisayar yardımıyla ve çeşitli deneysel parametrelerden elde edilen veriler kullanılır. Bu kütle bir araya getirilirse, kendiliğinden patlama gerçekleşebilir.

Bu nedenle, kritik kütle birkaç parça halinde ve bir birinden ayrı yerlerde tutulurlar. Bunların ayrı yerlerde tutulması bomba tasarımında bazı problemleri beraberinde getirir, şöyle ki, patlamanın istendiği anda parçalar bir araya toplanmalı, bir nötron parçalanma (zincir) reaksiyonunu zamanında başlatmalıdır.

Kritik olmayan kütleleri bir araya getirmek için iki teknik kullanılır: (1)Tabanca Ateşlemeli (2) İçe Doğru Patlama ile Ateşleme. Nükleer reaksiyonları başlatmak için nötrona ihtiyaç vardır. Bu nedenle nötron üreteci (jenaratörü) gerekir.

Uranyum veya Plutonyumdan oluşan kritik kütleden küçük bir parça (kurşun olarak adlandırılır) ayrılır ve bu küçük parça konvansiyonel bir patlayıcı ile büyük kütleye (fıçı olarak adlandırılır) doğru ateşlenir.

İki kütle bir araya geldiğinde kritik kütle oluşmuş olur. Kritik kütlenin etrafı nötron jeneratörü ile kaplıdır. Bombanın hangi irtifada patlatılacağı bir barometrik-basınç sensörü yardımıyla belirlenir ve bu irtifaya ulaştığına, aşağıdaki işlemler dizisi gerçekleşir:


1. Konvansiyonel ateşleme ile kurşun fıçıya isabet ettirilir
2. Kurşun küresel olarak hazırlanmış Uranyum veya Plutonyum ile nötron jeneratörüne çarpar
3. Fisyon reaksiyonu başlar
4. Nükleer patlama gerçekleşir.

Hiroşima’ya atılan atom bomba (Little Boy adı verilmiştir) bu tür bir bomba idi ve 14.5 kiloton yani 14,500 ton TNT’e eşdeğer bir patlama gücü vardı. Patlama olmadan önce yakıtın sadece % 1.5 parçalanmaya uğramıştı.

 

Uranyum ve Plutonyum bir küre haline getirilir ve birkaç parçaya ayrılır; bunların bir birine değmemesi için arada yaylı bir mekanizma vardır. Küre, etrafı nötron yansıtıcı bir malzeme ile kaplanır.

Bu malzeme de TNT gibi bir patlayıcı ile örtülür. Patlatma işlemi bomba yere değmeden önce (hava) gerçekleştirilir ve hangi irtifada patlama gerçekleşmesi isteniyorsa bunu belirleyen bir barometrik-basın sensörü kullanılır. Bomba arzu edilen irtifaya ulaştığında aşağıdaki işlemler dizisi gerçekleşir.

1. TNT ve/veya konvansiyonel patlayıcı ateşlenerek bir şok dalgası (basıç) yaratılır
2. Şok dalgası içteki melzemeleri sıkıştırmasıyla kritik kütle bir araya gelir
3. Fisyon reaksiyonu başlar
4. Nükleer patlama gerçekleşir.

Nagazaki’ye atlılan bomba (Fat Man olarak anılır) bu tür bir bomba idi ve 23-kiloton patlayıcı eşdeğerine ve % 17 verimiliğe sahipti. Daha sonra bu tasarımda yapılan değişikliklerle sırasıyla aşağıdaki olaylar meydana gelir:

1. Patlayıcılar ateşlenerek bir şok dalgası oluşturulır
2. Şok dalgası Plutonyum parçalarını küresel bir şekilde bir araya getirir
3. Plutonyum parçaları merkezde yer alan Be/Po malzemesine çarpar
4. Fisyon reaksiyonu başlar
5. Nükleer patlama meydana gelir

 

Bir atom bombasında ana tema fizyon reaksiyonunun çok kısa bir sürede gerçekleştirilmesidir. Atom bombasında biri doğal diğeri yapay olmak üzere iki tür malzeme kullanılır. Bunlardan doğal olanı uranyum (235U), yapay olanı ise plutonyumdur (239Pu).

Atom bombasının yapımında en önemli problemlerden biri kullanılacak olan bu malzemelerin eldesidir. 235U tabiatta 238U ile birlikte çok az miktarda bulunur. Bombada kullanılacak olan 235U’in çok saf olması gerekir, bu yüzden 238U’dan ayrılmalıdır. 239Pu ise tabiatta bulunmaz, nükleer reaktörlerde 238U’dan elde edilir.

Fizyonun başlamasını sağlayacak ilk nötronlar Ra–Be gibi bir nötron kaynağından elde edilir. Fizyon olayında bir atomun parçalanmasından 2 ya da 3 tane nötron açığa çıkar. Eğer, ortam şartları elverişli ise parçalanma sonucu oluşan nötronların da, başka atomları parçalamaları ile fizyon reaksiyonu zincirleme olarak devam eder.

Zincir reaksiyonunun kendiliğinden ilerlemesi için gerekli şart ise açığa çıkan nötronların kaybolmadan yeni parçalanmaları sağlamasıdır. Nötronların kaybolması; ya ortamda bulunan safsızlıklar (238U gibi) tarafından soğurulması ile ya da çeşitli çarpışmalar sonucunda nükleer patlayıcı içinden çıkıp gitmesi ile olur. Dolayısıyla ,atom bombası yapımında dikkat edilmesi gereken en önemli noktalardan bir diğeri nötron kayıplarını en aza indirmektir.

Bir nötronun bir atom çekirdeğine çarpması her zaman fizyon ile sonuçlanmaz. Bazen çekirdek nötronu yuttuğu halde bölünmeyebilir. Bazen ise nötron çekirdek tarafından yansıtılabilir. Bu çarpışmalar sonucunda ortamda dolaşan nötron bir miktar enerjisini kaybederek yavaşlar ve fizyon yapma gücü artar.

Önemli olan bu nötronun nükleer patlayıcı içinden kaçmadan fizyon yapıncaya kadar dolaşmasıdır. Bunun için ise kullanılan patlayıcı maddenin bu dolaşmaya elverişli büyüklükte olması gerekir. İçerisinde başlatılan fizyon reaksiyonun kendi kendine sürebileceği minimum nükleer patlayıcı kütlesine kritik kütle denir.

Netice itibariyle, atom bombası merkezde uranyum veya plutonyumdan oluşan bir öze sahiptir. Nükleer patlamanın olabilmesi için ise bu özün kritik kütleden büyük olması gerekir. Ancak, kritik kütlenin üzerindeki maddenin kendiliğinden patlama ihtimali vardır. Bu yüzden patlayıcı madde özü, bombaya çeşitli parçalar halinde yerleştirilir.

Bomba ateşleneceği zaman bu parçalar bir araya gelip bir küre oluşturmalıdır. Bu parçaların küre şeklinde birleşmelerini sağlamak için ise trinitrotoluen (TNT, dinamit) kullanılır. Önce TNT patlatılır. Bu patlama sonucunda nükleer kütle bir araya gelir ve asıl patlama gerçekleşir.

Atom bombası ile ilgili ilk çalışmalar Robert J. Oppenheimer öncülüğünde 1942 yılının sonlarında başlamıştır. New Mexico eyaletinin Los Alamos adlı bölgesinde bir “beyin takımı” ile başlayan çalışmalar yaklaşık 3 yıl sonra ürününü verdi.

Atom bombasının ilk denemesi 16 Temmuz 1945 günü Meksika sınırına yakın bir çölde (Alamogordo) gerçekleştirildi. Patlamanın şiddeti beklenenden çok fazla olmuştu. Yaklaşık 20.000 ton TNT’nin patlamasına eşit bir etki görüldü. Elde edilen bu başarı üzerine atom bombasının Japonya’nın iki önemli şehrinde kullanılması kararlaştırıldı.

6 Ağustos 1945 sabahı ilk atom bombası “Enola Gay” isimli bir bombardıman uçağı ile Hiroşima’ya atıldı. Saniyenin onbinde biri kadar kısa bir sürede gerçekleşen patlamanın ilk etkisi gözleri kör eden bir ışıktı. Ardından gelen 300.000 °C’lik ısı etkisi ise yaklaşık 3 km çapındaki her şeyin yanmasını sağladı. Daha sonra ise patlamanın etkisiyle başlayan ve saatte 1800 km ile esen alev rüzgarı çevredeki her yükseltiyi dümdüz etti.

Ama asıl kalıcı etkiyi patlamadan bir kaç dakika sonra başlayan bir yağmur gerçekleştirdi. Yağmur ile tüm radyoaktif serpinti bölgeye inmiş oldu. Saniyelerle ölçülebilecek bir zaman dilimi içerisinde Hiroşimayı yok eden bu korkunç bombanın bilançosu yaklaşık 80.000 ölü ve 100.000 yaralı olarak belirlenmiştir.

9 Ağustos 1945 günü ise ikinci atom bombası Nagazakiye atıldı. Bu şehirdeki insanların daha önceden uyarılması buradaki ölümlerin daha az olmasını sağladı. Ancak, her iki şehirde de radyasyondan kaynaklanan ölümler 15 Ağustos 1945’ten sonra görülmeye başlandı.

Gönüllü olarak kurtarma çalışmalarına katılan veya akraba ve dostlarını harabeler içinde arayan bir çok insan farkında olmadan yüksek miktarda radyasyon almışlardı. Radyasyondan kaynaklanan ölümler, bombanın patladığı anda meydana gelen şok, ısı ve yıkım etkisiyle gerçekleşen ölümlerden kat kat fazla olmuştur. Bu sonuç; atom bombasının insanlık için ne denli tehlikeli bir silah olduğunu ortaya koymuştur.





Buraya tıklayarak resmi orjinal boyutlarında görüntüleyebilirsiniz.

Orjinal Boyutunda Açmak İçin ( %1$sx%2$s ve %3$sKB ) Buraya Tıklayın

Nükleer silahlar nükleer enerjinin, büyük miktarlarda ve ani denilebilecek kısa sürelerde, kontrolsüz şekilde üretimine dayalıdır.Nükleer enerjiyse, çekirdek parçalanması (fisyon), ya da çekirdek birleşmesi (füzyon) yoluyla elde edilir. Fisyon olayında, örneğin U-235 gibi bir çekirdek, nötron bombardımanına tabi tutulduğunda, bir nötron tutarak parçalanır ve 2 ya da 3 nötron çıkarır.Böyle çekirdeklerin, parçalanabilir yada ‘’fisil’’ olduğu söylenir.Açığa çıkan nötronlardan bazıları, ortamın dışına kaçarak ya da ilgisiz çekirdekler tarafından yutularak ‘ziyan’ olurken, bazıları diğer U-235 çekirdeklerine çapıp yeni fisyonlara yol açar.

Eğer bir uranyum kütlesinde ortalama olarak, fisyona yol açan her nötron başına açığa çıkan nötronların; ‘birden fazlası, biri ya da birden azı’ tekrar fisyona yol açabiliyorsa, o uranyum kütlesinin ‘süperkritik, kritik ya da alt kritik’ olduğu söylenir.Geometrisine ve kimyasal bileşimine bağlı olarak, olası en küçük kritik kütle 7-8 kg düzeyindedir.Uygun bir şekilde hazırlanması gereken böyle bir kütlede, her fisyon bir yenisine yol açar ve ‘zincirleme reaksiyon’ aynı düzeyde devam eder.


Süperkritik bir kütledeyse, her fisyon birden fazla yenisine yol açtığından, fisyonların sayısı çığ gibi artar.Büyüyen bir ‘zincirleme reaksiyon’ oluşur ve fisyon başına açığa, 200 milyon elektronvolt enerji çıkar.Kömürün yanmasından elde edilen enerjiyse, karbon atomu başına 4 elektronvolt kadar.Dolayısıyla 1 gram U-235’in fisyonu, 2,5 ton kömüre eşdeğer.



Fakat doğada bulunan uranyumun, sadece %0.71 kadarı U-235’ten, kalanıysa, parçalanmayan bir izotop olan U-238’den oluşur.Dolayısıyla doğal uranyumdaki 235 bileşeninin, hele bomba yapılmak isteniyorsa, % 90’lar düzeyinde zenginleştirilmesi gerekiyor. Zenginleştirme yöntemlerinden birisi, ‘gaz difüzyonu’ yöntemi.Normal şartlar altında ****l olan uranyum, UF6 gazı haline getirilir ve bir kabın, aralarında gözenekli bir zar bulunan iki bölmesinden birine konup, yüksek basınç altında sıkıştırılır.

Gaz moleküllerinden U-235 içerenler, diğerlerine göre daha hafif olduklarından, herhangi bir sıcaklıkta daha hızlı hareket eder ve zarın diğer tarafına sızmakta daha başarılı olurlar.Dolayısıyla diğer bölmedeki U-235’li molekül konsantrayonu, az biraz artar.Kayda değer bir zenginleştirme için bu sürecin binlerce kez tekrarlanması, böylesine kaplardan binlercesinin art arda kullanılması gerekir.

Böyle bir tesiste, yılda tonlarca zenginleştirilmiş uranyum üretilebilir.Fakat basınçlamanın gerektirdiği güç binlerce MW, kap sisteminin tesis maliyeti milyar dolar düzeyindedir.Oysa, bir nükleer bombanın yapımı için onlarca kilogram zengin uranyum gerekir.Zengin uranyumu az miktarlarda elde etmenin daha ucuz yolları vardır.





Bir başka zenginleştirme yöntemi, uranyum izotoplarının, aynı frekanstaki lazer atımları karşısında verdikleri farklı tepkiye dayanır.Buysa zahmetli ve yavaş çalışan bir yöntem. Malzemeyi küçük miktarlarda ve yavaş yavaş elde etmenin bir diğer yolu, uranyum izotoplarını iyonlanlaştırıp bir manyetik alanın üzerinden geçirmek.

Aynı hızla hareket etmekte olan iyonlar manyetik alanldan geçerken, daha ağır olanlar daha küçük, hafif olanlarsa daha büyük yarıçaplı daireler üzerinden saptırılır ve karşıdaki bir ‘’ toplayıcı levha’ nın farklı yerlerine düşerler.Bu, fakirin zenginleştirme yöntemidir.Ancak sabır gerektirir.Çünkü gün boyunca hedef levhasında, gram düzeyinde az ürün birikir.

Parçalanmaya yakın bir diğer ‘fisil’ çekirdekse, Pu-239 izotopu.Ancak, pülütonyum doğal bie element değil.Nükleer reaktörlerde, U-238 izotopunun bir nötron yuttuktan sonra bozunması sonucu oluşur.Farklı bir element olduğundan, uranyumdan kimyasal yöntemlerle ayrıştırılabilir ve zenginleştirme işlemi gerektirmez.

Fakat eldesi için, hazırda çalışan bir nükleer reaktörün bulunması ve yakıtına uygun zamanlamalarda müdahale edilmesi gerekir.Halbuki, bomba malzemesi olarak zenginleştirilmiş uranyum ya da plütonyum elde etmenin en kestirme yolu, bu malzemeyi, nükleer santralarla hizmet veren yakıt işleme tesislerinden almak ya da çalmak.