Kategoriler
Bilim & İnsan

Nükleer bomba nasıl çalışır?

Her atomun merkezinde bir çekirdek var. Çekirdeği parçalamak veya iki tanesini birleştirmeye çalışmak çok büyük enerji oluşturur. Nükleer bomba gibi silahlardaki patlama bu enerjinin salınımından geliyor. Bir nükleer silah kimyasal patlayıcı, nükleer fisyon ve nükleer füzyondan oluşur. Silahtaki patlayıcı, nükleer maddeyi sıkıştırır ve fisyon başlatır. Fisyon ile X ışını biçiminde devasa bir enerji yayılımı başlar ve füzyona neden olacak yüksek sıcaklık ve basınç oluşmuş olur.

Fisyon ve füzyonu anlamak

Her maddenin atomu var. Bir atomda proton, nötron ve elektron denilen üç parçacık bulunuyor. Atomun merkezine indiğinizde nötronların ve protonların birbirine yakın şekilde bağlandığı çekirdeği bulursunuz. Çoğu maddedeki çekirdek kararlıdır—nötron ve protonlar sakince yerli yerindedir.

Fisyon, ağır atomların çekirdeğinin küçük ve daha hafif çekirdeklere bölünmesi ve enerji açığa çıkmasıdır. Fisyon kendiliğinden gerçekleşebilir veya bazı çekirdeklerde dışarıdan indüklenebilir. Bunun için çekirdek nötron bombardımanına tutuluyor ve bir nötron başarıyla çekirdeğe girdiğinde kararsızlığa neden olarak fisyon başlatıyor. Uranyum ve plütonyum gibi bazı elementlerin çekirdeğinde o kadar çok nötron vardır ki içeriye giren nötron dışarıya başka nötronlar fırlatır ve bunlar da yakındaki atom çekirdeklerine çarparak zincirleme fisyon tepkimesine yol açar.

Füzyon ise bunun tam tersi. Aşırı yüksek sıcaklık ve basınç bazı hafif çekirdeklerin (az protonlu ve nötronlu) birleşmesine ve daha ağır çekirdekler oluşturmasına yol açıyor. Füzyon da fisyon gibi büyük enerji oluşturuyor.

Nükleer bomba gibi silahlarda hem fisyon hem de füzyon vardır. Bir nükleer silah II. Dünya Savaşı'ndaki tüm silahların birleşiminden daha fazla patlayıcı enerji açığa çıkarır. Buna Japonya'da kullanılan Fat Man ve Little Boy dahil.

İLGİLİ:  C vitamini, iskorbüt ve diğerlerinin kısa tarihi

Nükleer silahın çalışması

Eski tip nükleer bomba diyagramı.
Eski tip nükleer bomba diyagramı.

Sadece belirli elementlerin belirli izotopları fisyona uygun olur (izotop, çekirdeğinde farklı sayıda nötron bulunan aynı elementin çeşitleridir). Plütonyum-239 ve uranyum-235, nükleer silahlarda en çok kullanılan iki izotop.

Tüm nükleer silahlar patlama oluşturmak için fisyonu kullanır. Bir savaşta kullanılmış ilk nükleer silah olan "Little Boy", uranyum-235 silindirinin ortası boşluklu uranyum-235 mermisiyle vurulmasıyla ateşlendi. Bu yönüyle bir tabanca gibi çalıştığı söylenebilir.

Little Boy kritik kütle (fisyonun sürdürülmesi için gereken minimum nükleer madde miktarı) taşımak için fazla küçüktü. Bu yüzden parçalar çarpıştırılarak kritik kütleye ulaşıldı ve fisyon zincir tepkimesi elde edildi.

Modern nükleer silahlar daha farklı çalışıyor. Kritik kütle, maddenin yoğunluğuna bağlıdır, yoğunluk arttıkça kritik kütle azalır. Modern silahlarda kritik olmayan iki nükleer yakıt parçasını çarpıştırmak yerine, kimyasal patlayıcı kullanılarak uranyum-235 veya plütonyum-239 metalden oluşan kritik altı çukurun etrafında patlatılır. Patlamadan gelen kuvvet içeriye doğru yönlenir, çukur sıkışır ve atomları birbirine yaklaşır. Çukur kritik kütleye ulaşacak kadar yoğunlaştığında nötronlar enjekte edilir, fisyon zincir tepkimesi başlar ve atomik patlama gerçekleşir.

Füzyon silahlarında ("termonükleer" veya "hidrojen" silahı da denir), ilk fisyon patlamasından gelen enerji, hidrojen izotoplarını "birleştirmek" için kullanılıyor. Silah tarafından salınan enerji, birkaç on milyon dereceye ulaşan bir ateş topu yaratıyor; bu sıcaklık güneşin merkeziyle aynı aralıkta (burası da füzyona uğrar).

Nükleer savaş başlıkları

Modern nükleer silahın savaş başlığı diyagramı.
Modern nükleer silahın savaş başlığı diyagramı.

Termonükleer silahlarda kullanılan patlamalara birincil (kimyasal ve fisyon patlaması) ve ikincil (sonraki füzyon patlaması) denir. Bununla birlikte işin arkasında çok daha karmaşık mekanizmalar var.

Örneğin, birincil saf fisyon verimsizdir – plütonyum çukuru, plütonyum-239'un çoğu fisyona uğramadan önce kendini patlatmış olur. Bu yüzden içi boş çukurun ortasına hidrojen gazı (döteryum ve trityum izotoplarından oluşan) dahil edilerek reaksiyon güçlendirilir. Etraftaki plütonyum bölünürken, hidrojen gazı füzyona uğrar ve nötronlarını salarak ek fisyona neden olur.

İLGİLİ:  Küresel ısınma nedir? Nedenleri, sonuçları ve nasıl önlenebileceği

Benzer şekilde, ikincil patlama da yalnızca füzyon yakıtından ibaret değil; içinde katmanlar halinde plütonyum-239 veya uranyum-235 olan bir fisyon "bujisi" var. Birincil patlama ile yakıt dışarıdan sıkıştırılır ve buji süper kritik hale gelerek parçalanır, içerideki hidrojen ısınır ve daha fazla füzyon tepkimesi olmasını kolaylaştırır.

Füzyon etrafa nötron salıyor. Bu nötronlar, füzyon yakıtını çevreleyen uranyum tabakasına çarparak içindeki atomları parçalar. Sırf bu parçalanma nükleer bombanın toplam patlayıcı gücünün yarısını oluşturuyor.

Uranyum "örtüsü" içermeyen bu termonükleer silahlarda füzyonla salınan nötronlar silahtan dışarı çıktığı için silaha nötron bombası denir. Nötron bombası bu yüzden aynı verimdeki normal bir silahtan daha büyük miktarda radyasyon oluşturur. Nötron silahı Soğuk Savaş sırasında tanklara karşı kullanılacaktı. Amaç tankı yok etmek zorunda kalmadan mürettebatı devre dışı bırakmaktı.

Nükleer yakıt

Doğal uranyum bir nükleer silahta kullanılmadan önce bunun gibi santrifüjlerle zenginleştirilir. Fotoğraf: Nuclear Regulatory Commission
Doğal uranyum bir nükleer silahta kullanılmadan önce bunun gibi santrifüjlerle zenginleştirilir. Fotoğraf: Nuclear Regulatory Commission

Bazı elementler bölünebilirdir ve nükleer silahlarda sadece birkaçı kullanılır. En yaygın olanı, uranyum-235 ve plütonyum-239 izotoplarıdır (hatırlatma: izotoplar, yalnızca nötron sayısı farklı olan aynı element atomlarıdır).

Uranyum dünyanın her yerinde bulunuyor ve maden yataklarından çıkarılıyor (deniz suyundan da çıkarılabilir, ancak bunu yapmak şu anda çok daha pahalı). Bununla birlikte, doğal olarak oluşan uranyumun yalnızca küçük bir kısmı (yüzde birden azı) uranyum-235'tir. Kullanılabilir uranyum üretmek, farklı uranyum izotoplarının ayrıldığı ve konsantre edildiği (genelde santrifüj ile) "zenginleştirme" süreciyle oluyor. Son derece maliyetli, zor ve zaman alıcı bir işlem ve nükleer bomba yapmanın önündeki en önemli engellerden biri (tanrıya şükür).

Plütonyum da kullanılabilir ancak yalnızca eser miktarda doğal olarak bulunur. Bu yüzden nükleer reaktörlerde fisyon işleminin yan ürünü olarak üretilir ve daha sonra “yeniden işleme” denilen yöntemle ayrıştırılır. Plütonyum ayrıştırma, uranyum zenginleştirmeden daha kolay. Çünkü aynı elementin farklı izotoplarını değil, farklı elementleri ayırmayı içeriyor. Uzaktan kumandalı ekipman ile yönetilen ve yoğun şekilde korunan tesislerde yapılır ve süreç oldukça radyoaktiftir.

İLGİLİ:  Yakınsak evrim: Yaşamın ilginç özelliği

Nükleer silahı olan ülkeler

Nükleer silahı olan ülkeler.
Nükleer silahı olan ülkeler.

1945'te ilk fisyon cihazını patlatarak nükleer silah geliştiren ülke Amerika Birleşik Devletleri oldu. Ülke yedi yıl sonra "Ivy Operasyonu" ile ilk hidrojen bombasını test etti (silah fizikçi Richard Garwin'in yardımıyla yapıldı ve kendisi bugün Endişeli Bilim Adamları Birliği yönetiminde). ABD bugün emekli (sökülmeyi bekleyen), depolanmış ve konuşlandırılmış tahmini 6.500 nükleer savaş başlığına sahip.

Sovyetler Birliği ilk nükleer silahını 1949'da geliştirdi. Rusya'nın bugün tahminen 7.000 nükleer savaş başlığı bulunuyor.

Fransa (~300 savaş başlığı), Çin (~260), Birleşik Krallık (~216), Pakistan (~130) ve Hindistan (~120) nükleer silahlara sahip. İsrail nükleer silahı olduğunu resmi olarak kabul etmez. Bazı tahminler daha büyük olsa da yaklaşık 80 savaş başlığı olduğu düşünülüyor.

Kuzey Kore'nin ne kadar nükleer bombası olduğu bilinmiyor. Büyük ihtimalle 5-10 silahı kapsayan sınırlı bir cephaneliği var ve bunun iki katını üretebilecek materyali bulunuyor.

Nükleer bombaya karşı mücadele

1980'lerin ortalarındaki Soğuk Savaş'ın zirvesinde dünyada toplamda 60.000'den fazla nükleer savaş başlığı vardı. Bugün bu sayı 15.000'e indirildi ve yüzde 75'lik azalma demek.

Bu ilerleme, nükleer savaşın gerçek tehlikelerini fark eden liderler ve savunucular sayesinde oldu. Küçük bir nükleer hareketlenme bile milyonlarca insanı öldüreceğinden, ciddi iklim etkileri olacağından ve dünyanın siyasi ve ekonomik yapısına zarar vereceğinden dünyaya onarılamaz zararlar verecektir. Nükleer savaşı önlemek önemli.

Daha hızlı nükleer bomba sökümü dahil olmak üzere yapılacak çok iş var. Zira yüzlerce ABD nükleer füzesi kazara, yetkisiz veya hatalı fırlatma riskini artıracak şekilde hala tetikte tutuluyor.

Yazar Berkay Alpkunt

Coğrafya ve astronomi üzerine geniş kapsamlı içerikler hazırlıyor. Diğer ilgi alanları canlı hayatı, bilim tarihi ve ülkeler olarak sıralanır. Aynı zamanda bağımsız video oyunlarına ilgilidir.