¿Por qué las bombas nucleares tienen una vida útil más corta?
¿Por qué las bombas nucleares tienen una vida útil más corta?
Hace mucho tiempo, alguna literatura callejera decía que sólo China tiene actualmente 30 bombas de hidrógeno, y que otros países han desmantelado todas las bombas de hidrógeno porque son difíciles de conservar. Esto es gracias a nuestra sensible estructura...
El hecho es que las bombas nucleares en los arsenales de los principales países que poseen legalmente armas nucleares en el mundo son casi todas bombas de hidrógeno con agua, y hay muy pocas bombas atómicas.
La vida útil de una bomba nuclear está determinada por tres aspectos.
Lo primero sobre el mineral de uranio natural es la estabilidad del núcleo del material nuclear. En circunstancias normales, la estabilidad de las armas nucleares en el núcleo de uranio sigue siendo muy alta. Esto se debe principalmente a que el uranio-235 enriquecido es un isótopo elemento extremadamente estable con una vida media de hasta 70 millones de años. Sólo se desintegrará espontáneamente o liberará una pequeña cantidad de partículas. Además, la mayoría de los isótopos de uranio tienen vidas medias muy largas, y el más corto (uranio 234, abundancia natural 0,005) tiene una vida media de 24.500 años. Además, el uranio tiene una ventaja natural como arma nuclear: la ventana para alcanzar una masa crítica es extremadamente grande. Al diseñar armas nucleares, las bombas de uranio se han convertido en la entrada al club de las armas nucleares en muchos países.
En comparación con el uranio, el plutonio, que es más fácil de obtener, tiene problemas. El coste de una bomba de plutonio es aproximadamente 1/20-1/50 del de una bomba de uranio, que es extremadamente barato. , es simplemente el precio del repollo.
No es como lo que mucha gente dice en Internet: "El plutonio es incluso más caro que los diamantes, y una bola de 11 centímetros vale miles de millones de dólares".
El plutonio-239 real se vende por gramos en el mercado comercial y el precio por gramo es de 46 dólares estadounidenses. Sin embargo, debido a que este material es radiactivo y puede fabricar armas nucleares, los clientes lo compran en cantidades limitadas. , algunas instituciones de investigación pueden comprar de 1 a 2 gramos de plutonio-239 para la investigación. Para su almacenamiento y transporte seguro, estas muestras de plutonio, incluidos contenedores y equipos de inspección para evitar fugas nucleares, se vendieron por 4.000 dólares cada una, pero fue más por la caja que por las cuentas (la idea de comprar un ataúd por una cuenta ). No se puede decir que el precio de un gramo de plutonio sea de 4.000 dólares. Si este fuera el caso, los países que construyen armas nucleares no podrían permitírselo económicamente.
A diferencia del uranio, aunque el plutonio tiene una ventaja de costes a la hora de fabricar armas nucleares, también tiene una desventaja inherente: el dopaje del plutonio-240.
El proceso de producción de plutonio en un reactor nuclear utiliza neutrones lentos para bombardear átomos de uranio-238. En este momento, el uranio-238 se convertirá inmediatamente en uranio-239. Luego, el uranio-239 pierde un electrón a través de la desintegración de u3B2 y se convierte en neptunio-239 y sufre otra desintegración de u3B2 para formar plutonio-239. Es una situación ideal, pero por casualidad, algunos átomos de uranio-238 en el reactor nuclear serán golpeados por dos neutrones casi al mismo tiempo. En este momento, finalmente se producirá plutonio-240. Se trata de un contaminante de las bombas nucleares que tiene una alta tasa de fisión espontánea (su vida media es de sólo 6.561 años) y emite neutrones cuando se desintegra. Estos neutrones también pueden ingresar a los átomos de plutonio-239 e inducir el consumo de plutonio. Los experimentos han demostrado que si hay más de 7 plutonio 240 en el núcleo de plutonio, el núcleo de plutonio perderá completamente su función dentro de 30 años. Incluso si el núcleo de plutonio 240 que contiene más de 7 plutonio se detona dentro de 30 años, su rendimiento disminuirá. en varios grados. Esta es también una fuente de información sobre la vida útil de 30 años de las bombas nucleares.
Afortunadamente, debido a la diversidad de electrones de valencia en el compuesto del plutonio.
Los electrones de valencia se ven algo afectados por el número de neutrones en el núcleo, lo que permite la separación del plutonio-239 y el plutonio-240 para formar un método de separación química completo, es decir, la extracción. Los dos isótopos se separan rápidamente utilizando las diferentes solubilidades de diferentes compuestos.
Tanto es así que la separación del plutonio-239 moderno ya es un proceso de producción industrial a escala de una planta química, por lo que obtenemos plutonio-239 apto para armas con una pureza elevada (99,99) o superior. . Esto es mucho más alto que la pureza del 97, que se llamó plutonio apto para armas. Por tanto, la vida útil actual de almacenamiento de las bombas de plutonio ha alcanzado más de mil años.
El precio de 46 dólares por gramo que acabamos de mencionar es el precio actual del plutonio-239 de alta pureza.
La estabilidad del núcleo ahora está garantizada, y la segunda es la vida útil de la fuente de neutrones.
La fuente de neutrones de las armas nucleares actuales es la misma que cuando se diseñaron originalmente. Sigue siendo polonio (Po). Esto se confunde con el plutonio (Pu). El plutonio es el elemento más venenoso del mundo. De hecho, no se debe culpar al plutonio por los ataques aéreos. Todo el mundo dice que el elemento más venenoso es el polonio. Esta cosa fue descubierta por Marie Curie y fue nombrada Polonio para conmemorar a Polonia. Este elemento se descubrió por primera vez en el mineral de radio. La vida media del polonio es de sólo 125 días. Cuando Marie Curie descubrió este elemento, se produjo directamente por la radiactividad del propio mineral de radio. Debido a su corta vida media y sus pequeñas reservas naturales, el precio del polonio es mucho más alto que el del plutonio. Durante la Segunda Guerra Mundial, el precio del polonio por gramo era de 700.000 dólares. En 1952, cuando el precio del polonio estaba en su punto más bajo, se disparó a más de 10 millones de dólares por gramo. La razón fue que todos sabían en ese momento que el polonio era un material clave para fabricar bombas atómicas. Además, el precio de 10 millones de dólares por gramo todavía está diluido, porque el mayor productor de polonio en aquella época era la Unión Soviética. Esta cosa se vendió en la Unión Soviética en la década de 1950. Cada año se venden más de 100 gramos.
No fue hasta 1958 que el experimento logró producir polonio bombardeando plomo o bismuto con partículas a aceleradas por un acelerador de electrones ciclotrón. Es decir, en la imagen de arriba, después de que un objetivo de plomo es bombardeado por partículas, aparece una película de polonio gris oscuro en la superficie que se puede obtener mediante extracción química.
En este momento, el precio del polonio se desplomó y ahora sólo cuesta cientos de miles de dólares el gramo.
¿Cuánto polonio se utiliza en una bomba nuclear? Independientemente del cálculo. Para detonar un núcleo de plutonio estándar de 6 kilogramos, sólo se necesitan unos 20 microcurios de polonio. Como Newton, los nombres de los grandes físicos son todos "unidades". 1 Curie es la actividad radiactiva de 1 gramo de radio. "Un microcurio" es aproximadamente la radiactividad de 1 microgramo de radio. La actividad radiactiva del polonio es 29.115 veces mayor que la del radio. Entonces todos pueden entender cuán pequeña es la unidad de peso del polonio en una bomba nuclear, ¿verdad?
El polonio solo tiene una vida media, pero no hay una masa crítica. En términos de kilogramos, sí la hay, es de 1,74 kilogramos. En comparación con la cantidad de 20 microcurios, todavía existe una diferencia astronómica.
Y esto es barato y se puede obtener fácilmente, por lo que ahora el polonio no solo se usa con fines militares, sino que incluso se fabrica en bujías para automóviles utilizando sus poderosas propiedades de ionización. La fuente radiactiva utilizada en la fábrica. Las pruebas se reemplazan cada 130 días, son consumibles. Además, la compra de polonio es totalmente gratuita. Se pueden realizar compras ilimitadas siempre que la radiactividad de un solo dispositivo no supere los 19 microcurios. ¿Por qué 19 microcurios? Acabo de mencionar que más de 20 microcurios pueden detonar una bomba nuclear.
La fuente radiactiva en las bombas nucleares militares también es una cosa. Debido a que es barata, la fuente radiactiva interna de las nuevas bombas nucleares es mucho mayor que el contenido de 20 microcurios. Generalmente se llena en la misma cantidad. basado en la vida del núcleo de plutonio. Aunque la vida media es de 125 días, no cuesta mucho llenar una fuente de neutrones de 100 años.
El tercer factor es en realidad el factor que realmente limita la vida útil de las bombas nucleares: la estabilidad estructural.
Esto es fácil de entender. Si construyes un edificio o un puente, el edificio y el puente a menudo colapsarán después de un período de tiempo. Incluso si no sopla el viento o no llueve a cántaros. Estos edificios también colapsarán. Lo único que hay que esperar es "un tiempo" y el motivo es el estrés interno. Las armas nucleares son producto de un procesamiento y fabricación de precisión. El estrés acumulado durante el proceso de fabricación conducirá gradualmente a ligeros cambios en la estructura del arma nuclear a lo largo de un período de tiempo. Es precisamente este pequeño cambio el que hará que el arma nuclear no alcance el rendimiento previsto en el momento de la detonación. .
En los primeros días no había muchas soluciones a este problema. Sólo podíamos detectar constantemente diversos valores de armas nucleares. El objetivo de estas pruebas es eliminar en la medida de lo posible la influencia del estrés interno.
Sin embargo, con el desarrollo de la tecnología informática, se han utilizado muchos análisis de elementos finitos en el diseño de bombas nucleares. Ahora el caparazón y la estructura interna de las bombas nucleares están diseñados para eliminar la tensión interna.
Así que ahora el diseño estructural de las armas nucleares ya es una estructura bastante estable. Aunque la tensión interna no se puede eliminar por completo, no tendrá un impacto significativo en la eficacia de la bomba nuclear.
Esta es la estructura de la última bomba nuclear W80. Encontrará que el explosivo externo similar a una pelota de fútbol en la impresión original casi ha desaparecido. La fuente de neutrones interna se ha hecho más grande y ha aumentado en la parte inferior. estructura correspondiente al estrés. Por tanto, las bombas nucleares actuales pueden utilizarse eficazmente durante cientos de años.
En cuanto a las bombas de hidrógeno, las primeras bombas de hidrógeno húmedo en realidad no tenían capacidades de combate reales y no tenían sentido si se almacenaban durante mucho tiempo. Hoy en día, todas son bombas de hidrógeno seco y la fusión. Los materiales no se han deteriorado.