Proč nejsou jaderné zbraně rozšířenější?
Atomové bomby jsou jednou z nejhrůznějších zbraní. Ale čím to, že si je může dovolit jen několik zemí? Proč je tak těžké je sestrojit? Poznámky: 0:59 - Mezinárodní agentura pro atomovou energii - MAAE je centrem světové spolupráce na poli jaderné energie. Roku 1957 ji založila OSN a ve spolupráci s členskými státy zajišťuje bezpečnost jaderné energie a její mírové využití. 2:15 - Kdyby oba izotopy uranu letěly z New Yorku do Los Angeles, lehčí z izotopů by těžší předběhl o 25 stop. 2:25 - Nebo kdyby letěly z Londýna do Istanbulu, lehčí by těžší předběhl o 6 metrů.
Přepis titulků
CO BRÁNÍ ROZŠÍŘENÍ ATOMOVÝCH ZBRANÍ NEJTĚŽŠÍ KROK
PŘI TVORBĚ ATOMOVÉ BOMBY Mám zde model
první použité atomové bomby. Tato bomba, která zničila Hirošimu,
nesla asi 16 kilogramů uranu-235, ale rozštěpilo se asi jen 600 gramů. I to stačilo k vytvoření
výbuchu o síle 13 kilotun TNT. Tvůrci rozdělili
množství uranu do dvou částí. Asi 40 % uranu umístili do špičky bomby a zbylých 60 % na její konec.
Běžná výbušnina vystřelila projektil k cíli, který v něm spustil jadernou explozi. Přesné detaily o podobě bomby jsou tajné, protože se stále dají použít. Ačkoliv bomba vznikla díky skvělým inženýrským vynálezům, nejtěžší je příprava uranu. To je hlavním důvodem, proč se jaderné zbraně více nerozšířily. Klíčovým problémem je oddělení dvou téměř identických variant uranu.
Přírodní uran se vyskytuje ve formě kovové rudy a skládá se ze dvou izotopů. Většina izotopů je U-238. Ale U-235 dokáže udržovat řetězovou reakci, která uvolní obří množství energie. U-238 to nedokáže. Většina prvků je stálá a když jsou zasaženy neutrony, vstřebají je a později se rozpadnou. Nebo potřebují zásah neutrony o větší energii.
Ale bombardování U-235 neutrony o nízké energii způsobí rozpad jádra. Vyzáří neutrony, které zažehnou řetězovou reakci. Jak tedy získáme U-235 z přírodní uranové rudy? K jejich oddělení využíváme jejich odlišnosti. Tyto dva izotopy mají stejné magnetické i chemické vlastnosti. Žádný magnet jeden z nich více nepřitáhne, žádný roztok nevypláchne jen jeden izotop a ani jeden nemá nižší bod varu než ten druhý.
K jejich oddělení inženýři využívají jeden malinkatý rozdíl. U-235 je o maličko lehčí než U-238. Méně než 2% rozdíl účinní oddělení možné, ale ne snadné. Tento malý váhový rozdíl způsobí, že se dva izotopy při vystavení stejné síle budou pohybovat různou rychlostí. Pro výrobu první bomby inženýři postavili obrovské plynové difuzní továrny, kde využili rozdílné rychlosti.
Plyn s uranem cestuje kilometry trubek v jakémsi závodě, ve kterém lehčí U-235 vyhraje. Plyn proudí trubkou zapouzdřenou v komoře. Rozdíl tlaků mezi komorou a trubkou způsobí, že otvory v trubce projde více U-235. Aby bylo oddělení dokonalejší, lehce obohacený proud projde spoustou další oddělovačů.
K obohacení plynu ze 3% na 90% U-235 je třeba téměř 4 000 oddělovačů. Obohacení uranu pro první atomovou bombu vyžadovalo továrnu o rozloze 40 akrů. Bylo to bludiště ze stovek kilometrů trubek. Tyto difuzní továrny spotřebovávaly spoustu elektřiny. Byly třeba silné kompresory a bylo třeba ohřívat plyn v trubkách.
Jiná metoda separace využívá centrifugy a rozdílnou hmotnost izotopů. Běžné zařízení se skládá ze statického vnějšího válce a rotujícího vnitřku. Plynová směs proudí podél osy vzhůru a zaplní tak celý rotor. Při velkých otáčkách je těžší U-238 odvrženo k okraji, zatímco lehčí U-235 se drží u středu. Obohacený proud bývá z rotoru vyveden do další centrifugy k dalšímu obohacení.
Kvalita čištění je zde zveličena. Ve skutečnosti každá centrifuga obohatí plyn jen o zlomek procenta, takže běžná továrna může mít kolem 60 tisíc centrifug, aby se dal přírodní uran přetvořit na 30% U-235. Takováto továrna využívá jen 4 % energie potřebné k běhu difuzní továrny. I když je to efektivnější proces, požadavky na přesnost rotorů jsou vysoké.
Stačí malý defekt a rotor se rozletí na kusy. A to je dobře, jinak bychom mohli mít jaderné zařízení hned vedle mikrovlnky. Jsem Bill Hammack, Engineerguy. Toto video je založeno na kapitole knihy Osm úžasných inženýrských příběhů. V této kapitole najdete o tématu víc informací. Více informací o knize se dozvíte na internetu. Překlad: Mithril www.videacesky.cz
Běžná výbušnina vystřelila projektil k cíli, který v něm spustil jadernou explozi. Přesné detaily o podobě bomby jsou tajné, protože se stále dají použít. Ačkoliv bomba vznikla díky skvělým inženýrským vynálezům, nejtěžší je příprava uranu. To je hlavním důvodem, proč se jaderné zbraně více nerozšířily. Klíčovým problémem je oddělení dvou téměř identických variant uranu.
Přírodní uran se vyskytuje ve formě kovové rudy a skládá se ze dvou izotopů. Většina izotopů je U-238. Ale U-235 dokáže udržovat řetězovou reakci, která uvolní obří množství energie. U-238 to nedokáže. Většina prvků je stálá a když jsou zasaženy neutrony, vstřebají je a později se rozpadnou. Nebo potřebují zásah neutrony o větší energii.
Ale bombardování U-235 neutrony o nízké energii způsobí rozpad jádra. Vyzáří neutrony, které zažehnou řetězovou reakci. Jak tedy získáme U-235 z přírodní uranové rudy? K jejich oddělení využíváme jejich odlišnosti. Tyto dva izotopy mají stejné magnetické i chemické vlastnosti. Žádný magnet jeden z nich více nepřitáhne, žádný roztok nevypláchne jen jeden izotop a ani jeden nemá nižší bod varu než ten druhý.
K jejich oddělení inženýři využívají jeden malinkatý rozdíl. U-235 je o maličko lehčí než U-238. Méně než 2% rozdíl účinní oddělení možné, ale ne snadné. Tento malý váhový rozdíl způsobí, že se dva izotopy při vystavení stejné síle budou pohybovat různou rychlostí. Pro výrobu první bomby inženýři postavili obrovské plynové difuzní továrny, kde využili rozdílné rychlosti.
Plyn s uranem cestuje kilometry trubek v jakémsi závodě, ve kterém lehčí U-235 vyhraje. Plyn proudí trubkou zapouzdřenou v komoře. Rozdíl tlaků mezi komorou a trubkou způsobí, že otvory v trubce projde více U-235. Aby bylo oddělení dokonalejší, lehce obohacený proud projde spoustou další oddělovačů.
K obohacení plynu ze 3% na 90% U-235 je třeba téměř 4 000 oddělovačů. Obohacení uranu pro první atomovou bombu vyžadovalo továrnu o rozloze 40 akrů. Bylo to bludiště ze stovek kilometrů trubek. Tyto difuzní továrny spotřebovávaly spoustu elektřiny. Byly třeba silné kompresory a bylo třeba ohřívat plyn v trubkách.
Jiná metoda separace využívá centrifugy a rozdílnou hmotnost izotopů. Běžné zařízení se skládá ze statického vnějšího válce a rotujícího vnitřku. Plynová směs proudí podél osy vzhůru a zaplní tak celý rotor. Při velkých otáčkách je těžší U-238 odvrženo k okraji, zatímco lehčí U-235 se drží u středu. Obohacený proud bývá z rotoru vyveden do další centrifugy k dalšímu obohacení.
Kvalita čištění je zde zveličena. Ve skutečnosti každá centrifuga obohatí plyn jen o zlomek procenta, takže běžná továrna může mít kolem 60 tisíc centrifug, aby se dal přírodní uran přetvořit na 30% U-235. Takováto továrna využívá jen 4 % energie potřebné k běhu difuzní továrny. I když je to efektivnější proces, požadavky na přesnost rotorů jsou vysoké.
Stačí malý defekt a rotor se rozletí na kusy. A to je dobře, jinak bychom mohli mít jaderné zařízení hned vedle mikrovlnky. Jsem Bill Hammack, Engineerguy. Toto video je založeno na kapitole knihy Osm úžasných inženýrských příběhů. V této kapitole najdete o tématu víc informací. Více informací o knize se dozvíte na internetu. Překlad: Mithril www.videacesky.cz
Komentáře (0)