Nükleer silahların çalışma prensipleri

Alp Güleç - 27 Temmuz 2012 04:56

Gücü ve bıraktığı etkiyle öne çıkan, bir o kadar da kötü şöhret sahibi olan nükleer bombalar, insan eliyle gerçekleşen en trajik olaylarda başrol oynamışlardır. Fimlerde, hikayelerde ve bilgisayar oyunlarında adından sıkça söz ettiren fakat gerçek hayatta bir o kadar uzak olması temenni edilen bu son derece ölümcül bombaların en temel haliyle ele alındığında iki türü bulunmaktadır. Bunlar fisyon(parçalanma) ve füzyon(birleşme) bombalarıdır.

lightbox
 Atom çekirdeğinde, protonlar pozitif, nötronlar ise yüksüz parçacıklar olmalarına rağmen bir arada durabilirler. Buna nükleer kuvvet sebep olur ve bu kuvvetin iki türü bulunmaktadır. Bunlardan biri güçlü nükleer kuvvet, diğeri ise zayıf nükleer kuvvettir. Güçlü nükleer kuvvet atom çekirdeğinin bir arada durmasını sağlayan menzili kısa fakat bir o kadar güçlü bir kuvvet iken zayıf nükleer kuvvet ise çekirdekte kararsızlığa sebep olmaktadır. Zayıf nükleer kuvvet ile elektromanyetik kuvvet arasında ilişki olduğu ispatlandığından bunlar birleştirilip elektrozayıf kuvvet ismini de almıştır.

Fisyon bombaları atom bombası olarak da anılmakta olup bu bombalarda yüksek zenginleştirilmiş, kütle numarası 235 olan Uranyum veya kütle numarası 239 olan Plütonyum kullanılmaktadır. Plütonyum yapay olarak elde edilmekte olup tüm izotopları radyoaktif ve toksik bir elementtir. Atom numarası(proton sayısı) aynı olup kütle numarası(proton+nötron sayısı) farklı olan atomlara izotop denilmektedir. Bu atomlar arasındaki fark nötron sayılarıdır. Bir elementi proton sayısı belirler. Kütle numaraları yüksek olan elementler parçalanmaya elverişli olduklarından tercih edilirler.

Nükleer silahlardaki yüksek zenginleştirilmiş uranyum(235U) konsantrasyonu %85 ve üzeridir. Bu zincirleme reaksiyona uygun hale gelmesini sağlamaktadır. Konsantrasyon oranı daha da düşük olabilir. Ancak bu daha az verim alınacağı anlamına gelir.

Zincirleme reaksiyonun gerçekleşmesi için kütlenin belli bir hacimde olması gerekir. Bu kütle ve hacimin miktarı kritik seviyede olmalıdır. Atom bombalarına kritik miktarda kütle konulur ve dağıtılarak kritik hacim oluşturmayacak bir şekilde tutulur. Bu sebeple atom bombaları güvenli bir şekilde saklanabilir.

lightbox

Atom bombasını patlatan mekanizmalar ise şu şekildedir. (Soldaki silah tipi, sağdaki ise patlamayla içeri göçen tiptir)

lightbox
lightbox

İçte bombayı patlamaya hazır hale getirecek olan bir patlayıcı tutulur ve ilk olarak bu patlar. Bu patlayıcının etkisiyle dağınık tutulan kütle bir araya gelir ve süperkritik hacime ulaşır. Devamında ise süperkritik hacime ulaşan kütle nötron bombardımanına tutulur. Nötron bombardımanına tutulan ve kütle numarası zaten yüksek olan bu  radyoaktif madde daha fazla dayanamayarak parçalanmaya başlar ve zincirleme reaksiyon gerçekleşir.

lightbox

Füzyon bombaları, diğer adıyla termonükleer silahlarda ise durum daha farklıdır. Hidrojen bombası bir termonükleer silahtır ve fisyon bombalarına göre kat kat daha güçlü olmakla beraber ulaşabileceği güç konusunda fisyon bombalarında olduğu gibi teorik bir üst limit yoktur. 

Hidrojen izotopları (döteryum, trityum) çekirdekleri birleşir ve helyuma dönüşürken muazzam bir enerji ortaya çıkar. Hidrojen bombasında reaksiyonun başlaması için bombanın içinde küçük bir fisyon bombası bulunmaktadır. Bu bombanın patlamasıyla zincirleme reaksiyon gerçekleşir. 

Füzyon reaksiyonu kısa süreli olduğundan ve füzyona uğrayan madde çabuk buharlaştığından bunun süresini ve etkisini arttırmak amacıyla madde uranyum kılıfı içerisine alınır. Buharlaşma sıcaklığı yüksek olan ve ağır bir metal olan uranyum, reaksiyonun hem süresini hem de etkisini arttırır. Bombada kullanılan uranyum miktarına göre bombanın radyoaktif etkileri artmakta ve bu da radyoaktif kirliliğe yol açmaktadır. Bu sebeple füzyonu başlatmak amacıyla farklı kimyasal patlayıcılar üzerinde de çalışılmaktadır. Zira termonükleer ürünler radyoaktif değilken kullanılan fisyon ürünleri sebebiyle radyoaktif kalıntılar problem yaratmaktadır.

Bir diğer füzyon bombası ise nötron bombasıdır. Füzyon sırasında ortaya saçılan enerji yüklü queterium ve tritium iyonları ölümcüldür. Nötron bombası 8 kilometrekarelik bir alanı etkilemekte olup ışınlama dozuna göre bu canlılar birkaç gün içerisinde ölmektedir. 

lightbox

Fisyon ve füzyon bombalarının etkilerini karşılaştırdığımızda, ilk fisyon bombalarının test edilme aşamasında 20,000 ton TNT’ye, hidrojen bombalarının test aşamasında ise 10,000,000 ton TNT’ye eşit enerji çıktığı görülmüştür.

Nükleer silahlar kısa sürede ani bir şekilde yüksek enerji çıkardığından eldeki materyal basınçlı sıcak gaza dönüşür ve bu gaz genişlediğinde bir şok dalgası ortaya çıkar. Yıkıcı rüzgarlar meydana gelir.  Enerjinin bir bölümü ısı olarak açığa çıktığından çok parlak bir ışık görülür. Bu ışık geçici körlüğe sebep olur. Ortamın gündüz veya gece olmasına istinaden aydınlığına bağlı olarak 20 ila 80 km arasında bulunan herkesi geçici olarak kör edebilir. Sıcaklık ise kavurucudur ve 15 km ötesindeki canlıda dahi 1. derece yanığa sebep olabilmektedir. Etki alanı içerisindeki her şeyi yakarak yok edebilir. Çevreye saçılan radyasyonun etkileri ise korkunç boyuttadır. Anlık etkiler bir yana radyoaktif serpinti bölgede yıllarca etkisini gösterecektir. Bu sebeple kamuoyunun görüşü nükleer bombaların asla kullanılmaması ve mevcut olanların da yok edilmesi gerektiği şeklindedir.
lightbox

Kaynakça

  • U.S. nuclear forces
  • OECD Nuclear Energy Agency
  • nuclearweaponarchive.org
  • fas.org/programs/ssp/nukes/nuclearweapons/
  • U.S. Department of Energy
  • about.com/od/astartinventions/a/atomic_bomb.htm