מה מתחולל בתוך פצצת אורניום?

14/05/2006 בשעה 16:21 | פורסם בהספרייה המדעית | סגור לתגובות על מה מתחולל בתוך פצצת אורניום?
תגים: ,

פצצת אטום הוא ביטוי שגור בפי כל האנושות, כמו אות אזהרה שהאדם טבע על מצחו, והא אינו יכול להיפטר ממנו עד קץ הימים. לכאורה, סבורים הכול כי לא די שעצם בניית הפצצה הוא סוד צבאי, אלא שגם התהליך הפיסיקלי של הביקוע הגרעיני הינו מסובך למדי, ולא כך הוא.


העולם הופך להיות מקום מסוכן ליושביו. איש כבר אינו יודע מאין תיפתח הרעה, האם זיהומים סביבתיים יפגעו בנו בצורה אנושה, האם וירוס קטלני יתפשט בתוך האוכלוסייה ויחולל בה אסון גדול, או שמא יהא זה האדם עצמו, שישתמש בכוחניות הטבועה בו כדי להחריב את כל מפעלותיו האדירים? מאז 1945 מחזיקות מספר מדינות בפצצות אטום, וכמו שמקובל לומר: אם ישנו אקדח במערכה הראשונה, הרי שבמערכה השלישית כבר יעשה בו שימוש. למרבה הצרה, הניסיון הקצר מעיד שבפצצת האורניום השתמשו עוד בטרם עלתה המערכה השנייה. מה יש בה בפצצה הזו שכולם חפצים להחזיק בה מחד, ומאידך חוששים ממנה כל כך?

החומרים הידועים לנו מורכבים מאטומים. כל אטום, בין אם הוא יסוד קל כמימן או יסוד כבד כאורניום, מורכב מפרוטונים שמקומם בגרעין האטום, ואלקטרונים שמספרם כמספר הפרוטונים, והם סובבים סביב הגרעין. בגרעין האטום שוכנים גם הנויטרונים. יחידת המשקל האטומי נקבעת על פי המספר הכולל של פרוטונים ונויטרונים בגרעין, ואילו יחידת המספר האטומי נקבעת על פי מספר הפרוטונים. פירושו של דבר, אם משתנה מספר הפרוטונים באטום, משתנה בהכרח יסוד אחד ליסוד אחר.

הפרוטון והנויטרון גדולים בהרבה מן האלקטרון, אולם גרעין האטום תופס רק חלק קטן ביותר מנפח האטום. משום זעירותו, קשה עד מאד לקלוע בגרעין צרורות של פרוטונים או נויטרונים, אבל כשהדבר קורה, משתנה אז הרכב האטום. הפצצת יסוד החנקן אשר לו שבעה פרוטונים עשויה להפוך אותו ליסוד החמצן אשר לו שמונה פרוטונים. את החמצן אפשר להפוך לפלואור ואת זה לניאון וכך הלאה בסולם הדרגות האטומי. לבסוף יתקבל גרעין שבו 92 פרוטונים ו-146 נויטרונים, כך שמשקלו האטומי יהא 238. יסוד זה קרוי אורניום והוא המורכב ביותר מכל היסודות הקיימים בטבע.

האורניום איננו מחצב נפוץ בסביבת כדור הארץ. מבין 92 היסודות המצויים בטבע, הוא נמצא במקום ה-25 מבחינת שפעו, ורק לעיתים רחוקות אפשר למצוא אותו בצורה טהורה. לרוב מופיעים ריכוזי אורניום נמוכים בתוך מחצבים אחרים, ונדרשת מלאכה מסובכת כדי להפרידו מהם. עם זאת, האורניום הוא חומר רדיואקטיבי הפולט קרינה מסוגים אלפא, ביתא וגמא, ולכן קל לאתרו באמצעות מכשור מיוחד כמו מונה גייגר, קרניים אולטרא-סגוליות או אפילו סרט צילום.

לא כל אטומי האורניום דומים זה לזה. יש מהם המכילים יותר או פחות נויטרונים מן הרגיל. לצורות אלה קוראים איזוטופים, והם, בדרך כלל, נדירים ביותר. מחסור זה בנויטרונים גורם לאי יציבות משום שהפרוטונים אינם מלוכדים כהלכה. האיזוטופ הבלתי יציב שבו השתמשו בפצצה שהוטלה על הירושימה קרוי אורניום 235, ושיעורו עומד על 3% מכלל האורניום בטבע. שלושה נויטרונים חסרים בו לעומת הצורה הנפוצה.

מה טיבה של אי יציבות זו? אורניום 238 הוא בעל גרעין יציב. אם פוגע בו נויטרון, זה נבלע בתוכו ונוצר יסוד חדש, כבד יותר, המכונה בעגה המדעית טראנס-אורניום. לעומת זאת, אם פוגע נויטרון בגרעינו של אורניום 235, מתבקע הגרעין לשניים. בביקוע גרעיני יש כמה עשרות אפשרויות של ביקוע, ואחת מהן היא ביקוע לבריום וקריפטון – לרוב לאיזוטופים הרדיואקטיביים של שני יסודות אלה, כמו למשל: לבריום 144 וקריפטון 89. בריום 144 מכיל 56 פרוטונים ו-88 נויטרונים, ואילו קריפטון 89 מכיל 36 פרוטונים ו-53 נויטרונים. מכאן אנו למדים ששני החלקים מכילים יחדיו את מספר הפרוטונים של האורניום, אולם שלושה נויטרונים נעלמו עם ההתבקעות.

בשביל שתארע התנגשות שכזו דרוש שמהירות הנויטרון לא תהא גדולה מדי. אולם, גם לאחר האטת מהירותו, אפשר שנויטרון יחלוף מרחק של כמה ס"מ בתוך חלל האטומים בלא שיתנגש בגרעין כלשהו. ישנו גם סיכוי שאף יעזוב את גוש האורניום ללא כל התנגשות אם זה אינו גדול מדי. משום כך נחוצה מסה קריטית על מנת להוציא את הפיצוץ אל הפועל. את המסה הזו משיגים על ידי הפרדת אורניום 235 מאורניום 238, תוך כדי צבירת גוש בריכוז גבוה ובכמות גדולה. את פירוט התהליך של יריית הנויטרונים, הדרך להאט אותם ואת השיטה להעשרת אורניום 235 לא ניתן לחשוף מסיבות צבאיות.

כתוצאה מהתבקעות אורניום 235 משתחררת אנרגיה אדירה בתוך פרק זמן קצר מאד. מקורה של אנרגיה זו בכוח המלכד יחדיו את חלקיקי האטום. עם זאת, אין בכוח אנרגיה של אטום בודד להשמיד עיר. פצצת האורניום מנצלת, אם כן, תכונה נוספת של ביקוע האטום. הנויטרונים שכביכול נעלמו, אינם אלא קליעים הפוגעים באטומי אורניום סמוכים וגורמים לביקועם. כתוצאה מתגובת שרשרת זו, מופרשת כמות עצומה של חום שאת נזקיה חוו תושבי יפן במלחמת העולם השנייה.

על העיר נגסאקי הוטלה פצצה מסוג אחר, זו הקרויה פצצת פלוטוניום. לפי פרסומים זרים גם ישראל מחזיקה בה, אם כי לידיעות אלה לא ניתן אישור רשמי עד עצם היום הזה. הפלוטוניום אינו מצוי בטבע. אפשר להשיגו על ידי הפצצת אורניום 238 בנויטרונים. משנבלע בו נויטרון, נוצר יסוד חדש שמספרו האטומי הוא 93. יסוד רדיואקטיבי זה אינו יציב, והוא נהפך ליסוד רדיואקטיבי אחר הקרוי פלוטוניום. מספרו האטומי של הפלוטוניום הוא 94 ומשקלו האטומי 239. גרעין הפלוטוניום, בדומה לאורניום 235, מתבקע אף הוא בקלות על ידי נויטרונים, וכתוצאה מכך יוצאת לפועל תגובת השרשרת.

עיקר הסכנה בפצצה גרעינית אינו טמון בלהט העצום שנוצר במוקד הפיצוץ, אלא בחומר הרדיואקטיבי שמופץ לכל עבר. קרינה רדיואקטיבית עשויה להימשך שנים רבות, ומעבר לסף מסוים היא קטלנית ביותר, והופכת אזורים פורחים לשממה חסרת חיים. הנפגעים עשויים למות מסרטן העצמות, התנוונות הכבד או הרס תאי הדם. רובם נעשים עקרים, בתאי גופם עשויים להיווצר שינויים תורשתיים, ונשים הרות מביאות לעולם צאצאים בעלי מומים. כמו כן, קרני אלפא וקרני ביתא מתפשטות ביתר איטיות מאשר קרני גמא, ולפיכך עלולות להיות מסוכנות יותר. קרינה זו נישאת על גבי עננים ויורדת יחד עם הגשמים, ומהם עשויה לחדור לגוף האדם באמצעות מי השתייה ואכילת החי והצומח.

זכורה אמרתו החיננית של אלברט איינשטיין בעת שנשאל באילו כלי נשק ישתמשו לדעתו במלחמת העולם השלישית. על כך השיב כי איננו יודע, אולם ברור לו כי במלחמת העולם הרביעית ישוב האדם להילחם בכלי נשק העשויים מאבנים ועצמות. ואכן, נראה שצדק איינשטיין גם בתחזיתו זו. טעות נפוצה היא לסבור כי בעקבות מלחמה אטומית כוללת יוכחד המין האנושי כולו. מודלים חדשים מאששים את ההשערה כי לאחר שתוחרבנה המדינות המחזיקות בארסנל הנשק הגרעיני, ויושמדו החיים מעל פני היבשות, ימצאו, בכל זאת, כמה איים נידחים באוקיינוס השקט שלא יפגעו, ובהם חיים עדיין כמה שבטים פראיים בדומה לתקופת האבן, הנלחמים ביניהם באמצעות אבני קלע וחניתות עץ. מצאצאיהם, קרוב לוודאי, תתפתח הציוויליזציה הבאה.

מילות מפתח: אורניום, פלוטוניום, איזוטופ, קרני אלפא, קרני ביתא, קרני גמא, חומר רדיואקטיבי, קרינה רדיואקטיבית, אלקטרון, פרוטון, נויטרון, מסה קריטית, ביקוע גרעיני, תגובת שרשרת גרעינית, פצצת ביקוע גרעיני, נשק גרעיני, פצצת אטום, פצצה אטומית, פצצה גרעינית, נשק להשמדה המונית, נשק השמדה המוני, אטום, משקל אטומי, מספר אטומי

מודעות פרסומת

בלוג בוורדפרס.קום.
Entries וכן תגובות feeds.