¿Por qué una montaña de uranio no explota como una bomba atómica?

Answer 1

• ¿Por qué una montaña de uranio no explota como una bomba atómica?

Primero, hay un sentido real en el que no existe una “montaña de uranio”.

Mineral de uranio – Wikipedia

El uranio se encuentra prácticamente en todas partes, por lo que lo que usted considera ‘mineral de uranio’ son áreas donde las concentraciones son adecuadas para formar un depósito económicamente viable.

Es un porcentaje muy bajo ‘de la montaña’ incluso entonces.

Incluso cuando está en una “veta”, es probable que esté presente solo un 0.1% (1 en mil) y 0.25% es extremadamente alto grado – 1/400.

El grado más alto (Cuenca de Athabasca de Candad) alcanza aproximadamente el 18%. (1 en 5)

Luego tenga en cuenta que el uranio en el mineral está presente como dos isótopos, ambos fisionables pero solo U235 es fisionable:

• U238 (99.27%) fisionable pero no fisionable
• U235 (0,72%) fisionable

Solo material fisible: Wikipedia puede soportar una reacción nuclear (fisionable significa que puede bombardearlo con neutrones para obtener una reacción).

U-235 es la única porción que es fisionable y necesita un enriquecimiento del 20–80% en aproximadamente una esfera de radio de 7 ″ (todo esto puede cambiar un poco con un enriquecimiento más bajo, cantidades más altas, formas diferentes y manipulación).

La cantidad para mantener una reacción continua se denomina “masa crítica”.

Con menos del 1% del total de uranio y uranio con menos del 20% del material mineral, simplemente no es posible que haya suficiente U-235 en un espacio lo suficientemente pequeño sin enriquecer el mineral de manera muy significativa.

0.75% * 20% es aproximadamente: 0.15% o 15 de 10000 (o el material mineral. Simplemente no puede obtener más de 100 libras del U235 real en ese espacio sin deshacerse de la mayoría del U-238 y la roca que es contenida dentro de.

Curiosamente, hay una historia en una de las biografías de Richard Feinman, que realizó muchos trabajos de “utilidad” en el Proyecto Manhattan (bomba atómica).

En una visita a las instalaciones de enriquecimiento de uranio en Oak Ridge, TN, se da cuenta de que están almacenando tambores de mineral parcialmente refinado cerca uno del otro y comienza a calcular si se puede alcanzar la masa crítica.

Según recuerdo, habían dejado suficiente espacio DENTRO DE LA HABITACIÓN pero estaban almacenando tambores INMEDIATAMENTE al otro lado de la pared sin considerar que la radiación básicamente trataría la pared como transparente.

Answer 2

Para hacer una “bomba”, necesita alcanzar un estado conocido como “supercrítico rápido”, donde cada neutrón produce suficientes fisiones para dar cuenta de más de una fisión, y pérdidas por absorción y fuga (escape del sistema local).

Entonces, para alcanzar este estado, debes estar, obviamente, en una configuración con baja absorción de neutrones. Las tasas de interacción de los neutrones se denominan “secciones transversales” y se miden, como cabría esperar, en Angstroms cuadrados (10 ^ -24) o Graneros. El uranio-235, el isótopo fisionable natural, tiene una sección transversal de fisión de 585 graneros (pero tiene una sección transversal de absorción de 99 graneros), y cada fisión produce 2.418 neutrones, por lo que puede pensar en el “presupuesto” como el átomo concentración de U235 veces 486 veces 2.418 – Trabajaremos este problema como una matriz infinita de mineral de uranio, por lo que nuestro presupuesto de neutrones es 0.72 * 484 * 2.418 = 843. Ahora, la mayoría de los “minerales” de uranio están en el 1-2% de uranio rango … pero lo mejor es 20% (en peso) de uranio, así que usaremos esa cifra. Entonces, el 20% del peso de la arenisca es uranio, el resto es sílice normal, SiO2. El uranio generalmente será U3O8, por lo que allí, cada átomo de uranio está acompañado por 8/3 átomos de oxígeno. Ahora, el silicio y el oxígeno tienen que pesar 80%, o 4 veces, el uranio, que tiene una masa molar promedio de 238, entonces 952. Los 8/3 Oxígenos asociados con su masa 43. esto deja 909 para dividirse por la masa molar de SiO2 … que es 60. Entonces, 15 moléculas de SiO2.
Entonces, nuestra relación de átomos es U: 15 Si: 32 O
Ahora, el U es 99.28% U238, por lo que absorbe 2.63 cada uno, totalizando 261 y dejando 582 fuera de nuestro presupuesto.
Si es 1500%, y absorbe 0.16, por lo que absorbe 240, dejando 342.
O2 es 3200%, y absorbe .00027, por lo que absorbe 1, dejando 341.
Como puede ver, un mineral tan rico (si está en una matriz de sílice pura) podría ser crítico. Pero eso tendría que ser muy grande (ya que de lo contrario los neutrones rápidos escaparían mucho antes de que se volvieran lentos e hicieran válidos estos números), y tales minerales son capas de placer bastante delgadas. Entonces, está su respuesta, probablemente con más detalles de lo que esperaba, para ese tipo de mineral.

La mayoría de los depósitos de roca que podrían llamarse una montaña alcanzan el 1–2% de uranio. Estos son granitos o lavas. Puede ver cómo el presupuesto se reduciría a pedazos si tuviera incluso 10 veces más sílice en las proporciones anteriores (U: 150 Si: 302 O).

Oh, sí … y puedes _ hacer_ una bomba con espectro térmico, solo necesita termalizarse dentro de la matriz de combustible y el reflector y mantenerse juntos el tiempo suficiente para generar suficiente energía. Solo así nadie contrarresta la ignorancia de “las bombas deben ser de espectro rápido”.

Answer 3

Debido a que el uranio natural, en forma de minerales (generalmente en “mezcla de brea”) no es “fisible”. El uranio tiene que ser extraído, purificado y luego “enriquecido” por bombardeo en un reactor nuclear … O los componentes fisibles separados por difusión gaseosa.

Solo un pequeño porcentaje de uranio natural es el isótopo Uranio 235, que es fisionable. (Capaz de una reacción en cadena no controlada).