La bomba más grande jamás fabricada fue la Zar Bomba fabricada por la URSS y explotó el 10 de octubre de 1961. Tenía una producción de energía de 200 PJ. Ahora, dado que los detalles del diseño de la bomba nunca se han hecho públicos por los rusos, se deben hacer algunas suposiciones para calcular la cantidad de material que tiene la bomba. Aquí están los supuestos:
- La bomba es un diseño de Teller Ulam donde un disparador de fisión genera rayos X para comprimir y fusionar una mezcla de deuterio-tritio para generar una explosión de neutrones de alta energía para fisión de los manipuladores y reflectores de uranio para obtener la mayor parte de su rendimiento energético.
- La bomba alcanza una quema máxima del 30% (lo que significa que la bomba tendrá algo de uranio que no se fisiona)
- El disparador de fisión tiene una quema máxima del 30%.
Ahora, haciendo estos supuestos, se pueden encontrar los siguientes números:
El uranio tiene una energía específica de 80 TJ / kg, pero solo se quema el 30%, por lo que su energía específica real en la bomba es de 24 TJ / kg. Desde que el Zar Bomba lanzó 200 PJ de energía, tiene un total de 8333.33 kg de uranio (U-238), o un total de 2.18E28 átomos de U-238. De estas fisión 6.5E27 en la bomba, y dado que el U-238 no puede reaccionar en cadena (los neutrones de las fisión U-238 no tienen 14.7 MeV o más en energía), este es el número de neutrones necesarios para la fisión del U-238. La fuente de los neutrones es la reacción de fusión, donde una fusión tritón / deuterón genera un neutrón de alta energía. Esto significa que se necesitan 6.5E27 deuterones y 6.5E27 de tritones, o 21.4 kg de deuterio y 31.5 kg de tritio.
Ahora el deuterio y el tritio necesitan alcanzar una energía de 50 keV por nucleón para fusionarse lo suficientemente rápido como para generar neutrones. Los rayos X se usan para comprimir y calentar el combustible de fusión y, suponiendo que toda la energía de los rayos X se convierta en calentamiento / compresión del combustible de fusión, es necesario realizar casi 100 TJ de rayos X. En el diseño de Teller Ulam, la fuente de los rayos X es un disparador de fisión, una bomba de implosión U-235. Dado que el disparador de fisión también tiene una eficiencia máxima del 30% y una energía específica de 80 TJ / kg, se necesitarán 4,18 kg de U-235.
- ¿Cuáles son las principales diferencias entre el trabajo de un químico nuclear y el de un físico nuclear?
- ¿El talio 205 se vuelve radioactivo beta si está completamente ionizado?
- ¿Son las reservas de materiales nucleares (como el uranio) una limitación para la producción de energía nuclear?
- ¿Puede un elemento radiactivo decaer y convertirse en un elemento radiactivo diferente?
- ¿Por qué la descomposición radiactiva es espontánea?
Para resumir, la bomba termonuclear más grande en la Tierra tenía los siguientes materiales fisibles y de fusión incluidos:
21,4 kg de deuterio (en forma sólida unida al litio)
31.5 kg de tritio (probablemente en forma de gas para permitir un rendimiento variable)
4.18 kg de uranio-235 (en forma de esfera subcrítica)
8333,33 kg de uranio-238 (que rodea la columna de fusión y el disparador de fisión para reflejar los neutrones y mantener la masa crítica unida lo suficiente como para quemar el U-235)