Hướng dẫn chế tạo bomb nguyên tử

Kể từ vụ ném bom nguyên tử ở Hiroshima và Nagasaki, vũ khí hạt nhân đã được kích nổ hơn 2.000 lần để thử nghiệm và phô trương sức mạnh quân sự.​

Bom nguyên tử (bom A), là loại vũ khí hủy diệt hàng loạt mà năng lượng của nó sinh ra bởi các phản ứng phân hạch hoặc hợp hạch hạt nhân. Dù là loại nhỏ nhất, sức công phá của bom hạt nhân cũng lớn hơn bất kỳ vũ khí được quy ước nào.

Bom nguyên tử sử dụng nguyên tắc phân hạch để sản sinh ra năng lượng. Phản ứng phân hạch xảy ra khi ta bắn các hạt neutron vào hạt nhân nguyên tử, quá trình này giải phóng năng lượng rất lớn và phóng xạ.

Sau rất nhiều cuộc thí nghiệm thì các nhà khoa học đã phát hiện ra Uranium-235 và Plutonium là những nguyên tố phù hợp nhất để thực hiện phản ứng phân hạch.

Bom nguyên tử lấy năng lượng từ chuỗi các phản ứng phân hạch dây chuyền, càng nhiều phản ứng xảy ra, sức công phá càng lớn. Ước tính, nó có sức công phá tương đương với 30.000 - 300.000 tấn thuốc nổ, có thể dễ dàng phá hủy hoàn toàn một thành phố.


Vũ khí hạt nhân lần đầu tiên được sử dụng vào giai đoạn cuối Thế chiến II, khi Không quân Hoa Kỳ thả một quả bom phân hạch có biệt danh là "Little Boy" xuống thành phố Hiroshima, Nhật Bản.

Sau đó chỉ 1 ngày, Hoa Kỳ tiếp tục thả một quả bom phân hạch thứ 2 có biệt danh là "Fat Man" xuống thành phố Nagasaki, Nhật Bản.

Tiến trình để chế tạo vũ khí hạt nhân:​

Để chế tạo ra một quả bom nguyên tử cần có 25kg uranium-235 hoặc 8kg plutonium-239, sau đó chế tạo một thiết bị kích nổ và lượng thuốc nổ đủ mạnh để khối nhiên liệu hạt nhân có phản ứng dây chuyền.​

Chế tạo vũ khí hạt nhân là một tiến trình rất phức tạp. Thách thức đầu tiên là phải sở hữu các vật liệu phóng xạ cần thiết.

Uranium là một lựa chọn. Chất này tồn tại trong tự nhiên, thường được tìm thấy ở dạng chất đồng vị, với 99,3% là uranium-238 và 0,7% là uranium-235. Chỉ uranium-235 mới có thể được dùng để tạo ra năng lượng hạt nhân.


Để tách 2 đồng vị này, người ta phải dùng các máy ly tâm. U-238 nặng hơn sẽ bị loại bỏ trong khi U-235 nhẹ hơn được bơm trở lại vào máy ly tâm, tiếp tục quá trình lọc. Người ta phải dùng rất nhiều máy ly tâm để thu được một lượng lớn uranium-235.

Uranium chỉ cần làm giàu lên mức độ 5% đã đủ để trở thành nhiên liệu sản xuất điện. Nhưng nếu muốn chế tạo vũ khí hạt nhân, người ta phải làm giàu uranium lên mức độ tối thiểu là 90%.

Plutonium-239 là lựa chọn thứ hai. Chất này được sản xuất cùng uranium trong các lò phản ứng hạt nhân, tại đó người ta tách uranium ra riêng và lọc lấy plutonium.

Thường phải mất khoảng 25kg uranium-235 hoặc 8kg plutonium-239 để tạo ra một quả bom nguyên tử.





Sức mạnh hủy diệt của bom nguyên tử (bom hạt nhân) bắt nguồn từ những hạt nhân nhỏ bé proton, neutron và electron.

Đồng vị U-235 được lựa chọn là do khả năng tiếp nhận neutron tự do rất cao. Quá trình tiếp nhận và phân rã xảy ra vô cùng nhanh chóng.


Để có thể hoạt động, nguyên liệu uranium cần phải được ‘làm giàu’, nghĩa là làm tăng tỉ lệ của đồng vị U-235. Ở cấp độ vũ khí hạt nhân, đồng vị U-235 phải chiếm trên 90% nguyên liệu chính.

Chỉ có chất đồng vị U-235 trong uranium mới có khả năng phân hạch (để chế tạo bom). Uranium tự nhiên chủ yếu gồm chất đồng vị U-238 và chỉ có 0,7% chất đồng vị U-235.

Cấu tạo của một quả bom phân hạch đơn giản bao gồm một đầu đạn nhỏ U-235 và một khối nguyên liệu U235 hình cầu, khi đầu đạn gặp khối nguyên liệu nó sẽ tạo nên khối lượng tới hạn và kích hoạt quá trình phản ứng phân hạch dây chuyền

E=mc^2, công thức này đã quá quen thuộc với chúng ta, nó là nguyên lý hình thành nên ánh sáng mặt trời, thứ nuôi sống và soi sáng chúng ta, nó tạo ra điện năng cho chúng ta sinh hoạt hằng ngày. Và nó chính là thứ tạo nên bom nguyên tử mà cả nhân loại lo sợ cho đến ngày hôm nay.

Công thức này thoạt nhìn có vẻ đơn giản, nhưng đó là đỉnh cao trí tuệ sau nhiều năm nghiên cứu của nhà bác học thiên tài Albert Einstein. Nó cô đọng từ thuyết tương đối hẹp của ông, và ngắn gọn đến mức có thể viết trên lòng bàn tay. Đó chính là đỉnh cao của khoa học, lý thuyết càng ngắn gọn, súc tích thì càng tuyệt vời. Quá trình tìm ra công thức này là một chương dài phức tạp, nên chúng ta sẽ không đề cập ở đây, mà chỉ xem xét hệ quả của nó thôi. Công thức này cho rằng năng lượng và khối lượng chính là 1, chỉ là tồn tại ở 2 dạng khác nhau mà thôi, giống như nước tồn tại ở thể lỏng và rắn vậy. Hay nói cách khác, khối lượng chính là năng lượng cô đặc, nó sẽ trở thành năng lượng khi có đủ điều kiện.

Ở đây E chính là năng lượng, m là khối lượng tương ứng với năng lượng đó và c là vận tốc ánh sáng trong chân không. Ánh sáng là thứ nhanh nhất trong vũ trụ, với vận tốc xấp xỉ 300.000 km/s. Do đó khi bình phương vận tốc ánh sáng nhân với chỉ 1 lượng nhỏ m cũng cho ra 1 con số khổng lồ. Có nghĩa là nếu chỉ cần 1 khối lượng nhỏ, nếu ta có thể, sẽ biến thành 1 năng lượng khổng lồ. Trong trái bom Little Boy thả xuống Nhật, chỉ 0.6g vật chất, tức chỉ bằng đầu ngón tay, biến thành năng lượng. Và kết quả là 70.000 người chết, cả thành phố Hirosima biến thành bình địa.

Như vậy chúng ta đã biết cách tạo ra 1 quả bom có sức hủy diệt khủng khiếp, đó là làm cách nào đó để 1 lượng vật chất biến mất, năng lượng tạo ra sẽ đủ sức hủy diệt cả 1 thành phố. Biến mất ở đây là biến mất hoàn toàn, chứ không phải biến mất như đốt 1 thanh củi. Trong trường hợp này, các vật chất trong thanh củi sẽ phản ứng với oxy, tạo ra các khí như CO2, SO2, PO2… và bay vào không khí, khối lượng chung sẽ không hề thay đổi. Còn nếu bạn làm biến mất hoàn toàn một vật chất, chẳng hạn chỉ như chiếc cúc áo thôi, thì bạn sẽ nhận được một năng lượng đủ để sạc điện thoại trong nhiều triệu năm.

Vậy câu hỏi tiếp theo là làm cách nào để cho 1 lượng vật chất biến mất? Câu hỏi đó sẽ dẫn chúng ta tới vấn đề về phân hạch hạt nhân.

tính ra cũng dễ,làm theo hướng dẫn là đc

Phân hạch hạt nhân

Các vật chất xung quanh chúng ta hầu hết được cấu tạo từ các nguyên tử. Các nguyên tử lại được cấu tạo từ hạt nhân (bao gồm proton và neutron) và lớp vỏ electron. Sở dĩ các vật chất xung quanh chúng ta tồn tại bền vững như chiếc cốc có thể tồn tại hàng chục năm trước khi bị đập vỡ, chiếc xoong made in Germany có thể dùng được hàng trăm năm, tượng nhân sư ở Ai Cập đã tồn tại 4000 năm nay và có thể sẽ thêm hàng chục ngàn năm nữa, Trái Đất có thể tồn tại hàng tỷ năm rồi và sẽ tồn tại thêm hàng tỷ năm nữa… đó là do hầu hết các nguyên tử cấu tạo nên chúng là bền vững. Có nghĩa là thêm hàng tỷ năm nữa, các nguyên tử ấy vẫn như thế, các electron đó vẫn quay quanh hạt nhân đó, các proton đó vẫn nằm gần neutron đó. Đó chính là cơ sở cho sự bền vững của vạn vật. Tuy nhiên, không phải nguyên tử nào cũng dễ thương như vậy, có những nguyên tử chỉ trong chớp mắt đã chuyển mình, biến thành nguyên tử khác. Nguyên tố phổ biến nhất có tính chất đó là Uranium.

+ Uranium và các đồng vị:
Uranium là nguyên tố tự nhiên xếp gần cuối bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học của các nguyên tố (chỉ đứng trước Plutonium). Uranium trong tự nhiên có trữ lượng khá lớn và bao gồm chủ yếu 2 đồng vị là Urani-238 (chiếm 99,284%) và Urani-235 (chiếm 0,711%). Trong đó chỉ Urani-235 được sử dụng trong bom nguyên tử vì các tính chất đặc biệt của nó.
Nhắc lại một chút về đồng vị, đồng vị là các nguyên tử có cùng số proton trong hạt nhân và số electron trong vỏ nhưng khác số neutron. Bởi vì có cùng số electron nên các tính chất hóa học của các đồng vị là như nhau, tuy nhiên khối lượng nguyên tử sẽ khác nhau đôi chút. Ví dụ như hydro có 2 đồng vị phổ biến là H và D (deuteri). H có 1 proton trong hạt nhân và không có neutron nào, D có 1 proton và 1 neutron trong hạt nhân. Cả 2 đồng vị này đều có thể kết hợp với Oxy để tạo ra nước, H kết hợp với Oxy sẽ tạo ra nước thường, còn D sẽ tạo ra nước nặng. Về mặt hóa học 2 loại này không có gì khác biệt nhau, nó vẫn giữ nguyên các đặc tính của nước, tuy nhiên nếu chúng ta uống nước nặng nhiều sẽ gây tử vong vì khối lượng khác biệt của nó sẽ gây ra các thay đổi lớn ở cấp tế bào.

Các đồng vị của Hydro
Uranium cũng như thế, U238 có 92 Proton + 146 neutron trong hạt nhân và U235 có 92 proton +143 neutron. Các đặc tính hóa học của 2 đồng vị này là như nhau, tuy nhiên chỉ có U235 được sử dụng làm nguyên liệu để chế tạo bom nguyên tử.

+ Quá trình phân hạch của Urani-235
Quá trình phân hạch hạt nhân U235 có thể diễn ra tự nhiên hoặc được kích thích bởi 1 neutron được bắn vào một cách có chủ đích. Quá trình phân rã tạo thành nhiều nguyên tố trung gian nhưng tất cả đều không bền vững mà tiếp tục phân rã để cuối cùng tạo ra nguyên tố bền vững là chì (Pb). Ta có thể tóm gọn phương trình phân hạch của U235 như sau:
U235 + n -> Pb207 + α + β + n +E

Trong đó E là năng lượng sinh ra trong quá trình phân hạch, E=mc2 với m chính là sự chênh lệch khối lượng giữa U235 và các sản phẩm tạo thành. Neutron được tạo ra trong quá trình phân hạch sẽ tiếp tục va chạm vào các nguyên tử U235 khác để kích thích tạo nên phản ứng dây chuyền, hoặc sẽ thoát ra ngoài khối Urani.
Như vậy, chúng ta đã biết được nguyên lý thứ 2 để tạo ra bom nguyên tử, đó là cho phân hạch hạt nhân U235, quá trình đó sẽ tạo ra năng lượng. Nhưng 1 phản ứng là quá nhỏ, năng lượng tạo ra sẽ không đủ để đốt cháy 1 que diêm, nếu muốn 1 quả bom thực sự, ta phải làm cách nào đó để các nguyên tử U235 phản ứng liên tục, tạo thành 1 chuỗi phân hạch hạt nhân.

Tài liêu quý quá. Mang ra áp dụng ngay thôi. Ngày để các closer làm cách mạng, thế giới tiến lên đại đồng ko còn xa

Làm giàu Uranium


Khái niệm này nghe rất quen thuộc, hằng ngày chúng ta thường nghe các bản tin đại loại như “Quốc tế lên án Triều Tiên, Iran làm giàu Uranium chuẩn bị cho vũ khí hạt nhân…” Vậy, làm giàu Uranium là gì, tại sao nó quan trọng trong quá trình tạo ra vũ khí hạt nhân?

Như chúng ta đã đề cập, chỉ có Urani – 235 là có tác dụng trong việc chế tạo bom nguyên tử. Nhưng hầu hết Urani có trong tự nhiên lại là đồng vị Urani – 238 (99,284%). Muốn chế tạo bom nguyên tử thì khối Uranium cần có hàm lượng U235 cao hơn 90%, quá trình tăng hàm lượng U235 được gọi là làm giàu Uranium. Vậy làm cách nào để loại bỏ U238 để hàm lượng U235 đạt ngưỡng cần thiết?

Khá đơn giản để tách hỗn hợp U235 và U238 ra khỏi các tạp chất bằng phương pháp hóa học, ta có được Uranium tinh khiết. Nhưng không thể dùng hóa học để tách U235 khỏi U238 vì các đặc tính hóa học của 2 đồng vị này là hoàn toàn như nhau. Phải dùng đến các đặc tính vật lý khác biệt của chúng để tách biệt 2 đồng vị. Phương pháp làm giàu Uranium đầu tiên mà dự án Mahattan dùng đó là phương pháp khuếch tán.

Sơ đồ mô phỏng phòng khuếch tán
Trong phương pháp này, Uranium tinh khiết (bao gồm cả U235 và U238 ) được cho phản ứng với Flo để tạo thành hợp chất UF6. Sau đó hợp chất này sẽ được đưa vào 1 chuỗi phòng kín, được thông với nhau bởi 1 lỗ phía trên đỉnh. Áp suất sẽ được giảm hết mức để UF6 hóa hơi, nhiệt độ cũng được giảm xuống mức cực kỳ thấp để tối thiểu hóa chuyển động nhiệt của các phân tử. Do các phân tử U235F6 nhẹ hơn các phân tử U238F6 nên sẽ di chuyển nhiều lên phía trên, làm cho mật độ U235F6 phía trên của phòng khuếch tán sẽ nhiều hơn, lượng khí này sẽ tràn qua phòng kế bên. Tiếp tục như thế, qua mỗi phòng thì hàm lượng U235F6 sẽ nhiều dần lên. Cuối cùng khi hàm lượng U235F6 đạt yêu cầu, các kỹ sư sẽ cho phản ứng hóa học để tách Flo khỏi U235 và thu được Uranium đã được làm giàu. Quá trình nghe có vẻ đơn giản, nhưng thực hiện thì vô cùng phức tạp, trong dự án Mahattan của Hoa Kỳ do nhà khoa học gốc Ý Fermi dẫn đầu, để chế tạo ra 3 quả bom nguyên tử, dự án đã tiêu tốn 1/3 lượng điện của toàn nước Mỹ, chủ yếu trong số đó là để làm giàu Uranium. Ngày nay người ta dùng phương pháp hiện đại hơn là phương pháp ly tâm.
Sau khi làm giàu Uranium, chúng ta thu được Uranium với hàm lượng U235 cao, đủ điều kiện để chế tạo bom nguyên tử. Tuy nhiên, để khối Uranium phát nổ, còn cần 1 điều kiện nữa.

Trong 1 khối Uranium – 235, bao gồm hàng triệu tỷ tỷ nguyên tử U235, vào bất cứ khoảnh khắc nào cũng có ít nhất một phản ứng phân hạch diễn ra trong nó, bởi vì U235 là 1 đồng vị có khả năng phân hạch tự nhiên mà không cần tác động nào từ bên ngoài. Phản ứng đó sẽ sinh ra 1 hoặc nhiều neutron, các neutron này hoặc sẽ thoát ra khỏi khối Urani, hoặc sẽ kích hoạt 1 phản ứng khác và tiếp tục sinh ra các neutron khác. Các neutron này lại tiếp tục công việc kích hoạt của mình, tuy nhiên nếu lượng neutron bay ra ngoài quá nhiều, không còn đủ để kích hoạt phản ứng tiếp theo, chuỗi sẽ dừng lại, và khối Urani gần như không mất khối lượng và không phát ra năng lượng. Để miêu tả cho hiệu ứng trên, người ta đặt ra hệ số nhân neutron hiệu dụng K:

Nếu K=1: Số neutron sinh ra bằng với số neutron mất đi, phản ứng xảy ra ổn định, đây là cách duy trì phản ứng trong nhà máy điện hạt nhân. Ta có thể khống chế khối Urani không bị mất kiểm soát.
K<1: Phản ứng dây chuyền không đủ neutron để tự duy trì, nhanh chóng tắt.
K>1: Số neutron sinh ra nhiều hơn số mất đi, phản ứng dây chuyền xảy ra theo cấp số nhân, trong tích tắc sẽ lan rộng và sản sinh ra năng lượng khổng lồ, chúng ta sẽ có được 1 quả bom nguyên tử.

Làm cách nào để tăng hệ số K? Suy luận 1 cách đơn giản chúng ta có thể hiểu rằng neutron thoát ra ngoài là do khối Urani quá nhỏ, không đủ số lượng U235 để ngăn cản neutron thoát ra ngoài. Để giải quyết vấn đề này ta cần tăng kích thước, khối lượng của nó lên. Đối với dạng cầu, khối lượng U235 để đạt được hệ số K=1 được gọi là khối lượng tới hạn của U235. Khi khối lượng vượt quá khối lượng tới hạn, K sẽ >1 và gây ra phản ứng dây chuyền mất kiểm soát, quả bom sẽ được kích nổ. Khối lượng tới hạn của U235 là 49kg.

Như vậy chúng ta đã tìm được cách chế tạo 1 quả bom nguyên tử, chỉ cần ghép 2 miếng U235 có khối lượng dưới khối lượng tới hạn lại với nhau để vượt qua khối lượng tới hạn, khối Urani sẽ phát nổ và chúng ta sẽ được chứng kiến 1 tia chớp xẹt ngang qua bầu trời, một khối cầu phát sáng như mặt trời thứ 2 và 1 đám mây hình nấm khổng lồ cao ngút tầm mây.

ko có bomb ma túy nhỉ, kiểu nổ xong phát tán ma tóe ra ko khí dạng bụi mịn chỉ cần hửi là phêêê

chúc Xamer chế thành công có phần góp vào an ninh quốc gia Việt Nam