Si toda la materia es energía, ¿por qué solo puedes hacer bombas nucleares con ciertos elementos?

Answer 1

Las reacciones nucleares (fisión, fusión) no pueden convertir las masas atómicas al 100% en energía. La única forma conocida en que podemos hacerlo actualmente es con reacciones de materia / antimateria.

La fusión se aprovecha del hecho de que la masa de algunos átomos fusionados es ligeramente menor que los átomos originales que los crearon. La masa sobrante se libera como energía.

Esto es cierto para la mayoría de los isótopos comunes de elementos hasta el hierro . Los elementos más pesados ​​que el hierro absorben energía durante la fusión y, como tal, no funcionan. Así que técnicamente podrías hacer una bomba nuclear con muchos elementos comunes, hasta el hierro. Prácticamente, sin embargo, tienes que calentar los elementos más pesados ​​a temperaturas mucho más altas antes de que se fusionen, por lo que es por eso que nos quedamos con el hidrógeno.

En el otro extremo, la fisión se basa en ser capaz de romper fácilmente átomos más pesados, liberando de nuevo energía. Esto requiere el uso de un material que ya sea ligeramente inestable (es decir, radioactivo). También debe asegurarse de que la cadena de reacciones resultante (porque los reactivos resultantes pueden ser radiactivos). Entonces … probablemente podría construir una bomba nuclear a partir de otros materiales radiactivos con una vida media no trivial, pero con un rendimiento óptimo y con fines logísticos, utilizan uranio y plutonio.

Answer 2

Creo que esta pregunta se basa en la creencia común pero generalmente falsa de que el secreto de la energía nuclear es la ecuación famosa [math] E = mc ^ 2 [/ math].

No lo es.

Para ser claros, la ecuación desempeña un papel, pero también lo es cuando se quema un trozo de madera. Para empezar, la masa total de los productos de combustión resultantes será un poco menor que la masa de la madera (y el oxígeno), ya que cierta energía se libera y se irradia en forma de calor … este déficit de energía se mostrará como un déficit en masa.

Por supuesto que el déficit de masa será pequeño, porque los procesos químicos son muy ineficientes. Por átomo, las energías de unión química representan típicamente una billonésima parte de la masa de ese átomo o menos.

Los procesos nucleares no son diferentes en principio. Del mismo modo que puede combinar un átomo de carbono y dos átomos de oxígeno en dióxido de carbono y algo de energía (así la masa del átomo de CO2 será ligeramente menor que la masa del átomo de C y la molécula de O2), también puede combinar, Por ejemplo, dos átomos de deuterio en un átomo de helio y algo de energía.

La diferencia es que, en este caso (fusión nuclear), “algo de energía” puede ser aproximadamente el 1% de la masa combinada de las partículas constituyentes. Por lo tanto, el átomo de helio resultante es mucho más ligero que la masa de los átomos de deuterio constituyentes.

Hoy en día, es posible medir el cambio de masa incluso en un proceso químico. En la época de Einstein, eso estaba más allá de las capacidades de la ciencia experimental, pero la medición de la diferencia entre la masa de deuterio y los átomos de helio era ciertamente posible. Así que esto se convirtió en una prueba de la validez de la famosa ecuación de Einstein.

Pero para ser claros, incluso en una explosión nuclear, el 99% o más de la masa de combustible original permanece en forma de masa, no convertida en energía.

En cuanto a por qué solo se pueden usar ciertos elementos … Al igual que en la química, solo ciertos materiales reaccionan con el oxígeno, y muchos de ellos no lo hacen en una reacción en cadena sostenida (p. Ej., Aunque el hierro se oxida, no se puede fijar una pieza). de hierro en fuego encendiéndolo con un fósforo), lo mismo ocurre con las reacciones nucleares. Por ejemplo, casi cualquier elemento que sea lo suficientemente pesado se puede hacer que sufra fisión (o decaimiento) si agrega más neutrones. Sin embargo, solo unos pocos elementos producen neutrones en el proceso, que luego golpean a otros átomos y hacen que sufran una fisión, lo que lleva a una reacción en cadena sostenida. Esta reacción en cadena nuclear ocurre en U-235 y Pu-239, por ejemplo, permitiendo que estos isótopos se usen en una bomba.

Answer 3

Solo ciertos isótopos de ciertos elementos son lo suficientemente radiactivos e inestables para crear una reacción en cadena explosiva cuando se purifican, se empaquetan y se comprimen.

Sin embargo, puede extraer energía térmica útil de casi cualquier isótopo inestable, y no tiene que ser tan puro. (Por lo tanto, toda la preocupación de que Irán siga construyendo centrífugas cuyo único propósito sea alcanzar la pureza a nivel de bomba).

Mucha energía está disponible a través de la fusión de elementos más ligeros, también. Por lo tanto, el sol en el cielo y las masivas pruebas de la bomba de hidrógeno “zar” del Soviet. La parte difícil es hacerlo de una manera sostenida y contenida, que nadie ha dominado todavía.

Answer 4

Los elementos ligeros pierden energía si se combinan para formar elementos más pesados, por ejemplo, hidrógeno en la bomba de hidrógeno. Los elementos pesados ​​abandonan la energía si se dividen en elementos más ligeros, por ejemplo, la radioactividad natural (o bomba atómica) del uranio-235. Creo que el hierro es el elemento más inerte en el centro de la curva de energía.

Se necesita energía para poner en marcha estas reacciones. El uranio y el plutonio son relativamente fáciles de arrancar. (Incluso la bomba de hidrógeno debe ser iniciada por una explosión de uranio o plutonio).

Probablemente podría convencer a un átomo de plomo para que se divida, emitiendo energía, si lo bombardeó con partículas de alta energía en un acelerador de partículas. La caída de elementos en el sol probablemente haría que la mayoría de ellos experimenten fusión / fisión para liberar energía. Pero no intentes esto en tu casa.

Answer 5

Escucha, la materia y la energía son equivalentes, no iguales, así que no te confundas, E = mc ^ 2, pero E puede ser m y viceversa. Luego, las bombas nucleares están hechas de elementos pesados ​​especiales, como los isótopos de uranio y el plutonio.

Answer 6

Porque la energía se puede convertir de una forma u otra, pero algunas conversiones son más fáciles que otras o incluso autosuficientes. Tome el fuego como una analogía: puede quemar casi cualquier cosa, pero el papel se quema más fácilmente que el barro e incluso puede sostener un “fuego” que se perpetúa a sí mismo a medida que más papel se quema, lo que hace que sea lo suficientemente caliente como para quemar más papel. La mayoría de los isótopos de la mayoría de los elementos naturales son como la arcilla en esta analogía, algunos son como el papel, y unos pocos son como un líquido más ligero, solo pica una excusa para que todos puedan subir al mismo tiempo. Esa última categoría es buena para hacer bombas.