Nükleer bombalar bir atomu (özellikle kararsız izotopları) bir arada tutan, kuvvetli ve zayıf, bağların parçalanması veya birleştirilmesini içerir. Temel olarak bir atomum nükleer enerjisi iki türlü açığa çıkarılır:

• Nükleer Fisyon: Bir nötron yardımıyla bir atomun çekirdeğini daha küçük iki atoma (izotopa) parçalayabiliriz. Parçalanan atomlar genellikle Uranyum ve Plutonyum’un izotoplarıdır.
• Nükleer Füsyon: İki küçük atom, genellikle hidrojen ve hidrojenin izotopları (Döteryum ve Trityum) bir araya getirilerek daha büyük bir atom ve/veya iztoplarını oluşturmak (Helyum ve izotopları) suretiyle enerji açığa çıkarılır. Güneş bu şekilde enerji üretmektedir.

Her iki durumda da çok büyük miktarda ısı enerjisi ve radyasyon salınır.

Bir atom bombası yapmak için,

• Bir parçalanabilir (Uranyum veya Plutonyum) veya birleştirilebilir (Hidrojen ve izotopları) nükleer yakıta,
• Ateşleyici bir cihaz veya düzeneğe
• Yakıtın tamamının birleşmesi veya parçalanmasına olanak sağlayan bir metoda (aksi takdirde nükleer patlama gerçekleşmez)

ihtiyaç vardır.

Fisyon Bombası

Fisyon bombası Uranyum ve Plutonyum gibi elementlerin nötron kullanarak parçalanması esasına dayanan bir nükleer patlamadır. Uranyum veya Plutonyumun her izotopu bu tür bir parçalanmaya olanak vermez. Elementin çekirdeğine gönderilen nötron bazı izotoplar tarafından absorblanmasını müteakip parçalanmaya uğrarken bazı izotopları nötronu bünyesinde tutarak izotopun bir başka izotopa dönüşmesine yol açar. Parçalanabilen izotop, parçalanmaya uğradığında (nükleer reaksiyonla) iki daha küçük izotop ve 2-3 nötron açığa çıkarır. Reaksiyon ürünü izotopların çekirdekleri ve elektron kabuklarındaki elektron sayıları kararlı atomlarınkine uymamaktadır. Bu nedenle bunlara kararsız izotoplar adı verilir ve kararlı hale gelmeye çalışırlar. Kararlı hale gelmeye çalışırlarken de enerji salmaya devam ederler. Bu enerjiye radyasyon adı verilir.

Uranyum veya Plutonyum’un parçalanabilir izotoplarının bir nötronu yakalaması ve parçalanması çok çabuk meydana gelir. Süre olarak piko-saniye  (1*10E-12 sn) mertebesindedir. Atom parçalandığında açığa ısı ve gama radyasyonu formunda muazzam bir enerji salar. Bunun nedeni de bir parçalanma reaksiyonu ile oluşan iki küçük izotopun kütleleri toplamı Uranyum veya Plutonyum’unkinden küçük olmasıdır. Bu kütle farkı  E=m c^2 formülü ile enerjiye dönüştürülür. Bir kilo zengin uranyum nükleer bomba olarak kullanılacak olursa, açığa çıkaracağı ısı enerjisi 16 milyon litre benzinin vereceği ısı enerjisine denktir. Bir kilo uranyumun yaklaşık 3 golf topuna karşılık gelen bir hacim işgal ettiği düşünülürse, buna  karşın benzin 25 m x  25 m x 25 m lik bir prizma hacmine sığdırılabilir. Bu da size çok az bir miktar uranyumun patlama ile yarattığı enerji hakkında daha iyi bir fikir verir. Nükleer patlayıcı olarak kullanılan Uranyum doğada bulunduğu şekliyle kullanılamaz. Patlayıcı izotopuyla çok yüksek oranlarda zenginleştirilirler.
 

Her tasarım için nükleer fizik gerektiren hesaplar sonucunda patlayıcı miktar (ki buna kritik kütle adı verilir) bulunur. Bu hesaplar o kadar kolay değildir; bir bilgisayar yardımıyla ve çeşitli deneysel parametrelerden elde edilen veriler kullanılır. Bu kütle bir araya getirilirse, kendiliğinden patlama gerçekleşebilir. Bu nedenle, kritik kütle birkaç parça halinde ve bir birinden ayrı yerlerde tutulurlar. Bunların ayrı yerlerde tutulması bomba tasarımında bazı problemleri beraberinde getirir, şöyle ki, patlamanın istendiği anda parçalar bir araya toplanmalı, bir nötron parçalanma (zincir) reaksiyonunu zamanında başlatmalıdır.

Kritik olmayan kütleleri bir araya getirmek için iki teknik kullanılır: (1)Tabanca Ateşlemeli   (2) İçe Doğru Patlama ile Ateşleme. Nükleer reaksiyonları başlatmak için nötrona ihtiyaç vardır. Bu nedenle nötron üreteci (jenaratörü) gerekir.  

Tabanca-Ateşlemeli Fisyon Bombası

Uranyum veya Plutonyumdan oluşan kritik kütleden küçük bir parça (kurşun olarak adlandırılır) ayrılır ve bu küçük parça konvansiyonel bir patlayıcı ile büyük kütleye (fıçı olarak adlandırılır) doğru ateşlenir. İki kütle bir araya geldiğinde kritik kütle oluşmuş olur. Kritik kütlenin etrafı nötron jeneratörü ile kaplıdır. Bombanın hangi irtifada patlatılacağı bir barometrik-basınç sensörü yardımıyla belirlenir ve bu irtifaya ulaştığına, aşağıdaki işlemler dizisi gerçekleşir:
 

1. Konvansiyonel ateşleme ile kurşun fıçıya isabet ettirilir
2. Kurşun küresel olarak hazırlanmış Uranyum veya Plutonyum ile nötron jeneratörüne çarpar
3. Fisyon reaksiyonu başlar
4. Nükleer patlama gerçekleşir.

Hiroşima’ya atılan atom bomba (Little Boy adı verilmiştir) bu tür bir bomba idi ve 14.5 kiloton yani 14,500 ton TNT’e eşdeğer bir patlama gücü vardı. Patlama olmadan önce yakıtın sadece % 1.5 parçalanmaya uğramıştı.

             
Hiroşima'ya atılan Little Boy'un fotoğrafı

İçe-doğru Patlama ile Ateşlemeli Fisyon Bombası

Uranyum ve Plutonyum bir küre haline getirilir ve birkaç parçaya ayrılır; bunların bir birine değmemesi için arada yaylı bir mekanizma vardır. Küre, etrafı nötron yansıtıcı bir malzeme ile kaplanır. Bu malzeme de TNT gibi bir patlayıcı ile örtülür. Patlatma işlemi bomba yere değmeden önce (hava) gerçekleştirilir ve hangi irtifada patlama gerçekleşmesi isteniyorsa bunu belirleyen bir barometrik-basın sensörü kullanılır. Bomba arzu edilen irtifaya ulaştığında aşağıdaki işlemler dizisi gerçekleşir.

1. TNT ve/veya konvansiyonel patlayıcı ateşlenerek bir şok dalgası (basıç) yaratılır
2. Şok dalgası içteki melzemeleri sıkıştırmasıyla kritik kütle bir araya gelir
3. Fisyon reaksiyonu başlar
4. Nükleer patlama gerçekleşir.

Nagazaki’ye atlılan bomba (Fat Man olarak anılır) bu tür bir bomba idi ve 23-kiloton patlayıcı eşdeğerine ve % 17 verimiliğe sahipti. Daha sonra bu tasarımda yapılan değişikliklerle sırasıyla aşağıdaki olaylar meydana gelir:

1. Patlayıcılar ateşlenerek bir şok dalgası oluşturulır
2. Şok dalgası Plutonyum parçalarını küresel bir şekilde bir araya getirir
3. Plutonyum parçaları merkezde yer alan Be/Po malzemesine çarpar
4. Fisyon reaksiyonu başlar
5. Nükleer patlama meydana gelir

Atom Bombası
Bir atom bombasında ana tema fizyon reaksiyonunun çok kısa bir sürede gerçekleştirilmesidir. Atom bombasında biri doğal diğeri yapay olmak üzere iki tür malzeme kullanılır. Bunlardan doğal olanı uranyum (²³⁵U), yapay olanı ise plutonyumdur (239Pu). 

Atom bombasının yapımında en önemli problemlerden biri kullanılacak olan bu malzemelerin eldesidir. ²³⁵U tabiatta ²³⁸U ile birlikte çok az miktarda bulunur. Bombada kullanılacak olan ²³⁵U’in çok saf olması gerekir, bu yüzden ²³⁸U’dan ayrılmalıdır. ²³⁹Pu ise tabiatta bulunmaz, nükleer reaktörlerde ²³⁸U’dan elde edilir. 

Fizyonun başlamasını sağlayacak ilk nötronlar Ra–Be gibi bir nötron kaynağından elde edilir. Fizyon olayında bir atomun parçalanmasından 2 ya da 3 tane nötron açığa çıkar. Eğer, ortam şartları elverişli ise parçalanma sonucu oluşan nötronların da, başka atomları parçalamaları ile fizyon reaksiyonu zincirleme olarak devam eder. Zincir reaksiyonunun kendiliğinden ilerlemesi için gerekli şart ise açığa çıkan nötronların kaybolmadan yeni parçalanmaları sağlamasıdır. Nötronların kaybolması; ya ortamda bulunan safsızlıklar (²³⁸U gibi) tarafından soğurulması ile ya da çeşitli çarpışmalar sonucunda nükleer patlayıcı içinden çıkıp gitmesi ile olur. Dolayısıyla ,atom bombası yapımında dikkat edilmesi gereken en önemli noktalardan bir diğeri nötron kayıplarını en aza indirmektir.

Bir nötronun bir atom çekirdeğine çarpması her zaman fizyon ile sonuçlanmaz. Bazen çekirdek nötronu yuttuğu halde bölünmeyebilir. Bazen ise nötron çekirdek tarafından yansıtılabilir. Bu çarpışmalar sonucunda ortamda dolaşan nötron bir miktar enerjisini kaybederek yavaşlar ve fizyon yapma gücü artar. Önemli olan bu nötronun nükleer patlayıcı içinden kaçmadan fizyon yapıncaya kadar dolaşmasıdır. Bunun için ise kullanılan patlayıcı maddenin bu dolaşmaya elverişli büyüklükte olması gerekir. İçerisinde başlatılan fizyon reaksiyonun kendi kendine sürebileceği minimum nükleer patlayıcı kütlesine kritik kütle denir.

Netice itibariyle, atom bombası merkezde uranyum veya plutonyumdan oluşan bir öze sahiptir. Nükleer patlamanın olabilmesi için ise bu özün kritik kütleden büyük olması gerekir. Ancak, kritik kütlenin üzerindeki maddenin kendiliğinden patlama ihtimali vardır. Bu yüzden patlayıcı madde özü, bombaya çeşitli parçalar halinde yerleştirilir. Bomba ateşleneceği zaman bu parçalar bir araya gelip bir küre oluşturmalıdır. Bu parçaların küre şeklinde birleşmelerini sağlamak için ise trinitrotoluen (TNT, dinamit) kullanılır. Önce TNT patlatılır. Bu patlama sonucunda nükleer kütle bir araya gelir ve asıl patlama gerçekleşir. 

Atom bombası ile ilgili ilk çalışmalar Robert J. Oppenheimer öncülüğünde 1942 yılının sonlarında başlamıştır. New Mexico eyaletinin Los Alamos adlı bölgesinde bir “beyin takımı” ile başlayan çalışmalar yaklaşık 3 yıl sonra ürününü verdi. Atom bombasının ilk denemesi 16 Temmuz 1945 günü Meksika sınırına yakın bir çölde (Alamogordo) gerçekleştirildi. Patlamanın şiddeti beklenenden çok fazla olmuştu. Yaklaşık 20.000 ton TNT’nin patlamasına eşit bir etki görüldü. Elde edilen bu başarı üzerine atom bombasının Japonya’nın iki önemli şehrinde kullanılması kararlaştırıldı. 

6 Ağustos 1945 sabahı ilk atom bombası “Enola Gay” isimli bir bombardıman uçağı ile Hiroşima’ya atıldı. Saniyenin onbinde biri kadar kısa bir sürede gerçekleşen patlamanın ilk etkisi gözleri kör eden bir ışıktı. Ardından gelen 300.000 °C’lik ısı etkisi ise yaklaşık 3 km çapındaki her şeyin yanmasını sağladı. Daha sonra ise patlamanın etkisiyle başlayan ve saatte 1800 km ile esen alev rüzgarı çevredeki her yükseltiyi dümdüz etti. Ama asıl kalıcı etkiyi patlamadan bir kaç dakika sonra başlayan bir yağmur gerçekleştirdi. Yağmur ile tüm radyoaktif serpinti bölgeye inmiş oldu. Saniyelerle ölçülebilecek bir zaman dilimi içerisinde Hiroşimayı yok eden bu korkunç bombanın bilançosu yaklaşık 80.000 ölü ve 100.000 yaralı olarak belirlenmiştir. 

9 Ağustos 1945 günü ise ikinci atom bombası Nagazakiye atıldı. Bu şehirdeki insanların daha önceden uyarılması buradaki ölümlerin daha az olmasını sağladı. Ancak, her iki şehirde de radyasyondan kaynaklanan ölümler 15 Ağustos 1945’ten sonra görülmeye başlandı. Gönüllü olarak kurtarma çalışmalarına katılan veya akraba ve dostlarını harabeler içinde arayan bir çok insan farkında olmadan yüksek miktarda radyasyon almışlardı. Radyasyondan kaynaklanan ölümler, bombanın patladığı anda meydana gelen şok, ısı ve yıkım etkisiyle gerçekleşen ölümlerden kat kat fazla olmuştur. Bu sonuç; atom bombasının insanlık için ne denli tehlikeli bir silah olduğunu ortaya koymuştur. 

Atom bombasının yapımı:

            II.Dünya Savaşında ön plana çıkan diğer bir malzeme de benzindir. Savaş süresince Amerikan petrol endüstrisi rezervlerindeki tüm benzini kullanmışlardır. Aynı zamanda Almanya ve Japonya karşıtları 1940'da katalitik reformlama yöntemini geliştirerek yüksek oktanlı benzin elde etmişler aynı yöntemle TNT yapımında kullanılan tolueni üretmişlerdir.

            1900'lü yıllarda bilim dünyası atomu incelemeye almıştır. Einstein'ın ünlü kütle-enerji eşitliği (E=mc²) maddenin yüksek enerjiye sahip olduğunu belirtir. Bunu kendilerine ışık olarak alan bilimciler 1939'da uranyum atomlarını bölmeyi becermiş, bir kısım bilim adamı ise zincirleme bağlama reaksiyonlarını gerçekleştirmeye çalışmışlardır. 1942'de Fermi ve arkadaşları zincir reaksiyonunu gerçekleştirmeyi başarmıştır. Bu başarı atom  bombasını mümkün kılmıştır ve Manhattan Projesi yürütülmeye başlamıştır.

           Atom bombası  için yeterli derecede hızlı fizyona uğrayan sadece belirli izotoplar vardır. Uranyum-235 (uranyumun sadece %0.7 kadarı U-235'dir) ve plütonyum iki muhtemel izotoplar olmuşlardır. Bununla beraber her iki element de çok nadir bulunabilir ve çok az sayıda laboratuarda üretilebilmektedir. Örneğin 1942'de sadece 1mg Plütonyum bulunmaktadır.

            1942'nin sonlarına doğru general Leslie R.Groves , Du Pont firmasına plütonyum üretim fabrikası kurarak işletmelerini ister. Firma , bu teklifi kabul eder fakat asıl senaryoyu bilmemektedir. Sonraki üç yıl boyunca kimya mühendisleri bu fabrikayı kurmak , işletmek ve kontrolünü sağlamak için çalışmışlardır. II.Dünya Savaşı boyunca Amerika kendi mühendislerini birçok alanda çalıştırmış ve yeni işletmeler yaptırmıştır. Ordu, atom bombası  fikrini teoriye döken fizikçiler ve üç sene boyunca tesis kurmaya çalışan DuPont firmasıyla bu proje üzerinde çok çalışmıştır. Hiç denenmemesi gereken bir tasarı için bu kadar zaman , para ve emek harcamak Amerika için zor olmamıştır. II.Dünya Savaşının sonuna doğru savaş Amerika'nın lehine dönmektedir fakat Japonlar teslim olmayı kesinlikle düşünmemektedir. Dolayısıyla Japonya'nın işgali , yüksek can kaybı olmasına rağmen Amerika açısından gerekli görülmüştür. Bu koşullarda Amerika ,atom bombasını , savaşı sona erdirebilecek bir etken olarak görür. Amerikan yönetiminde Japonların tek bir bombayla yıldırılamayacağı düşüncesi hakimdir. Bu nedenle çok kısa aralıklarla iki hatta daha çok bomba kullanılması düşünülmüştür. 6 Ağustos 1945 sabahı 8:15'de Japonya'nın en güçlü askeri merkezlerinden olan Hiroşima'ya "küçük çocuk"adı verilmiş uranyum bombası atılır. Hiroşima bir anda kül yığını haline gelir. 3 gün sonra 9 Ağustos 1945'de Nagazaki'ye "şişman adam" adı verilmiş plütonyum bombası atılır ve Nagazaki yok edilir . İnsanlık tarihinin en kanlı ve yıkıcı çekişmesi olan II.Dünya Savaşı 14 Ağustos 1945'de sona erer.

 Savaşı , zaferle noktalayan Amerika ve müttefikleri çok coşkuludurlar müttefik İngiltere'nin başbakanı Winston Churchill şöyle der :"Tanrının da yardımıyla İngiliz ve Amerikan bilimi , Almanların tüm çabalarını geride bıraktı. Almanların atom  gücünü ellerinde bulundurmaları savaşın sonucunu değiştirebilirdi. Bu yarış bizi oldukça kaygılandırdı." Amerika başkanı ise şöyle der :" Yapılan şey , tarihte görülen en iyi organize olmuş bilimin sonucudur. Bu sonuca büyük bir baskı altında ulaşıldı ve hataya izin verilmedi. Bu en büyük bilimsel kumar için 2 milyar dolar harcandı ve kazandık."

         Atom  çağı bir kere başladıktan sonra durdurulamaz. Atom  bombasının insanlar üzerindeki korkunç etkisi göz ardı edilerek , kısa bir süre sonra yeni ve daha güçlü bir silah için çalışmalara başlanmıştır, hidrojen bombası.

            Amerika Birleşik Devletleri II.Dünya Savaşından sonra eğitime özellikle temel bilimlere olan katkısını arttırmıştır. Çünkü geleceğinin insanların beyninde saklı olduğunun çoktan farkına varmıştır.

            Avrupa ise II.Dünya savaşının yorgunluğundan bir süre daha kurtulamamıştır. Almanya , Nazi yönetimi yüzünden birçok değerli profesörlerini ve bilim adamlarını kaybetmiştir. Olayın Almanya için en kötü olan tarafı , kaçan bilim adamlarının çoğunun onlara daha çok fırsat ve düşünce özgürlüğü veren Amerika ve İngiltere'ye gitmesidir. Aynı şekilde , nükleer kimyada ve uzay bilimlerinde dönemin doruklarında olan Sovyet Rusya'da bulunan bilim adamları da Stalin'den kaçarak Amerika ve İngiltere'ye sığınmışlardır. Bu durum Amerika'yı daha da güçlendirmiş bilimde öne geçmelerine neden olmuştur. Bilimsel buluşların artarak insanların kullanımına sunulmasıyla Amerika'da ekonomi canlanmış , istihdam oranı artmıştır.

Nükleer silahlar

B. Plütonyumu Ayırmak.
İkinci yol ise biraz farklıdır. Nükleer santrallerden çıkan kullanılmış yakıt çubukları içinde tabiatta bulunmayan Plütonyum (Pu 239) elementi teşekkül etmiştir. Yakıt çubukları içindeki oranı da %0.6 civarıdır. İşte zenginleştirme tesisinde bu maddeyi ayrıştırıp 8kg civarında elde ederseniz bir atom bombası (plütonyum bombası) yapabilirsiniz. 100 tonluk bir yakıt çubuk içinde 600kg Plütonyum bulunur. Ancak her iki tipteki bombayı patlatacak mekanizma ise ayrı bir teknoloji olup ciddi araştırmalar gereklidir; ve kimse bu bilgileri satmaz.

“Fisyon” ve “füzyon” nükleer (çekirdeksel) tepkimelerdir. Bu nedenle, kimyasal tepkimelerden farklı olarak atomun çekirdeğinin yapısında değişiklikler meydana getirirler.
Fisyon (bölünme) kararlılığı az olan ağır çekirdeklerin bölünerek, daha kararlı çekirdeklere ayrışmasıdır. Atom bombası, bir fisyon tepkimesi örneğidir. Büyük bir çekirdeğe sahip olan Uranyum atomu, nötronlarla bombardıman edilir ve çekirdeği ikiye bölünür. Açığa çıkan nötronlar, diğer Uranyum çekirdeklerini de etkiler ve gittikçe hızlanan bir tepkimeler zinciri ortaya çıkar. Böyle tepkimelere “zincir tepkimesi” denir. Sonuçta oldukça büyük bir enerji açığa çıkar. Nükleer santrallerde üretilen elektrik, fisyondaki zincir tepkimesinin yavaşlatılması sonucu elde edilir.

Füzyon (kaynaşma) ise, kararlılığı düşük olan küçük çekirdeklerin birleşerek büyük çekirdekler oluşturmasıdır. Açığa çıkan enerji, fisyondakinden çok daha büyüktür. Füzyona en iyi örnek Hidrojen bombasıdır. Çok yüksek sıcaklıklarda (1 milyon ºC’ nin üstü) hidrojen çekirdekleri kaynaşarak, Helyum çekirdeklerini meydana getirir. Güneşte sürekli olarak füzyon tepkimeleri gerçekleşir ve açığa çıkan devasa boyuttaki enerji uzaya yayılır. Hidrojen bombasındaki çekirdek tepkimesinin gerçekleşmesi için atom bombası kullanılır.

Hiçbir yazı/ resim  izinsiz olarak kullanılamaz!!  Telif hakları uyarınca bu bir suçtur..! Tüm hakları Çetin BAL' a aittir. Kaynak gösterilmek şartıyla  siteden alıntı yapılabilir.