¿De dónde viene la energía de una bomba nuclear?

Question

Te voy a romper esta a dos preguntas relacionadas:

Con una bomba de fisión de Uranio o de Plutonio los átomos están separados por una alta energía de neutrones, liberando energía (y más neutrones). De dónde viene la energía? La mayoría de los libros que he encontrado, simplemente, el estado de $E=mc^2$ y dejarlo en eso. Que es lo que importa (por ejemplo, un protón o neutrón) se convierte en realidad en energía? Que, obviamente, afectan a los elementos producidos por la fisión, ya que habría menos importa al final. Sería también indican exactamente cómo la energía puede ser liberada por átomo dado el peso fijo de una partícula subatómica. Recuerdo haber oído una vez que la energía liberada es en realidad la energía de enlace que anteriormente el núcleo juntos.

Con una fusión de la bomba, dos isótopos del hidrógeno se unen para formar helio y liberar la energía - la misma pregunta: ¿de dónde viene esta energía? Es la materia convierte en realidad o estamos hablando de otra cosa aquí?

Lo siento, es que esto es bastante básico - yo no he hecho la física desde la escuela secundaria.

Answer 1

La energía de una bomba nuclear de fisión proviene de la energía gravitacional de las estrellas.

Los protones y los neutrones pueden cristalizar en diferentes tipos de obligado estados. Llamamos a estos estados de los núcleos atómicos. Las otras con el mismo número de protones son llamados isótopos, con diferente número de núcleos de los átomos de diferentes tipos.

Hay muchas posibles diferentes estados estables (es decir, núcleos estable), con diferente número de nucleones y diferentes energías de enlace. Sin embargo, también existen algunas tendencias generales para el específico de la energía de enlace por nucleón (protón o neutrón) en los núcleos. Los estados de simple núcleos (como hidrogen o helio) tienen la menor específicos nucleón la energía de enlace entre todos los elementos, pero la mayor es el número atómico, mayor es la energía específica se presenta. Sin embargo, para los núcleos muy pesados en la unión específica de la energía comienza a caer de nuevo.

Aquí es un gráfico que resume:

http://en.wikipedia.org/wiki/File:Binding_energy_curve_-_common_isotopes.svg

Esto significa que cuando los nucleones están en el medio-el número atómico de los núcleos, que tienen la más alta posible de la energía de enlace. Cuando se sientan en muy poquito de elementos (hidrogen) o muy pesados (uranio), que tiene más débiles de la unión. Por lo tanto, se puede decir que para la baja "de cada día" de las temperaturas, la muy pesada elementos (como la luz) son quasistable en un sentido.

Bomba de fisión de manera efectiva "permite" la muy pesada de los núcleos atómicos (plutonio o uranio) para reasentar a los átomos con menor número de nucleones, es decir, con mayor enlazado energías. La liberación de la energía de enlace diferencia la hace el famoso efecto. En términos del gráfico antes citada, corresponde a los nucleones en movimiento desde el lado derecho cerca de la cima.

Sin embargo, esta no es la única manera de dejar que los nucleones cambiar a la mayor energía de enlace del estado que la inicial. Podemos "reubicar" muy poquito de elementos (como el hidrógeno) y dejar que los nucleones mover el pico de la izquierda. Que sería de fusión.

Pesado de los nucleones surgen en las estrellas. Aquí la energía gravitacional es lo suficientemente alta como para permitir que los nucleones "unir", en los núcleos que les gusta. Estrellas por lo general se forman a partir de la misma luz, los elementos y los nucleones dentro, de nuevo, tienden a llegar a los estados con bajas energías, y de forma más "medio" número de núcleos. La diferencia de energía poderes estrellas y vemos la emisión de luz, las altas temperaturas y a todos los otros efectos divertidos.

Sin embargo, a veces las temperaturas en las estrellas son tan altos, que los nucleones forma de los núcleos muy pesados con el medio-número de núcleos. aunque no hay una "energía" de beneficios.

Estos elementos pesados, a continuación, difundir por todas partes con la muerte de la estrella. Esta almacenada estrella de la energía puede ser liberada en la bomba de fisión.

Answer 2

Sí, es una cuestión de masa $m$ se convierte directamente en energía $E=mc^2$, lo que significa, literalmente, que el peso de los restos de la bomba atómica es menor que el peso de la bomba atómica en el principio. La fisión reduce la masa de 0,1 por ciento o menos; para la fusión, usted puede obtener más cerca de 1 por ciento de la masa de la diferencia.

En principio, usted puede liberar el 100% de la $E=mc^2$ de la energía almacenada en la masa de $m$ - por ejemplo, mediante la aniquilación de la materia con la antimateria; o mediante la creación de un agujero negro, y esperar hasta que se evapora en pura radiación de Hawking - que es energía pura.

Y sí, las diferencias en las energías y las correspondientes masas debido a $E=mc^2$ es verdad universalmente (en el marco del resto), no hay realmente sólo una independiente de la cantidad puede ser atribuido a la (cambiar) la energía de interacción entre los nucleones (o los quarks). Alternativamente, usted puede imaginar que el exceso de energía se almacena en condiciones gluones y quark-antiquark pares dentro de los núcleos. Esas dos descripciones son en realidad equivalentes, aunque este hecho no es auto-evidente.

Answer 3

No estoy seguro de lo que usted está buscando aquí, pero voy a tratar de una manera diferente (y más simple) el enfoque de las otras respuestas:

En una "tradicional" de la química de la bomba, la energía proviene de la fuerza electromagnética: estás en la ruptura de enlaces entre los átomos y hacer más estable (de baja energía) de los bonos.

En una bomba de fisión, la energía proviene de la fuerza nuclear fuerte: estás en la ruptura de enlaces entre los nucleones, la producción de productos finales que se encuentran en un estado de baja energía*.

En una bomba de fusión, la energía también viene de la fuerza nuclear fuerte: estás haciendo lazos entre los nucleones, la producción de productos finales que se encuentran en un estado de baja energía.

*Para subir un nivel de complejidad (y precisión), Janne808 es correcta: en bombas de fisión, la fuerza electromagnética es un importante contribuyente. De hecho, en la ausencia de coulomb de repulsión entre los protones, yo no puedo pensar en ninguna reacciones de fisión que iba a ser exotérmica.

Answer 4

Repulsión de Coulomb entre como cargos es el mayor contribuyente a la cantidad de energía liberada.