سلاح های غیر متعارفعلوم پایه

بمب های هسته ای و نحوه عملکرد آنها

بمب های هسته ای و نحوه عملکرد آنها

نویسنده و مترجم: معین پورحسین

در مرکز هر اتمی یک هسته وجود دارد. شکستن این هسته و یا ترکیب دو هسته با یکدیگر میتواند انرژی بسیار زیادی را آزاد کند. بمب های اتمی سلاح های کشتار جمعی هستند که از انرژی حاصل از این شکست و ترکیب ذرات هسته(پروتون و نوترون) برای ایجاد انفجاری عظیم استفاده میکنند.

انرژی هسته ای اتم را به دو روش میتوان آزاد کرد:

شکافت هسته ای: هسته اتم توسط بارش نوترونی(با افزایش نوترون ,هسته آن را ناپایدار و باعث شکافت آن میشوند) به دو قطعه کوچکتر تقسیم میشود. در این روش معمولا از ایزوتوپ های اورانیوم(اورانیوم 233 و اورانیوم 235) و پلوتونیوم(پلوتونیوم 239) استفاده میشود.    (ایزوتوپ به اشکال مختلف یک نوع اتم که جرم مختلفی دارند گفته میشود) بمب های حاصل از شکافت هسته بمب اتمی نامیده میشوند.

جوشش یا همجوشی هسته ای: دو اتم کوچکتر تحت دما و فشار بسیار بالا با هم ترکیب میشوند. معمولا از هیدروژن یا ایزوتوپ های آن (دیتریوم و تریتیوم) برای ساخت اتمی بزرگتر (ایزوتوپ های هلیم) استفاده میشود. خورشید نیز به همین روش تولید انرژی میکند. بمب هایی که اساس کارشان جوشش هسته ای میباشد بمب هیدروژنی نام دارند.

نحوه عملکرد بمب های اتمی شکافت هسته ای بدین گونه است که نوترونی به هسته اتم ماده ای رادیواکتیو(اورانیوم یا پلوتونیوم) برخورد کرده و باعث آزادسازی تعدادی نوترون دیگر و در نتیجه آزادسازی انرژی میشود. نوترون های آزاد شده با هسته اتم های دیگر برخورد کرده و باعث تکرار این عمل و ایجاد یک واکنش زنجیره ای میشود. همه این اتفاقات در کسری از ثانیه رخ داده و با آزادسازی مقدار زیادی انرژی انفجار رخ میدهد.

تنها دو بمب اتمی از نوع شکافت هسته ای در جنگ استقاده شده اند. این دو بمب در شهرهای هیروشیما و ناکازانیِ ژاپن مورد استفاده قرار گرفته اند.

روش شکاف هسته ای با برخورد اورانیوم

در هیروشیما از بمبی بلند و باریک استفاده شد که باعث گردید آن را پسر کوچک بنامند. کارشناسان معتقدند که تنها شکافت کمتر از یک کیلوگرم اورانیوم 235 در این بمب موجب آزادسازی نیرویی برابر با 15000 تن تی ان تی شد.

بمب ناکازاکی بدلیل ظاهری گردتر و چاغتر مرد چاغ نامیده شد. شکافت مقداری بیش از یک کیلوگرم پلوتونیوم 239 در این بمب نیرویی مخرب برابر با 21000 تن تی ان تی تولید کرد.

در بمب های هیدروژنی,همجوشی هسته ای واکنشی است که با اتحاد دو هسته سبک و تشکیل هسته ای سنگینتر انرژی تولید میکند. بمب های هیدروژنی قدرت تخریب بالاتری نسبت به بمب های اتمی داشته و موثرتر میباشند.

بدلیل حرارت بالای مورد نیاز برای شروع واکنش همجوشی هسته ای از آن به عنوان انفجار گرما هسته ای نیز یاد میشود. عملیات بدین گونه است که معمولا ایزوتوپ های هیدروژن (دیتریوم و تریتیوم) در دما و فشار بالا با هم ترکیب و اتم هلیم را تشکیل میدهند.

اولین بمب هیدروژنی در تاریخ یکم نوامبر سال 1952 میلادی در جزیرهِ کوچک انیوِتوک در جزایر مارشال با نیرویی معادل انرژی چند مگاتن تی ان تی منفجر گردید که موج گرمایی آن 50 کیلومتر را تحت تاثیر قرار داد. شوروی سابق نیز در آگست سال 1953 میلادی بمبی هیدروژنی با قدرت چند مگاتنی آزمایش کرد. در یکم مارس 1954 نیز ایالات متحده آمریکا بمبی با قدرت 15 مگاتن را آزمایش کرد.

اکثر سلاح های هسته ای از شکافت هسته ای برای تولید انفجار استفاده میکنند. برای مثال پسر کوچک اولین بمب اتم جنگ با شلیک یک سیلندر توخالیِ اورانیوم 235 به یک فیش اورانیومی به این هدف رسید.

هر بخش از بمب پسر کوچک به تنهایی برای رسیدن به جرم بحرانی (حداقل مقدار ماده هسته ای برای ایجاد شکافت هسته ای را جرم بحرانی میگویند) کافی نبود. ولی با برخورد قطعات به همدیگر به جرم بحرانی دست یافته و یک واکنش شکافت زنجیره ای رخ داد.

کلاهک اتمی موشک پی-35 در یک موزه در روسیه ، این کلاهک 20 هزارتن تی ان تی قدرت داشت

بمب های مدرن امروزی با ترکیب مواد شیمیایی منفجره هم از شکافت و هم از جوشش هسته ای بهره میگیرند. این مواد منفجره باعث فشرده شدن مواد هسته ای شده و شکافت هسته ای به وجود میاید. این شکافت هسته ای مقدار عظیمی انرژی به صورت اشعه ایکس آزاد ساخته که دما و فشار کافی همجوشی هسته ای را فراهم میسازد. رسیدن به جرم بحرانی در این بمب ها متفاوت است. جرم بحرانی به چگالی مواد هسته ای وابسته است: با افزایش چگالی جرم بحرانی کاهش میابد. به جای برخورد دو قطعه سوخت هسته ای زیر شرایط بحرانی سلاح های امروزی مواد شیمیایی منفجره را در اطراف یک کره (یا حفره) فلز اورانیوم 235 یا پلوتونیوم 239 زیر شرایط بحرانی منفجر میکنند. نیروی این انفجار به درون هدایت شده و فلز را فشرده کرده و اتم هارا به هم نزدیکتر میکند. وقتی که به اندازه کافی برای رسیدن به جرم بحرانی متراکم شود, نوترون ها تزریق شده و یک واکنش شکافت زنجیره ای ایجاد شده و انفجار اتمی به وجود میاید.

در سلاح های همجوشی هسته ای(هیدروژنی یا گرما هسته ای) انرژی انفجار شکافت اولیه برای همجوشی ایزوتوپ های هیدروژن استفاده میشود. انرژی آزاد شدهِ سلاح, توده ای آتشین که دمای مرکز آن به ده ها میلیون درجه (تقریبا در محدوده دمایی مرکز خورشید که خود وابسته به همجوشی هسته ای است) میرسد را تشکیل میدهد.

انفجار ایجاد شده در بمب های گرما هسته ای در دو مرحله انجام میشود. انفجار اولیه (انفجار مواد شیمیایی و شکافت هسته ای) و انفجار ثانویه (همجوشی هسته ای پس از انفجار اولیه).        هرچند نحوه عملکرد در اصل بسیار پیچیده تر است.

تفاوت شکاف هسته ای و همجوشی هسته ای
هیروشیما پس از حمله اتمی

برای مثال یک شکافت اولیه خالص بی تاثیر است زیرا حفره پلوتونیوم 239 قبل از اینکه عمدهِ آن دچار شکافت شود منفجر و منهدم میشود. این فرایند را میتوان با قرار دادن گاز هیدروژن (شامل ایزوتوپ های دیتریوم و تریتیوم) در مرکز حفره توخالی تقویت کرد. بدین شکل که با شکافت پلوتونیوم های محیط, گاز هیدروژن دچار همجوشی شده و نوترون آزاد میسازد که باعث ایجاد شکافت بیشتری میشود.

به طور مشابه انفجار ثانویه نیز تنها از سوخت همجوشی خالص تشکیل نمیشود. در لایه درونی آن, شمعکِ (spark plug) شکافت که از پلوتونیوم 239 یا اورانیوم 235 ساخته شده قرار دارد. در حالی که انفجار اولیه سوخت را از بیرون فشرده میکند,مادهِ شمعک در شرایط فوق بحرانی قرار گرفته و شکافت های هسته ای از درون به هیدروژن حرارت داده و باعث همجوشی بیشتری میشود.

همجوشی باعث آزادسازی نوترون میشود. این نوترون ها با لایه ای از اورانیوم که در اطراف سوخت میباشد برخورد و باعث ایجاد شکافت میشود. به طور کلی این شکافت نیمی از تمام نیروی انفجاری سلاح را در بر میگیرد.

بمب های نوترونی:

بمب های گرما هسته ای که فاقد این پتوی اورانیومی(لایهِ قرمزِ اورانیوم در تصویر) میباشند, بمب نوترونی نام دارند زیرا نوترون های آزاد شده در اثر همجوشی هسته ای از سلاح آزاد و خارج میشوند. به همین دلیل بمب های نوترونی مقدار بیشتری تشعشعات رادیواکتیویته نسبت به بمب های گرما هسته ای دیگر تولید میکنند. در زمان جنگ سرد این بمب ها برای مقابله با تانک ها در نظر گرفته شده بودند تا بدون وارد کردن آسیب به تانک خدمه آن را از بین ببرند.

سوخت هسته ای:

درحالی که عده ای از عناصر جدول تناوبی قابل شکافت میباشند, فقط تعداد محدودی در سلاح های هسته ای استفاده میشوند. رایج ترین این عناصر ایزوتوپ های اورانیوم 235 و پلوتونیوم 239 میباشند.

اورانیوم در سراسر دنیا یافت شده و میتوان آن را از ته نشین مواد معدنی استخراج کرد (همچنین میتوان آن را از آب دریا نیز استخراج کرد که هزینه بسیار بالاتری دارد). ولی تنها قسمت کوچکی (کمتر از یک درصد) اورانیوم طبیعی اورانیوم 235 میباشد. تولید اورانیوم قابل استفاده نیاز به فرایند غنی سازی دارد که طی آن ایزوتوپ های مختلف اورانیوم توسط سانتریفیوژها (در تصویر زیر) از هم جدا و تغلیظ میشوند. این فرایند بسیار پرهزینه و دشوار و زمان بر میباشد و به همین دلیل یکی از موانع اصلی ساخت بمب های هسته ای میباشد.

در ساخت سلاح هسته ای, پلوتونیوم نیز قابل استفاده میباشد ولی مقدار آن در طبیعت بسیار کم میباشد. البته میتوان آن را به عنوان یک فراورده فرعی و جانبی از راکتور های شکافت هسته ای بازیافت کرد. جداسازی پلوتونیوم از فراورده های دیگر نسبت به غنی سازی اورانیوم ساده تر میباشد چون در آن باید عناصر مختلف را از هم جدا کرد در حالی که در غنی سازی باید ایزوتوپ های مختلف یک نوع اتم را از یکدیگر جدا کرد. ولی این فرایند بسیار تشعشع زا بوده و به دستگاه های خودکار و به تاسسیساتی با حفاظت بسیار بالا نیازمند است.

تاثیرات بمب های هسته ای:

بمب های هسته ای تاثیرات فوق العاده مخرب و وحشتناکی دارند. مرکز انفجار به آنچنان دمایی میرسد که هرچیزی درون خود از جمله بافت انسانی را تبخیر میکند. انسان ها درون مکان های دارای حفاظ در اثر حرارت میمیرند و ساختمان ها تخریب و مواد آتشزا خواهند سوخت. افرادی که در قرارگاه های زیر زمینی اند در اثر کمبود اکسیژن و خلا خواهند مرد. بازماندگان خارج از محدودهِ تخریب کامل, دچار نابینایی,سوختگی های کشنده,خونریزی و جراحت های داخلی میشوند. طی روز های بعد,بازماندگان تحت تاثیر اشعه های سرطان زا قرار میگیرند. این اشعه ها میتوانند در زندگی نسل های آینده نیز تاثیر بگذارند. سلاح های هسته ای میتوانند محیط را آلوده و تا سال های بسیارآن را غیر قابل سکونت کنند.

همین تاثیرات موجب مخالفت ملت ها و جوامع بشری با بمب های هسته ای شده است….

مقالات مشابه:معرفی ابعاد فنی، سیاسی-کاربردی و حقوقی سلاح های هسته ای

بمب باران اتمی ژاپن

در اپلیکیشن ایرانی بله نیز مارا دنبال کنید: اینجا را کلیک کنید

منابع :

https://cnduk.org/how-do-nuclear-weapons-work

https://www.ucsusa.org/nuclear-weapons/how-do-nuclear-weapons-work

نوشته های مشابه

Copy Protected by Chetan's WP-Copyprotect.
بستن