بمب‌های هسته‌ای

احسان عمادی
چرا اورانیوم و پلوتونیوم؟
ایزوتوپ معمول اورانیوم (اورانیوم ۲۳۸) برای ساخت سلاح اتمی مناسب نیست. چرا که با شلیک نوترونی به هسته این ایزوتوپ، احتمال به دام افتادن نوترون و تشکیل اورانیوم ۲۳۹ از احتمال شکافت هسته ای بسیار بیشتر است. درحالی که در اورانیوم ۲۳۵ امکان شکافت هسته ای بیشتر است. اما فقط ۷/۰ درصد اورانیوم موجود در طبیعت، ایزوتوپ ۲۳۵ است. به همین خاطر برای تهیه مقدار مورد نیاز اورانیوم ۲۳۵ برای ساخت بمب، به مقدار زیادی از اورانیوم طبیعی نیاز است. در عین حال ایزوتوپ های ۲۳۵ و ۲۳۹ اورانیوم به روش های شیمیایی قابل جداسازی نیستند؛ چرا که از لحاظ شیمیایی یکسانند. بنابراین دانشمندان پروژه منهتن قبل از ساختن بمب باید مسئله دیگری را حل می کردند؛ جداسازی ایزوتوپ های اورانیوم به روش های غیرشیمیایی. پژوهش ها همچنین نشان می داد که پلوتونیوم ۲۳۹ قابلیت شکافت هسته ای بالایی دارد. گرچه پلوتونیوم ۲۳۹ یک عنصر طبیعی نیست و باید ساخته شود. رآکتورهای هنفورد در واشینگتن به همین منظور ساخته شده اند.
«پسربچه»:(Little boy) یک بمب شلیکی
طرح «پسربچه» شامل تفنگی است که توده ای از اورانیوم ۲۳۵ را به سمت توده دیگری از این ایزوتوپ شلیک می کند. به این ترتیب یک جرم فوق بحرانی تولید می شود. نکته اساسی که حتماً باید رعایت شود این است که این توده ها باید در زمانی کوتاه تر از حدفاصل بین شکافت های خود به خودی در کنار هم نگه داشته شوند. به محض اینکه دو توده اورانیوم در کنار هم قرار گرفتند، ناگهان چاشنی توده ای از نوترون ها را تولید می کند و زنجیره واکنش ها آغاز می شود. با ادامه این زنجیره، انرژی مدام افزایش می یابد تا بمب به سادگی و خودبه خود منفجر شود.
۱- در دنباله پلیسه برداری
۲- مخروط دم
۳- لوله های ورود هوا
۴- چاشنی فشار هوا
۵- محفظه پوشش محافظ سربی
۶- بازوی چاشنی
۷- سرانفجاری
۸- چاشنی انفجاری معمول
۹- اورانیوم ۲۳۵ (گلوله)
۱۰- سیلندر توپ
۱۱- اورانیوم ۲۳۵ (هدف) با مخزن
(منعکس کننده نوترون درست این بالا است)
۱۲- میله های کنترل فاصله
۱۳- فیوزها
«مرد چاق»(Fat man) : بمب انفجار درونی
شکافت خودبه خودی پلوتونیوم ۲۳۹ آنقدر سریع است که بمب تفنگی (پسربچه) نمی تواند دو توده پلوتونیوم را در زمانی کوتاه تر از حد فاصل شکافت ها کنار هم نگه دارد. بنابراین برای پلوتونیوم باید نوع دیگری از بمب طراحی شود. قبل از سوارکردن بمب، چند نوترون سرگردان رها می شوند تا زنجیره واکنش پیش رس را آغاز کنند. این زنجیره موجب کاهش عظیم انرژی منتشر شده می شود. «ست ندرمی یر» (دانشمندی از لس آلاموس) ایده استفاده از چاشنی های انفجاری را برای کمپرس بسیار سریع کره پلوتونیوم مطرح کرد و بسط داد. با این روش کره پلوتونیوم به چگالی مناسب بحرانی می رسد و انفجار هسته ای رخ می دهد.
۱- :AN ۲۱۹ فیوز تخریب
۲- :Archie آنتن رادار
۳- صفحه باتری ها
۴- واحد :Xسیستم جرقه زن کنار چاشنی
۵- لولا برای ثابت نگه داشتن دو بخش بیفوی بمب
۶- لنز پنج ضلعی با قابلیت انفجار بالا
۷- لنز شش ضلعی با قابلیت انفجار زیاد
۸- چتر نجات کالیفرنیا دنباله (آلومینیوم)
۹- حفاظ دور، قطر داخلی cm ۱۴۰
۱۰- مخروط هایی که کل کره را در بر می گیرند
۱۱- لنزهای انفجاری
۱۲- ماده هسته ای
۱۳- صفحه رادارها، سوئیچ های هوا و تایمرها
۱۴- جمع کننده لوله هوا
بمب انفجار داخلی: بمب کثیف
انفجار درونی که در واقع عکس انفجار بیرونی است ماده و انرژی را چگال و متمرکز می کند. ویرانی ساختمان بر اثر انفجار بیرونی باعث می شود که ساختمان روی خودش آوار شود. اصطلاحاً گفته می شود که «ساختمان از درون منفجر شده است.» انفجار درونی، آوار شدن از داخل است. درست مقابل انفجار بیرونی، یک کره توخالی پلوتونیوم می تواند با چاشنی کروی انفجاری خارجی، از درون منفجر شده و به عنوان ماشه یک بمب شکافت هسته ای به کار رود. این بمب هم به نوبه خود می تواند یک ماشه انفجار داخلی برای یک جور هم جوشی باشد. در بحث کاویتاسیون انفجار درونی یک فرآیند مکثی است که ذرات را مجبور به حرکت به سمت داخل می کند (نه حرکت به سمت خارج که مربوط به انفجار بیرونی است) این حرکت مرکزگرای درونی، از یک مسیر مستقیم به سمت مرکز (مسیر شعاعی) پیروی نمی کند، بلکه با چرخش روی یک مسیر مارپیچی حرکتش را انجام می دهد. این حرکت چرخشی ورتکس نام دارد. در کاویتاسیون به خاطر فشار کم، حباب های کوچکی از بخار آب در یک سمت پروانه تشکیل می شود. با تخریب این حباب ها، موج های ناگهانی محلی شدیدی به وجود می آید که سر و صدا تولید می کند و منجر به شکست محلی در سطح پروانه می شود. ادامه این روند سایش ماده را به دنبال دارد. مشخصه اصلی ورتکس این است که خارج آن کند و مرکز آن تند حرکت می کند. در ورتکس، آب «از درون منفجر می شود» ذرات معلقی که از آب سنگین ترند به مرکز جریان کشیده می شوند، مقاومت اصطکاکی کاهش می یابد و سرعت جریان زیاد می شود.
مراحل انفجار داخلی
۱ ماده منفجر ه ای که ماده شکافت پذیر را در برگرفته است، مشتعل می شود. ۲ یک موج ناگهانی تراکمی به سمت داخل شروع به حرکت می کند. سرعت این موج ناگهانی از سرعت صوت بیشتر است و سبب افزایش قابل توجه شار می رود. موج در یک لحظه به تمام نقاط روی سطح کروی ماده شکافت پذیر در هسته بمب حمله می کند، فرآیند تراکم آغاز می شود. ۳ با افزایش چگالی هسته، جرم به حالت بحرانی و سپس فوق بحرانی می رود که در آن زنجیره واکنش ها به صورت نهایی زیاد می شود. ۴ اکنون پخش شدن چاشنی به رها شدن نوترون های زیاد منجر می شود. به همین دلیل خیلی از تولیدات اولیه بای پس می شوند.۵ زنجیره واکنش ها همچنان ادامه می یابد. تا زمانی که انرژی تولید شده در درون بمب به قدری بزرگ شود که فشار درونی (ناشی از انرژی شکافت) به مقداری بیش از فشار انفجار داخلی و ناشی از موج ناگهانی برسد.۶ با از هم جدا کردن بمب، انرژی منتشر شده در فرآیند شکافت، به اطراف انتقال می یابد.
بمب هیدروژنی
بازده هیدروژنی به وسیله مقدار لیتیوم دوتراید (deuteride) و نیز مواد شکافت پذیر اضافه کنترل می شود. برای تامین نوترون های اضافه فرآیند هم جوشی (fusion) معمولاً اورانیوم ۲۳۸ در بخش های مختلف بمب به کار می رود. این ماده شکافت پذیر اضافه (اورانیوم ۲۳۸) در عین حال تشعشعات اتمی باکیفیت بالا نیز تولید می کند.
بمب نوترونی
بمب نوترونی یک بمب هیدروژنی است. بمب نوترونی به کلی با سایر سلاح های اتمی استاندارد تفاوت دارد. چرا که اثرهای مهلک بمب که از تشعشعات مضر می آید، به خاطر نوترون هایی است که خودش رها می کند. این بمب همچنین به نام «سلاح تشعشع افزوده» (enhanced- radiation weapon) شناخته می شود.اثرات تشعشع افزوده در بمب نوترونی بدین صورت است که آثار حرارتی و تخریبی این بمب نسبت به سایر سلاح های اتمی کمتر است. به همین دلیل ساختارهای فیزیکی مثل ساختمان ها و مراکز صنعتی کمتر خسارت می بینند و بمب بیشترین آسیب را به انسان وارد می کند. از آنجا که اثرات تشعشع نوترون با افزایش فاصله به شدت کاهش می یابد اثر بمب در مناطق نزدیک به آن و مراکز دور از آن به وضوح تفاوت دارد. این ویژگی کاملاً مطلوب کشورهای عضو پیمان آتلانتیک شمالی (ناتو) است، چرا که آنها می خواهند آمادگی نبرد در مناطق پرازدحام را داشته باشند درحالی که انواع دیگر انفجارهای هسته ای، زندگی شهری و دارایی ها را به خطر می اندازند بمب نوترونی فقط با زنده ها سر و کار دارد.