سلاح های هسته ای

به طور کلی می‌توان سلاح های هسته ای را بر اساس منبع تأمین انرژی سلاح به دو دسته تقسیم کرد:

الف- بمب شکافت: این بمب‌ها انرژی خود را از واکنش های شکافت هسته ای به دست می‌آورند. این بمب‌ها را از گذشته تا به حال بمب اتمی نام نهاده اند و می‎توان در متون مختلف عباراتی چون بمب اتم، بمب اتمی یا A-bomb را دید که همه به این نوع سلاح اشاره دارند. البته با توجه به این واقعیت که انرژی این سلاح از واکنش های شیمیایی پیوند میان اتم‎ها آزاد نمی شود، این نام گذاری دقیق نیست؛ با این وجود نام‎گذاری بمب اتمی پذیرفته شده است. بهتر این است که به آن‎ها سلاح هسته ای یا دقیق تر، سلاح های شکافت هسته ای بگوییم.

ب- بمب هم جوشی: این بمب بر اساس هم جوشی هسته ای طراحی شده است. سلاح هایی که تنها یک مرحله‎ی هم جوشی انجام می‌د‌هند، دارای سوخت اولیه‎ی هیدورژن است و از این رو به بمب هیدروژنی یا H-bomb معروف شده اند. به این سلاح ها، سلاح های گرما هسته ای نیز می‌گویند، زیرا برای آغاز واکنش زنجیره ای هم جوشی هسته ای به دمای اولیه‌ی بسیار بالایی نیاز است.

امروزه، تمایز دادن این دو نوع سلاح بسیار دشوار است؛ زیرا در سلاح های پیچیده ای که امروزه ساخته می شود هر دو نوع بمب با هم ترکیب شده اند. مثلاً ابتدا یک بمب شکافت کوچک منفجر می شود تا دما و فشار مورد نیاز واکنش هم جوشی و انفجار بمب هم جوشی فراهم شود. عناصر هم جوشی هم ممکن است در هسته‌ی یک بمب شکافت استفاده شوند، چون نوترون‌هایی که از آن‌ها تولید می شود احتمال فرایند شکافت را بالا می برد.

وجه تمایز سلاح های شکافت و هم جوشی در این است که انرژی آن‌ها از تغییرات هسته‌ی اتم به دست می آید. پس بهترین نام برای تمامی این سلاح های انفجاری، سلاح هسته ای یا Nuclear Weapon است. نوع دیگری از استفاده سلاح‌های اتمی نیز وجود دارد که به آن بمب کثیف می گویند.

بمب های شکافت (Fission Bomb)

ساده ترین بمب های هسته ای، بمب های شکافت خالص هستند که اساس سلاح های پیشرفته‌ی امروزی را تشکیل می دهند. اولین بار این بمب در آزمایش ترینتیی که نخستین دستاوردهای علمی پروژه‌ی، منهتن بود، منفجر شد.

یک بمب هسته ای شکافت، با تبدیل مداوم یک جرم زیر بحرانی یک ماده قابل شکافت به یک مجموعه‌ی فوق بحرانی و ایجاد یک واکنش زنجیره ای همراه با تولید مقداربسیار زیاد انرژی کار می کند. در عمل جرم به طور پیوسته و آرام و آرام به حالت بحرانی نمی رسد، بلکه از یک حالت زیر بحرانی به یک حالت بسیار فوق بحرانی تبدیل می شود. بدین ترتیب هر نوترون، نوترون‌های جدید و زیادی تولید می کند و واکنش های زنجیره ای با سرعت بسیار زیادی پیش می رود. مشکل اصلی در تولید یک بمب هسته ای شکافت، بازده انفجاری خوب است به نحوی که بتوان برای مدت کافی، اجزای بمب را کنار هم نگاه داشت تا بخش قابل توجهی از انرژی هسته ای قابل تولید آزاد شود.

تا پیش از زمان رها کردن بمب ،باید بتوان ماده‌ی قابل شکافت را به صورت قطعات متعدد و جدا از هم که هر یک کمتر از جرم بحرانی هستند، نگهداری کرد. در زمان انفجار، باید مواد قابل شکافت را به سرعت در کنار هم قرار داد. ضمن فرآیند جمع شدن مواد، واکنش زنجیره ای آغاز می شود و سبب می شود اجزای بمب گرم شده، منبسط شوند. این انبساط مانع از فشرده شدن حداکثر مواد می شود ( با صرفه ترین حالت تولید انرژی، در فشردگی کامل مواد قابل شکافت روی می دهند. ) اما فراهم کردن سیستمی که تمام این کارها را به خوبی انجام دهد اصلاً کار ساده ای نیست.

برای انفجار بمب باید چه کار کرد؟

الف – قطعات فرو بحرانی ماده‌ی هسته ای باید به هم متصل شوند تا یک جرم فرا بحرانی را تشکیل دهند. این جرم فرا بحرانی به هنگام آغاز واکنش، بیش‌تر از حد نیاز نوترون تولید می کند و ادامه‌ی یک واکنش زنجیره ای را تضمین می کند.

ب – تا جایی که ممکن است، ماده‌ی بیشتری، قبل از انفجار بمب شکافته شود تا از سوخته شدن بمب جلوگیری شود. سوخته شدن، زمانی است که بمب، به‌خوبی عمل نکند و مواد قابل شکافت، اندکی دچار شکافت هسته ای شوند.

برای تبدیل سوخت هسته ای از حالت فرو بحرانی به حالت فرا بحرانی، معمولاً از دو روش استفاده می شود. روش نخست، قرار دادن جرم‌های فرو بحرانی در کنار هم و تشکیل یک جرم فرو بحرانی است. روش دوم، فشرده کردن یک جرم فرو بحرانی و رساندن آن به جرم فرا بحرانی است.

نوترون‌ها توسط یک مولد نوترون تولید می شوند. این مولد، یک ساچمه‌ی کوچک از جنس پولونیوم و بریلیوم است که درون یک ورقه‌ی فلزی واقع شده است. ساچمه و پوشش فلزی آن درون هسته‌ی سوخت هسته ای بمب قرار می گیرد و بدین شکل عمل می کند:

1. هنگامی که دو جرم فرو بحرانی به هم متصل می شوند، پوشش فلزی ساچمه می شکند و پولونیوم بلافاصله ذرات آلفا ساطع می کند.
2. ذرات آلفا به بریلیوم 9 ( Br9 ) برخورد می کنند و در نتیجه بریلیوم 8 ( Br8 ) و چند نوترون آزاد می شود.
3. نوترون‎های آزاد به هسته های سوخت اتمی برخورد می کنند و شکافت هسته ای را آغاز می کنند.

در نهایت، واکنش شکافت، درون یک پوشش فلزی چگال که بازتابنده نام دارد، گسترش می یابد. بازتابنده معمولاً از U-238 ساخته می شود. ادامه‌ی واکنش شکافت، سبب می شود بازتابنده گرم شود و انبساط پیدا کند. انبساط بازتابنده، فشاری را در جهت عکس به هسته‌ی واکنش وارد می کند و گسترش هسته را کندتر می کند. بازتابنده هم چنین نوترون‌های پر انرژی را به درون هسته‌ی شکافت منعکس می کند و بازده فرآیند شکافت هسته ای را افزایش می دهد.

بمب شکافت به مکانیسم تفنگی

ساده ترین راه برای رساندن دو جرم فرو بحرانی به یکدیگر، این است که تفگی بسازیم و یکی از این جرم‌ها را به سمت دیگری شلیک کنیم. جرم بحرانی U-235 به صورت یک کره به دور مولد نوترون ساخته می شود، ولی مقداری از آن به صورت یک گلوله کوچک جدا می شود. گلوله در انتهای یک لوله‌ی بلند قرار می گیرد و کره اورانیومی در انتهای دیگر لوله قرار می گیرد. مقدار دقیقی مانده منفجره هم پشت گلوله قرار می گیرد.

هنگامی که حسگر فشار سنج بارومتری با ارتفاع مناسب انفجار بمب منطبق شد، مراحل زیر به ترتیب اتفاق می افتد:

1. چاشنی ماده‌ی منفجره عمل می کند و انفجاری دقیق، گلوله را به انتهای لوله پرتاب می کند.
2. گلوله به کره اورانیومی و مولد نوترون برخورد می کند و طبق روندی که قبلاً اشاره شد، واکنش شکافت آغاز می شود.
3. واکنش های شکافت هسته ای گسترش می یابند.
4. بمب منفجر می شود.