بمب‌های هسته‌ای چگونه کار می‌کنند؟ (بخش دوم)

5/5 - (1 امتیاز)
شکل ۱. بمب هیدروژنی یک نوع از بمب‌های همجوشی است. منبع: JIANAN WANG

همانطور که در مطلب قبلی شرح دادیم، بمب‌های شکافت کار می‌کردند، اما خیلی کارآمد نبودند. طولی نکشید که دانشمندان به این فکر کردند که آیا فرآیند هسته‌ای مخالف شکافت (Fission)، یعنی همجوشی (fusion)، می‌تواند بهتر عمل کند. همجوشی زمانی اتفاق می‌افتد که هسته‌های دو اتم با هم ترکیب شوند و یک اتم سنگین‌تر را تشکیل دهند. در دما‌های بسیار بالا، هسته‌های ایزوتوپ‌های هیدروژن دوتریوم (Deuterium) و تریتیوم (Tritium) می‌توانند به آسانی با هم ترکیب شوند و مقادیر زیادی انرژی در این فرآیند آزاد کنند. سلاح‌هایی که از این فرآیند بهره می‌برند به عنوان بمب‌های همجوشی، بمب‌های گرما هسته‌ای یا بمب‌های هیدروژنی شناخته می‌شوند (fusion bombs, thermonuclearbombs or hydrogen bombs).

بمب‌های همجوشی

بمب‌های همجوشی نسبت به بمب‌های شکافت دارای بازدهی بالاتر و کارایی بیشتری هستند، اما مشکلاتی را دارا هستند که باید حل شوند:

  • دوتریوم و تریتیوم، سوخت‌های همجوشی، هر دو گاز هستند و به سختی ذخیره می‌شوند.
  • موجودی تریتیوم کم بوده و نیمه عمر کوتاهی دارد.
  • سوخت در بمب باید به طور مداوم پر شود.
  • دوتریوم یا تریتیوم باید در دمای بالا به شدت فشرده شوند تا واکنش همجوشی آغاز شود.

دانشمندان با استفاده از لیتیوم-دوترات (lithium-deuterate)، یک ترکیب جامد که در دمای معمولی دچار واپاشی رادیواکتیو نمی‌شود، به عنوان ماده اصلی گرما هسته‌ای، بر اولین مشکل غلبه کردند. برای غلبه بر مشکل تریتیوم، طراحان بمب از لیتیوم برای تولید تریتیوم در یک واکنش شکافت استفاده می‌کنند. واکنش شکافت نیز مشکل نهایی را حل می‌کند.

اکثر تابشی که در یک واکنش شکافت منتشر می‌شود، اشعه ایکس است و این اشعه، دما و فشار بالایی را برای شروع همجوشی فراهم می‌کند. بنابراین، یک بمب همجوشی طراحی دو مرحله‌ای دارد – یک جزء شکافت اولیه یا شکافت تقویت‌شده و یک جزء همجوشی ثانویه.

برای درک این طراحی بمب، تصور کنید که در محفظه بمب، یک بمب شکافت انفجاری و یک محفظه استوانه‌ای از U-238 (تَمپر) دارید. در داخل تَمپر، لیتیوم دوترید (سوخت) و یک میله توخالی از پلوتونیوم-۲۳۹ در مرکز استوانه قرار دارد.

جدا کردن استوانه از بمب انفجاری، محافظی از U-238 و فوم پلاستیکی است که فضا‌های باقی‌مانده در محفظه بمب را پر می‌کند. انفجار بمب باعث ایجاد وقایع زیر به صورت پشت سر هم می‌شود:

۱. بمب شکافت منفجر می‌شود و اشعه ایکس منتشر می‌کند.

۲. این اشعه ایکس داخل بمب و تَمپر را گرم می‌کند. محافظ، مانع از انفجار زودرس سوخت می‌شود.

۳. گرما باعث انبساط و سوختن تَمپر می‌شود و به داخل لیتیوم-دوترات فشار وارد می‌کند.

۴. لیتیوم-دوترات حدود ۳۰ برابر فشرده می‌شود.

۵. امواج تصادم فشاری، شکافت را در میله پلوتونیوم آغاز می‌کنند.

۶. میله شکافت پرتو، گرما و نوترون می‌دهد.

۷. نوترون‌ها وارد لیتیوم-دوترات می‌شوند، با لیتیوم ترکیب می‌شوند و تریتیوم می‌سازند.

۸. ترکیب دما و فشار بالا برای انجام واکنش‌های همجوشی تریتیوم-دوتریوم و دوتریوم-دوتریوم کافی است و گرما، تابش و نوترون بیشتری تولید می‌کند.

۹. نوترون‌های حاصل از واکنش‌های همجوشی باعث ایجاد شکافت در قطعات U-238 از تَمپر و محافظ می‌شوند.

۱۰. شکافت قطعات تَمپر و محافظ تابش، گرمای بیشتری تولید می‌کند.

۱۱. بمب منفجر می‌شود.

همه این رویداد‌ها در حدود ۶۰۰ میلیاردم ثانیه اتفاق می‌افتند (۵۵۰ میلیاردم ثانیه برای انفجار بمب شکافت، ۵۰ میلیاردم ثانیه برای رویداد‌های همجوشی). نتیجه یک انفجار بزرگ با قدرت ۱۰۰۰۰ کیلوتن است – ۷۰۰ برابر قوی‌تر از انفجار Little Boy است.

حمل و نقل بمب هسته‌ای

ساختن بمب هسته‌ای یک مسئله است و اینکه سلاح را به هدف مورد نظر خود برسانید و آن را با موفقیت منفجر کنید یک مسئله دیگر خواهد بود. این امر به ویژه در مورد اولین بمب‌هایی که توسط دانشمندان در پایان جنگ جهانی دوم ساخته شد صادق بود. فیلیپ موریسون (Philip Morrison)، یکی از اعضای پروژه منهتن (Manhattan Project)، در مقاله‌ای در شماره سال ۱۹۹۵ مجله Scientific American، این گفته را درباره سلاح‌های اولیه بیان کرد: « هر سه بمب سال ۱۹۴۵ – بمب آزمایشی و دو بمبی که بر روی ژاپن انداخته شدند – بیشتر شبیه تجهیزات آزمایشگاهی پیچیده و بی‌بنیان بودند تا سلاح‌های قابل اعتماد.»

تحویل آن بمب‌ها به مقصد نهایی تقریباً به همان اندازه طراحی و ساخت آن‌ها فی‌البداهه بود.USS Indianapolis  قطعات و سوخت اورانیوم غنی شده بمب Little Boy را در ۲۸ ژوئیه ۱۹۴۵ به جزیره‌ای با نام Tinian در اقیانوس آرام منتقل کرد. اجزای بمب Fat Man نیز که توسط B-29s  اصلاح شده حمل می‌شد، در ۲ اوت ۱۹۴۵ وارد شد.

تیمی متشکل از ۶۰ دانشمند از لوس آلاموس (Los Alamos)، نیومکزیکو (New Mexico)، به منطقهTinian پرواز کردند تا در ترکیب کردن قطعات کمک کنند. اول بمب Little Boy با وزن ۹۷۰۰ پوند (۴۴۰۰ کیلوگرم) و اندازه ۱۰ فوت (۳ متر) از بینی تا دم، آماده شد. در ۶ آگوست، خدمه، Little Boy را در منطقه‌ای به نام  Enola Gay، در یک B-29 که توسط سرهنگ پل تیبتز (Col. Paul Tibbets) خلبانی می‌شد، سوار کردند. این هواپیما سفری ۷۵۰ مایلی (۱۲۰۰ کیلومتری) را به ژاپن انجام داد و بمب را در بالای هیروشیما به هوا انداخت و دقیقاً در ساعت ۸:۱۲ صبح منفجر شد.

در ۹ آگوست، بمب تقریباً ۱۱۰۰۰ پوندی (۵۰۰۰ کیلوگرمی) Fat Man همان سفر را در منطقه Bockscar انجام داد، دومین B-29 که توسط سرگرد چارلز سوینی (Maj. Charles Sweeney) خلبان می‌شد محموله مرگبار را درست قبل از ظهر بر فراز ناکازاکی منفجر کرد.

امروزه، روشی که در جنگ جهانی دوم علیه ژاپن استفاده شد – بمب‌های گرانشی که توسط هواپیما‌ها حمل می‌شود – راهی مناسب برای انتقال سلاح‌های هسته‌ای باقی مانده است. اما در طول سال‌ها، با کاهش اندازه کلاهک‌ها، گزینه‌های دیگری نیز در دسترس قرار گرفته‌اند. بسیاری از کشور‌ها چندین موشک بالستیک و کروز مجهز به تجهیزات هسته‌ای ذخیره کرده‌اند.

بیشتر موشک‌های بالستیک از سیلو‌های زمینی یا زیردریایی‌ها پرتاب می‌شوند. آن‌ها از جو زمین خارج می‌شوند، هزاران مایل به سمت اهداف خود ‌می‌روند و دوباره وارد جو می‌شوند تا سلاح‌های خود را تخلیه کنند. موشک‌های کروز، برد کوتاه‌تر و کلاهک‌های کوچک‌تری نسبت به موشک‌های بالستیک دارند، اما شناسایی و رهگیری آن‌ها سخت‌تر است. آن‌ها را می‌توان از هوا، از پرتابگر‌های متحرک روی زمین و از کشتی‌های نیروی دریایی پرتاب کرد.

سلاح‌های هسته‌ای تاکتیکی (TNW) نیز در طول جنگ سرد رایج شد. TNW که برای هدف قرار دادن مناطق کوچکتر طراحی شده است شامل موشک‌های کوتاه برد، گلوله‌های توپخانه، مین‌های زمینی و موشک‌های عمقی است.

شکل ۲. این تصویر، نمودار مقایسه مسیر پرواز بالستیک و مافوق صوت را نشان می‌دهد. اکنون بسیاری از کشور‌ها قادر به حمل بمب‌های هسته‌ای از طریق موشک‌های بالستیک هستند. منبع: U.S. GOVERNMENT ACCOUNTABILITY OFFICE
پیامدها و خطرات سلامتی ناشی از بمب هسته‌ای

انفجار یک سلاح هسته‌ای باعث تخریب عظیمی می‌شود و این زباله‌ها حاوی شواهد میکروسکوپی از جایی است که مواد بمب‌ها آمده است. انفجار یک بمب هسته‌ای بر روی هدفی مانند یک شهر پرجمعیت خسارت زیادی به بار می‌آورد. درجه آسیب بستگی به فاصله از مرکز انفجار بمب دارد که به آن رومرکز (Hypocenter) یا زمین صفر (ground zero) می‌گویند. هر چه به رومرکز نزدیکتر باشید، آسیب شدیدتر است. آسیب ناشی از چند چیز است:

  • موجی از گرمای شدید ناشی از انفجار
  • فشار ناشی از موج تصادمی ایجاد شده در اثر انفجار
  • تابش رادیواکتیو
  • ریزش رادیواکتیو (پرتوزایی – مترجم) (Radioactive fallout)، که شامل ابر‌هایی از ذرات رادیواکتیو ریز گرد و غبار و بقایای بمب است که دوباره به زمین می‌ریزد.

در رومرکز، همه چیز بلافاصله با دمای بالا (تا ۵۰۰ میلیون درجه فارنهایت یا ۳۰۰ میلیون درجه سانتیگراد) تبخیر می‌شود. بیشتر تلفات، به خاطر سوختگی ناشی از گرما، آسیب‌های زباله‌های پرنده ناشی از موج تصادم و قرار گرفتن حاد در معرض تشعشعات به بیرون از رومرکز است.

فراتر از منطقه انفجار اصلی، تلفات ناشی از گرما، تشعشعات و آتش‌سوزی‌های ناشی از موج گرما ایجاد می‌شود. در درازمدت، به دلیل باد‌های غالب، ریزش رادیواکتیو در منطقه وسیع‌تری رخ می‌دهد. ذرات ریزش رادیواکتیو، وارد منبع آب شده و توسط افراد در فاصله دور از انفجار، استنشاق و بلعیده می‌شوند.

دانشمندان، بازماندگان بمباران‌های هیروشیما و ناکازاکی را مطالعه کرده‌اند تا اثرات کوتاه مدت و بلند مدت انفجار‌های هسته‌ای بر سلامت انسان را درک کنند. تشعشع و ریزش رادیواکتیو بر سلول‌هایی از بدن تأثیر می‌گذارد که به طور فعال تقسیم می‌شوند (مو، روده، مغز استخوان، اندام‌های تولید مثل). برخی از شرایط سلامتی ناشی از آن عبارتند از:

  • حالت تهوع، استفراغ و اسهال
  • آب مروارید
  • ریزش مو
  • از دست دادن سلول‌های خونی

این شرایط اغلب خطر ابتلا به سرطان خون، سرطان، ناباروری و نقایص مادرزادی را افزایش می‌دهد.

دانشمندان و پزشکان هنوز در حال مطالعه بر روی بازماندگان بمب‌های پرتاب شده در ژاپن هستند و انتظار دارند نتایج بیشتری در طول زمان ظاهر شود.

در دهه ۱۹۸۰، دانشمندان اثرات احتمالی تسلیحات هسته‌ای (بمب‌های هسته‌ای بسیاری در نقاط مختلف جهان منفجر می‌شوند) را ارزیابی کردند و این نظریه را ارائه کردند که زمستان هسته‌ای (nuclear winter) ممکن است رخ دهد. در سناریوی زمستان هسته‌ای، انفجار بمب‌های زیاد باعث ایجاد ابر‌های بزرگی از غبار و مواد رادیواکتیو می‌شود که به اتمسفر زمین ‌می‌روند. این ابر‌ها جلوی نور خورشید را می‌گیرند.

کاهش سطح نور خورشید باعث کاهش دمای سطح سیاره و کاهش فتوسنتز توسط گیاهان و باکتری‌ها می‌شود. کاهش فتوسنتز زنجیره غذایی را مختل می‌کند و باعث انقراض دسته جمعی حیات (از جمله انسان) می‌شود. این سناریو شبیه به فرضیه سیارکی است که برای توضیح انقراض دایناسور‌ها ارائه شده است. طرفداران سناریوی زمستان هسته‌ای به ابر‌های گرد و غبار و زباله‌هایی اشاره کردند که پس از فوران‌های آتشفشانی کوه سنت‌هلن (St. Helens) در ایالات متحده و کوه پیناتوبو (Pinatubo) در فیلیپین، در سراسر کره زمین حرکت کردند.

تسلیحات هسته‌ای، قدرت تخریبی باورنکردنی و بلندمدتی دارند که بسیار فراتر از هدف اصلی حرکت می‌کند. به همین دلیل است که دولت‌های جهان در تلاشند تا گسترش فناوری و مواد ساخت بمب هسته‌ای را کنترل کنند و زرادخانه سلاح‌های هسته‌ای مستقر در دوران جنگ سرد را کاهش دهند. به همین دلیل هم هست که آزمایش‌های هسته‌ای انجام‌شده توسط کره شمالی و سایر کشور‌ها چنین واکنش شدیدی را از سوی جامعه بین‌المللی به دنبال داشت. بمباران هیروشیما و ناکازاکی ممکن است مربوط به چندین دهه گذشته باشد، اما تصاویر وحشتناک آن صبحِ سرنوشت‌ساز، مانند همیشه روشن و درخشان است.

شکل ۳. قربانی انفجار بمب اتمی در سال ۱۹۴۵ بر فراز ناکازاکی ژاپن، پوشیده از سوختگی پوست در اینجا دیده می‌شود. منبع: NATIONAL ARCHIVES/GETTY IMAGES
آینده خطرناک

در بیش از سه چهارم قرن، پس از حملات هسته‌ای به هیروشیما و ناکازاکی، جهان شاهد استفاده دیگری از سلاح‌های هسته‌ای نبوده است و تعداد سلاح‌های موجود در زرادخانه‌های هسته‌ای کشور‌ها به طرز چشمگیری کاهش یافته است. تعداد سلاح‌ها از اوج مقدار خود، یعنی عدد ۷۰۳۰۰ در سال ۱۹۸۶ به حدود ۱۲۷۰۰ در اوایل سال ۲۰۲۲ رسید. دو ابرقدرت هسته‌ای جهان، ایالات متحده کمی بیش از ۵۴۰۰ سلاح و روسیه نزدیک به ۶۰۰۰ سلاح در اختیار دارد. اگرچه ایالات متحده دارای تعداد بیشتری از سلاح‌های استراتژیک استقرار یافته (آمریکا ۱۶۴۴ و در مقابل روس‌ها، ۱۵۸۸ عدد) است. (منبع: فدراسیون دانشمندان آمریکایی).

شکل ۴. از ۱۲۷۰۰ مورد از ذخایر کلاهک هسته‌ای جهان، بیش از ۹۴۰۰ مورد در انبار نظامی برای استفاده موشک‌ها، هواپیما‌ها، کشتی‌ها و زیردریایی‌ها قرار دارد. منبع: HANS KRISTENSEN AND MATT KORDA/FEDERATION OF AMERICAN SCIENTISTS

خبر بد: این کاهش، عمدتاً نتیجه تلاش‌های کاهش تسلیحات در دهه ۱۹۹۰ است. در حالی که ایالات متحده به کاهش آهسته ذخایر هسته‌ای خود ادامه می‌دهد، تصور می‌شود که کشور‌های دیگر – چین، هند، کره شمالی، پاکستان، بریتانیا و احتمالاً روسیه – در حال افزایش ذخایر خود هستند (منبع: فدراسیون دانشمندان آمریکایی).

علاوه بر این، پیشرفت‌های تکنولوژیکی تهدید دیگری است که تضمین‌می‌کند سلاح‌های هسته‌ای جدید، حتی بالقوه مخرب‌تر از سلاح‌های گذشته باشند. به عنوان مثال، موشک‌های بالستیک ایالات متحده به طور فزاینده‌ای دارای حسگر‌های الکترونیکی پیچیده در نوک پوسته‌های فلزی خود هستند که به آن‌ها این توانایی را می‌دهد که دقیقاً در لحظه مناسب بر روی یک هدف منفجر شوند تا میزان بهینه تخریب را ایجاد کنند. چنین وسایلی ممکن است یک کلاهک هسته‌ای را قادر سازد که حتی یک تأسیسات عمیقاً مدفون شده مانند سیلو‌های موشکی زیرزمینی را نابود کند.

در حالی که چنین تسلیحاتی ممکن است دشمن را از اقدامات تهاجمی که منجر به پاسخ هسته‌ای می‌شود باز دارد، ولی کارشناسان استراتژی هسته‌ای نگرانند که دشمنان ممکن است ابتدا تصمیم بگیرند که حمله کنند، تا از خطر نابودی سلاح‌هایشان توسط یک حمله پیشگیرانه جلوگیری کنند (منبع: Smith).

سایر توسعه‌های بالقوه بی‌ثبات‌کننده: موشک‌های مافوق صوت هستند که سریع‌تر و قابل مانورتر از موشک‌های معمولی هستند و می‌توانند پاسخگویی به حمله را برای دشمن دشوار کنند – بنابراین خطر حمله اول را برای کشور مقابل افزایش می‌دهند (منبع: Zutt and Onderco).

یکی دیگر از نگرانی‌های آینده، انگیزه‌های تهاجمی رهبران جهان است، در عصری که هنجار‌ها فرسوده شده‌اند. به عنوان مثال، زمانی که ولادیمیر پوتین (Vladimir Putin)، رهبر روسیه، سعی کرد کشور‌های دیگر را از مداخله در تهاجم خود به اوکراین در سال ۲۰۲۲ منصرف کند، تهدید کرد که «با پیامد‌هایی که هرگز در تاریخ خود با آن مواجه نشده‌اید رو به رو خواهید شد» که برخی به عنوان هشداری در نظر گرفتند که او ممکن است به سلاح‌های هسته‌ای در این حمله متوسل شود. در پاسخ، ژان ایو لودریان (Jean-Yves Le Drian)، وزیر امور خارجه فرانسه گفت: « من فکر می‌کنم که ولادیمیر پوتین نیز باید درک کند که اتحاد آتلانتیک یک اتحاد هسته‌ای است. » (منبع Reuters).

نویسندگان: Craig Freudenrich, Ph.D. & Patrick J. Kiger

مترجم: فؤاد پورفائز

منبع: howstuffworks.com

این مطلب را به اشتراک بگذارید:

اشتراک در
اطلاع از
guest
0 نظرات
بازخورد (Feedback) های اینلاین
مشاهده همه دیدگاه ها