بمب هیدروژنی چگونه کار می نماید؟ - وبلاگ ساعت زنانه

به گزارش وبلاگ ساعت زنانه، اولین سلاح هسته ای دنیا - بمب اتم - در سال 1945 شهر های هیروشیما و ناکازاکی ژاپن را ویران کرد. قدرت این بمب ها به ترتیب معادل 16 کیلوتن (16،000 تن) و 21 کیلوتن تی ان تی بود و باعث کشته شدن صد ها هزار نفر در اثر انفجار و اثرات رادیواکتیو شد.

اما تنها هفت سال پس از رها کردن بمب های اتمی بر فراز شهر های ژاپن، ایالات متحده سلاح هسته ای قدرتمندتری را آزمایش کرد: بمب هیدروژنی. بمب هیدروژنی که به عنوان بمب گرماهسته ای نیز شناخته می گردد، می تواند نیروی انفجاری صد ها یا حتی هزاران برابر بزرگ تر از بمب اتمی ایجاد کند. اما بمب هیدروژنی چگونه دارای چنین قدرت بزرگی است. بمب های هیدروژنی از همان نوع انرژی بهره می برند که به خورشید قدرت می دهد.

بمب های اتمی برای ایجاد قدرت خود به شکافت هسته ای - شکافت اتم ها - متکی هستند. اما نیروی اصلی پشت قدرت یک بمب هیدروژنی، نقطه مقابل شکافت - همجوشی هسته ای، همجوشی یا اتصال اتم ها است. بمب های گرماهسته ای از دو ایزوتوپ هیدروژن - دوتریوم و تریتیوم - برای سوخت خود استفاده می نمایند، از این رو نام بمب هیدروژنی به آن ها اطلاق می گردد.

زایجینگ سان، فیزیکدان هسته ای در دانشگاه نوادا در لاس وگاس می گوید: در همجوشی، عناصر سبک، تحت دما و فشار شدیدی قرار می گیرند و با ترکیب یا همجوشی، عناصر سنگین تری را تشکیل می دهند و مقادیر بسیار زیادی انرژی در این فرآیند آزاد می نمایند.

به ادعای روزنامه سان، بر حسب جرم مشابه سوخت، واکنش های همجوشی انرژی بسیار بیشتری در مقایسه با شکافت هسته ای آزاد می نمایند. فرآیند همجوشی در همه جای دنیا هستی وجود دارد - این فرآیند همان چیزی است که به خورشید قدرت می بخشد. اما به گفته سان دستیابی به همجوشی هسته ای در زمین به علت دما و فشار بالای مورد نیازش، بسیار چالش برانگیز است.

به علت همین چالش بود که ساخت بمب هیدروژنی برای دانشمندان بیشتر از ساخت بمب اتمی طول کشید. در نهایت، دانشمندان برای دستیابی به همجوشی، به شکافت روی آوردند. بدین ترتیب نیروی بمب هیدروژنی هم از شکافت و هم از همجوشی حاصل می گردد.

برای شروع واکنش همجوشی، بمب هیدروژنی از دو مرحله تشکیل شده است: مرحله اولیه و مرحله ثانویه. در مرحله اولیه، برای ایجاد واکنش شکافت، اورانیوم یا پلوتونیوم با مواد منفجره شیمیایی - درست مانند یک بمب اتمی - منفجر می شوند. اشعه های ایکس قدرتمند ایجاد شده به وسیله واکنش شکافت، از محفظه اورانیوم بمب منعکس می شوند که آن ها را به سمت مرحله ثانویه راهنمایی می نماید.

گرمای حاصل از این واکنش به دمایی تا 100 میلیون درجه سلسیوس می رسد که حدود چهار برابر داغ تر از هسته خورشید و به میزان کافی داغ است تا فرآیند همجوشی در مرحله دوم را شروع کند. بخش غالب انرژی بمب در مرحله دوم آزاد می گردد، جایی که گرما و فشار شدید ناشی از انفجار شکافت، دوتریوم و تریتیوم را با هم ترکیب می نماید.

بعلاوه فشار زیاد، سوخت همجوشی را در اطراف شمع جرقه اورانیوم یا پلوتونیوم فشرده می نماید که شروع به شکافت می نماید و سوخت را بیش از پیش داغ می نماید و واکنش همجوشی را کارآمدتر می سازد.

و بعد از همه اینها، هنوز یک انفجار دیگر به جای مانده است. انرژی بزرگ حاصل از واکنش همجوشی باعث آزاد شدن نوترون ها می گردد - ذرات زیر اتمی که معمولاً درون هسته های اتم ها زندگی می نمایند، اما در این مورد از خانه های خود جدا شده و آزاد می شوند.

نوترون ها آزاد هستند تا به لایه ای از پوشش اورانیوم که سوخت همجوشی را احاطه نموده است، برخورد نمایند - که واکنش شکافت دیگری را شروع می نماید و بیش از نیمی از کل نیروی انفجاری بمب را به خود اختصاص می دهد. این ترکیب از واکنش های شکافت و همجوشی تقریباً به صورت آنی رخ می دهد و نیروی مخرب بزرگ یک بمب هیدروژنی را ایجاد می نماید.

در تئوری، یک بمب هیدروژنی می تواند از بیش از دو مرحله استفاده کند - انفجار مرحله دوم می تواند برای مشتعل کردن همجوشی در مقادیر بیشتری سوخت در هر مرحله بعدی استفاده گردد. در واقع، اعتقاد بر این است که بزرگ ترین بمبی که تا به امروز ساخته شده است - بمب تزار - یک بمب همجوشی سه مرحله ای بوده است.

بمب تزار که در سال 1961 به وسیله اتحاد جماهیر شوروی منفجر شد، یک انفجار 50 مگاتنی ایجاد کرد - تقریبا 1،500 برابر قوی تر از بمب های اتمی که بر روی هیروشیما و ناکازاکی ریخته شد، و بیش از 40 برابر قوی تر از بزرگ ترین سلاح هسته ای در زرادخانه کنونی آمریکا. این بمب یک گلوله آتشین بزرگ به شعاع حدود 10 کیلومتر ایجاد کرد و ابر قارچی حاصل از آن بیش از 67 کیلومتر ارتفاع و 96 کیلومتر عرض داشت.

چرا دانشمندان به فکر ساختن بمب هیدروژنی افتادند؟

در اوایل سال 1942، فیزیکدانانی مانند جی. رابرت اوپنهایمر دریافتند که انرژی حاصل از همجوشی هسته ای می تواند سلاحی بسیار قدرتمند ایجاد کند. اما توسعه بمب شکافت اتمی به عنوان بخشی از پروژه منهتن زمانی در اولویت نهاده شد که اوپنهایمر آزمایشگاه لوس آلاموس را در طول جنگ دنیای دوم اداره می کرد.

با این حال، گروهی از فیزیکدانان در لوس آلاموس به کار روی ایده بمب همجوشی ادامه دادند و کار آن ها پس از خاتمه جنگ دنیای دوم ادامه یافت. در سال 1949، پس از آنکه اتحاد جماهیر شوروی بمب شکافتی خود را - بسیار زودتر از آنچه فیزیکدانان آمریکایی و مقامات دولتی انتظار داشتند - تست کرد، بحث ها در خصوص تسریع توسعه بمب هیدروژنی به طور جدی شروع شد.

بعضی فیزیکدانان از جمله اوپنهایمر که نگران پتانسیل مخرب بسیار بیشتر بمب های هیدروژنی در مقایسه با بمب های اتمی بودند، با توسعه آن ها مخالفت کردند. انریکو فرمی و ایزیدور ایزاک رابی در گزارشی به کمیسیون انرژی اتمی چنین نوشته اند:

ضرورتاً چنین سلاحی بسیار فراتر از هر هدف نظامی است و وارد محدوده فجایع طبیعی بسیار بزرگ می گردد. این سلاح ذاتاً نمی تواند به یک هدف نظامی محدود گردد بلکه به سلاحی تبدیل می گردد که در عمل تقریباً یک نوع از نسل کشی است.

با این حال، در سال 1950، در بحبوحه تنش های فزاینده اوایل جنگ سرد، رئیس جمهور هری اس. ترومن استفاده از منابع بیشتر برای تسریع توسعه بمب هیدروژنی را تایید کرد. در آن موقع هنوز چالش های فنی برای مهار همجوشی برای ساخت یک بمب وجود داشت. اما موفقیت اصلی در سال 1951 به دست آمد: ادوارد تلر، فیزیکدانی که روی پروژه منهتن کار می کرد و یکی از حامیان سرسخت توسعه بمب هیدروژنی بود، به همراه استانیسلا اولام، طرحی عملی برای ساخت بمب هیدروژنی ایجاد کردند.

این طرح، مفهوم مرحله بندی و استفاده از انرژی اشعه ایکس برای فعال کردن همجوشی را معرفی کرد. روش آن ها هنوز هم در سلاح های گرماهسته ای مدرن استفاده می گردد. طرح تلر - اولام طرحی کلاسیک بوده و ممکن است تنها راه کارآمد برای ساخت بمب هیدروژنی باشد. تلر به خاطر پشتیبانی شدیدش از بمب هیدروژنی و نقشش در طراحی این سلاح، اغلب به عنوان پدر بمب هیدروژنی شناخته می گردد.

در 1 نوامبر 1952، ایالات متحده اولین بمب هیدروژنی را در انوتک آتول در جزایر مارشال منفجر کرد. این بمب که مایک نام داشت، انرژی معادل 10 مگاتن یا 10 میلیون تن TNT فراوری کرد.

آزمایش های بمب هیدروژنی ادامه یافت و در سال 1954 آمریکا بزرگ ترین بمب خود را با نام کسل براوو (Castle Bravo) آزمایش کرد که یک انفجار 15 مگاتنی بر فراز جزیره مرجانی بیکینی بود. این انفجار بیش از 1،000 برابر قوی تر از بمب اتمی بود که روی شهر هیروشیما انداخته شد.

این انفجار بسیار بزرگ تر از آن چیزی بود که دانشمندان انتظارش را داشتند و در شرایطی که یک مورخ سلاح های هسته ای آن را بزرگ ترین فاجعه رادیولوژیکی در تاریخ آمریکا می نامد، مقادیر زیادی پرتو به جو آزاد کرد.

بارش اتمی بر روی بعضی از جزایر مسکونی، که باید تخلیه می شدند، و بعلاوه یک قایق ماهیگیری ژاپنی به نام اژد های خوش شانس که 86 مایل دورتر بود، را تحت تاثیر قرار داد. هر 23 خدمه این کشتی دچار تشعشعات اتمی شدند و یکی از آن ها چند ماه بعد درگذشت.

اژد های خوش شانس هیچ رادیویی نداشت بنابراین هشدار های پخش شده برای دور ماندن از منطقه اطراف بیکینی آتول را نشنیده بودند. خدمه کشتی که نمی دانستند باران سفیدی که بر آن ها می بارید، ناشی از انفجار هسته ای است، به ژاپن سفر کردند. همه آن ها در این سفر یک هفته ای بسیار بیمار شدند و ماهی های دارای تشعشع آن ها وارد بازار ژاپن شد. داستان اژد های خوش شانس به شدت به وسیله مطبوعات بین المللی پوشش داده شد و خطر عواقب هسته ای را پیش چشم عموم قرار داد.

آزمایش های تسلیحات هسته ای بر فراز جزایر مارشال تا سال 1958 ادامه یافت. در مجموع، آمریکا 67 آزمایش هسته ای در نزدیکی این جزایر انجام داد. این آزمایش ها بعضی از ساکنان محلی را مجبور به تغییر مکان کرد و اثرات منفی بهداشتی - از جمله افزایش خطر سرطان و نقص های مادرزادی - ایجاد کرد و محیط زیست را آلوده کرد.

در سال 1963، ایالات متحده، بریتانیا و اتحاد جماهیر شوروی پیمان منع آزمایش محدود را امضا کردند و آزمایش های هسته ای در جو، زیر آب یا در فضای بیرونی را ممنوع کردند. این در حالی است که ذخایر سلاح های هسته ای دنیا - که بسیاری از آن ها بمب های هیدروژنی هستند - حدود 12،500 کلاهک هسته ای را شامل می گردد و آمریکا و روسیه 89 درصد از این زرادخانه را در اختیار دارند.

منبع: روزیاتو