آخرین خبرها

گروه ایران ناز

مراحل ساخت یك بمب هسته ای (اتمی)

مراحل ساخت یك بمب هسته ای (اتمی)
بمب های اتمی شامل نیروهای قوی و ضعیفی اند كه این نیروها هسته یك اتم را به ویژه اتم هایی كه هسته های ناپایداری دارند، در جای خود نگه می دارند. اساسا دو شیوه بنیادی برای آزادسازی انرژی از یك اتم وجود دارد:

1- شكافت هسته ای: می توان هسته یك اتم را با یك نوترون به دو جزء كوچك تر تقسیم كرد. این همان شیوه ای است كه در مورد ایزوتوپ های اورانیوم (یعنی اورانیوم 235 و اورانیوم 233) به كار می رود.

2- همجوشی هسته ای: می توان با استفاده از دو اتم كوچك تر كه معمولا هیدروژن یا ایزوتوپ های هیدروژن (مانند دوتریوم و تریتیوم) هستند، یك اتم بزرگ تر مثل هلیوم یا ایزوتوپ های آن را تشكیل داد. این همان شیوه ای است كه در خورشید برای تولید انرژی به كار می رود. در هر دو شیوه یاد شده میزان عظیمی انرژی گرمایی و تشعشع به دست می آید.

برای تولید یك بمب اتمی موارد زیر نیاز است:

– یك منبع سوخت كه قابلیت شكافت یا همجوشی را داشته باشد.

– دستگاهی كه همچون ماشه آغازگر حوادث باشد.

– راهی كه به كمك آن بتوان بیشتر سوخت را پیش از آنكه انفجار رخ دهد دچار شكافت یا همجوشی كرد.

در اولین بمب های اتمی از روش شكافت استفاده می شد. اما امروزه بمب های همجوشی از فرآیند همجوشی به عنوان ماشه آغازگر استفاده می كنند.

بمب های شكافتی (فیزیونی):

یك بمب شكافتی از ماده ای مانند اورانیوم 235 برای خلق یك انفجار هسته ای استفاده می كند. اورانیوم 235 ویژگی منحصر به فردی دارد كه آن را برای تولید هم انرژی هسته ای و هم بمب هسته ای مناسب می كند. اورانیوم 235 یكی از نادر موادی است كه می تواند زیر شكافت القایی قرار بگیرد.اگر یك نوترون آزاد به هسته اورانیوم 235 برود،هسته بی درنگ نوترون را جذب كرده و بی ثبات شده در یك چشم به هم زدن شكسته می شود. این باعث پدید آمدن دو اتم سبك تر و آزادسازی دو یا سه عدد نوترون می شود كه تعداد این نوترون ها بستگی به چگونگی شكسته شدن هسته اتم اولیه اورانیوم 235 دارد. دو اتم جدید به محض اینكه در وضعیت جدید تثبیت شدند از خود پرتو گاما ساطع می كنند. درباره این نحوه شكافت القایی سه نكته وجود دارد كه موضوع را جالب می كند.

1- احتمال اینكه اتم اورانیوم 235 نوترونی را كه به سمتش است، جذب كند، بسیار بالا است. در بمبی كه به خوبی كار می كند، بیش از یك نوترون از هر فرآیند فیزیون به دست می آید كه خود این نوترون ها سبب وقوع فرآیندهای شكافت بعدی اند. این وضعیت اصطلاحا «ورای آستانه بحران» نامیده می شود.

2 – فرآیند جذب نوترون و شكسته شدن متعاقب آن بسیار سریع و در حد پیكو ثانیه (12- 10 ثانیه) رخ می دهد.

3 – حجم عظیم و خارق العاده ای از انرژی به صورت گرما و پرتو گاما به هنگام شكسته شدن هسته آزاد می شود.

انرژی آزاد شده از یك فرآیند شكافت به این علت است كه محصولات شكافت و نوترون ها وزن كمتری از اتم اورانیوم 235 دارند. این تفاوت وزن نمایان گر تبدیل ماده به انرژی است كه به واسطه فرمول معروف E=mc2 محاسبه می شود. حدود نیم كیلوگرم اورانیوم غنی شده به كار رفته در یك بمب هسته ای برابر با چندین میلیون گالن بنزین است. نیم كیلوگرم اورانیوم غنی شده انداز ه ای معادل یك توپ تنیس دارد. در حالی كه یك میلیون گالن بنزین در مكعبی كه هر ضلع آن 17 متر (ارتفاع یك ساختمان 5 طبقه) است، جا می گیرد. حالا بهتر می توان انرژی آزاد شده از مقدار كمی اورانیوم 235 را متصور شد.برای اینكه این ویژگی های اروانیوم 235 به كار آید باید اورانیوم را غنی كرد. اورانیوم به كار رفته در سلاح های هسته ای حداقل باید شامل نود درصد اورانیوم 235 باشد.در یك بمب شكافتی، سوخت به كار رفته را باید در توده هایی كه وضعیت «زیر آستانه بحران» دارند، نگه داشت. این كار برای جلوگیری از انفجار نارس و زودهنگام ضروری است. تعریف توده ای كه در وضعیت «آستانه بحران» قرار داد چنین است: حداقل توده از یك ماده با قابلیت شكافت كه برای رسیدن به واكنش شكافت هسته ای لازم است. این جداسازی مشكلات زیادی را برای طراحی یك بمب شكافتی با خود به همراه می آورد كه باید حل شود.

1 – دو یا بیشتر از دو توده «زیر آستانه بحران» برای تشكیل توده «ورای آستانه بحران» باید در كنار هم آورده شوند كه در این صورت موقع انفجار به نوترون بیش از آنچه كه هست برای رسیدن به یك واكنش شكافتی، نیاز پیدا خواهد شد.

2 – نوترون های آزاد باید در یك توده «ورای آستانه بحران» القا شوند تا شكافت آغاز شود.

3 – برای جلوگیری از ناكامی بمب باید هر مقدار ماده كه ممكن است پیش از انفجار وارد مرحله شكافت شود برای تبدیل توده های «زیر آستانه بحران» به توده هایی «ورای آستانه بحران» از دو تكنیك «چكاندن ماشه» و «انفجار از درون» استفاده می شود.تكنیك «چكاندن ماشه» ساده ترین راه برای آوردن توده های «زیر بحران» به همدیگر است. بدین صورت كه یك تفنگ توده ای را به توده دیگر شلیك می كند. یك كره تشكیل شده از اورانیوم 235 به دور یك مولد نوترون ساخته می شود. گلوله ای از اورانیوم 235 در یك انتهای تیوپ درازی كه پشت آن مواد منفجره جاسازی شده، قرار داده می شود.كره یاد شده در انتهای دیگر تیوپ قرار می گیرد. یك حسگر حساس به فشار ارتفاع مناسب را برای انفجار چاشنی و بروز حوادث زیر تشخیص می دهد:

1 – انفجار مواد منفجره و در نتیجه شلیك گلوله در تیوپ

2 – برخورد گلوله به كره و مولد و در نتیجه آغاز واكنش شكافت

3- انفجار بمب

در «پسر بچه» بمبی كه در سال های پایانی جنگ جهانی دوم بر شهر هیروشیما انداخته شد، تكنیك «چكاندن ماشه» به كار رفته بود. این بمب 5/14 كیلو تن برابر با 500/14 تن TNT بازده و 5/1 درصد كارآیی داشت. یعنی پیش از انفجار تنها 5/1 درصد ازماده مورد نظر شكافت پیدا كرد.

در همان ابتدای «پروژه منهتن»، برنامه سری آمریكا در تولید بمب اتمی، دانشمندان فهمیدند كه فشردن توده ها به همدیگر و به یك كره با استفاده از انفجار درونی می تواند راه مناسبی برای رسیدن به توده «ورای آستانه بحران» باشد. البته این تفكر مشكلات زیادی به همراه داشت. به خصوص این مسئله مطرح شد كه چگونه می توان یك موج شوك را به طور یكنواخت، مستقیما طی كره مورد نظر، هدایت و كنترل كرد؟افراد تیم پروژه «منهتن» این مشكلات را حل كردند. بدین صورت، تكنیك «انفجار از درون» خلق شد. دستگاه انفجار درونی شامل یك كره از جنس اورانیوم 235 و یك بخش به عنوان هسته است كه از پولوتونیوم 239 تشكیل شده و با مواد منفجره احاطه شده است. وقتی چاشنی بمب به كار بیفتد حوادث زیر رخ می دهند:

1- انفجار مواد منفجره موج شوك ایجاد می كند.

2 – موج شوك بخش هسته را فشرده می كند.

3 – فرآیند شكافت شروع می شود.

4 – بمب منفجر می شود.

در «مرد گنده» بمبی كه در سال های پایانی جنگ جهانی دوم بر شهر ناكازاكی انداخته شد، تكنیك «انفجار از درون» به كار رفته بود. بازده این بمب 23 كیلو تن و كارآیی آن 17درصد بود.شكافت معمولا در 560 میلیاردم ثانیه رخ می دهد.

بمب های همجوشی:

بمب های همجوشی كار می كردند ولی كارآیی بالایی نداشتند. بمب های همجوشی كه بمب های «ترمونوكلئار» هم نامیده می شوند، بازده و كارآیی به مراتب بالاتری دارند. برای تولید بمب همجوشی باید مشكلات زیر حل شود: دوتریوم و تریتیوم مواد به كار رفته در سوخت همجوشی هر دو گازند و ذخیره كردنشان دشوار است. تریتیوم هم كمیاب است و هم نیمه عمر كوتاهی دارد بنابراین سوخت بمب باید همواره تكمیل و پر شود.دوتریوم و تریتیوم باید به شدت در دمای بالا برای آغاز واكنش همجوشی فشرده شوند. در نهایت «استانسیلا اولام» دریافت كه بیشتر پرتو به دست آمده از یك واكنش فیزیون، اشعه X است كه این اشعه X می تواند با ایجاد درجه حرارت بالا و فشار زیاد مقدمات همجوشی را آماده كند.

بنابراین با به كارگیری بمب شكافتی در بمب همجوشی مشكلات بسیاری حل شد. در یك بمب همجوشی حوادث زیر رخ می دهند:

1 – بمب شكافتی با انفجار درونی ایجاد اشعه X می كند.

2 – اشعه X درون بمب و در نتیجه سپر جلوگیری كننده از انفجار نارس را گرم می كند.

3 – گرما باعث منبسط شدن سپر و سوختن آن می شود. این كار باعث ورود فشار به درون لیتیوم – دوتریوم می شود.

4 – لیتیوم – دوتریوم 30 برابر بیشتر از قبل تحت فشار قرار می گیرند.

5 – امواج شوك فشاری واكنش شكافتی را در میله پولوتونیومی آغاز می كند.

6 – میله در حال شكافت از خود پرتو، گرما و نوترون می دهد.

7 – نوترون ها به سوی لیتیوم – دوتریوم رفته و با چسبیدن به لیتیوم ایجاد تریتیوم می كند.

8 – تركیبی از دما و فشار برای وقوع واكنش همجوشی تریتیوم – دوتریوم ودوتریوم – دوتریوم و ایجاد پرتو، گرما و نوترون بیشتر، بسیار مناسب است.

9 – نوترون های آزاد شده از واكنش های همجوشی باعث القای شكافت در قطعات اورانیوم 238 كه در سپر مورد نظر به كار رفته بود، می شود.

10 – شكافت قطعات اروانیومی ایجاد گرما و پرتو بیشتر می كند.

11 – بمب منفجر شود.



 

جهت عضویت در سایت ایران ناز کلیک کنید

جهت عضویت در سایت ایران ناز کلیک کنید

Scroll To Top