بمب اتمی سلاحی است كه نیروی آن از انرژی اتمی و بر اثر شكاف هسته (فیسیون ) اتمهای پلوتونیوم یا اورانیوم ایجاد می شود .در فرآیند شكافت هسته ای ، اتمهای ناپایدار شكافته و به اتمهایسبكتر تبدیل می شوند .
نخستین بمب از این نوع ، در سال 1945 م در ایالات نیو مكزیكو در ایالات متحده آمریكا آزمایش شد . این بمب ، انفجاری با قدرت 19كیلو تن ایجاد كرد ( یك كیلو تن برابر است با انرژی اتمی آزاد شده 190 تن ماده منفجره تی . ان . تی انفجار بمب اتمی موج بسیار نیرومند پرتوهای شدید نورانی ، تشعشعات نفوذ كننده اشعه گاما و نوترونها و پخش شدن مواد رادیو اكتیو را همراه دارد . انفجار بمب اتمی چندین هزار میلیارد كالری حرارت را در چند میلیونیوم ثانیه ایجاد می كند .
این دمای چند میلیون درجه ای با فشار بسیار زیاد تا فاصله 1200 متری از مركز انفجار به افراد بدون پوشش حفاظتی صدمه می زند و سبب مرگ و بیماری انسان و جانوران می شود . همچنین زمین ، هوا آب و همه چیز را به مواد رادیو اكتیو آلوده می كند .بمب های اتمی شامل نیروهای قوی و ضعیفی اند كه این نیروها هسته یك اتمرا 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 بهدو 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.
برای تولید یك بمب اتمیموارد زیر نیاز است:
یك منبع سوخت كه قابلیتشكافت یا همجوشی را داشته باشد.
دستگاهی كه همچون ماشهآغازگر 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 یكانفجار 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. اورانیوم235 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 اولیهاورانیوم 235 دارد. دو اتم جدیدبه 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 العادهای 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 تفاوتوزن نمایان گر تبدیل ماده به انرژی است كه به واسطهفرمول معروف mc2= E 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 اورانیومغنی 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 مقداركمی 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 % 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 آوردهشوند 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 مقدارماده 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 «چكاندنماشه» 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 شلیكمی 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 5.14كیلو تن برابر با 500.14 تن TNT بازده و 5.1% كارآیی داشت. یعنی پیش از انفجار تنها 5.1 % 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 بههمراه 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 حلكردند. بدین صورت، تكنیك«انفجار از درون» خلق شد. دستگاه انفجار درونی شاملیك كره از جنس اورانیوم 235و یك بخش به عنوان هسته است كه از پولوتونیوم 239 تشكیل شدهو با مواد منفجره احاطهشده 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 17 % 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 همنیمه 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 كهبیشتر پرتو به دست آمده ازیك 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 رخمی دهند:
1 - بمب شكافتی با انفجاردرونی 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 میشود. 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 ونوترون بیشتر، مناسب است.
9 - نوترون های آزاد شده از واكنش های همجوشی باعثالقای شكافت در قطعات اورانیوم 238 كه در سپر مورد نظر به كار رفته بود، می شود. 10- شكافت قطعات اروانیومی ایجاد گرماو پرتو بیشتر می كند.
10- بمب منفجر شود.
|
امتیاز مطلب : 0
|
تعداد امتیازدهندگان : 0
|
مجموع امتیاز : 0
عضو شوید
عضویت سریع
آمار مطالب
آمار بازدید
