مقدمه

پروتونها و نوترونها ، بسیار بزرگتر از الکترونها هستند و انرژی بیشتری هم دارند. مواد مختلف ، اتمهای مختلف دارند و اتمهای گوناگون نیز تعداد متفاوتی الکترون ، پروتون و نوترون دارند. بنابراین هنگامی که اتمهای اورانیوم که هسته‌های بزرگی دارند می‌شکنند و هسته‌هایشان به هسته‌های کوچکتری تبدیل می‌شوند، انرژی زیادی از خود آزاد می‌کنند. جالب اینکه وقتی هسته‌های کوچکتر باهم ترکیب می‌شوند و تشکیل هسته‌های بزرگتر می‌دهند باز هم مقداری انرژی تولید می‌شود.

این همان اتفاقی است یعنی چهار هسته هیدروژن باهم ترکیب می‌شوند و یک هسته هلیوم را بوجود می‌آورند و به این ترتیب مقدار بسیار زیادی انرژی تولید می‌شود. این همان انرژی هسته‌ای است، به این ترتیب انرژی عظیم هسته‌ای شناخته شد. اما یک مشکل برای استفاده از انرژی هسته‌ای وجود داشت. نفت و امثال آن به آسانی و با سرعت می‌سوزند و انرژی تولید می‌کنند، در حالی که انرژی تولید شده از هسته زمان زیادی را به خود اختصاص می‌دهد. اگر می‌شد این زمان کوتاه کرد، آن وقت انرژی بسیار عظیمی در دسترس بشر قرار می‌گرفت.

شکافت هسته‌ای

مدتی بعد دانشمندان به واکنش جالبی دست یافتند. وقتی که هسته اتم اورانیوم می‌شکند 2 یا 3 نوترون تولید می‌کند. حال فرض کنید که هر یک اتم اورانیوم بشکند و 2 نوترون ایجاد کند و هر کدام از نوترونهای تولید شده به هسته اتم اورانیوم دیگر برخورد کنند، در این صورت این بار دو اتم اورانیوم شکسته می‌شوند و چهار نوترون تولید می‌شود و اگر این واکنشها ادامه داشته باشند، تا زمانی که اتمهای اورانیوم در معرض نوترونها باشند و هسته آنها مورد اصابت قرار بگیرد. میزان انرژی ، به صورت تصاعدی افزایش خواهد یافت و در مدت کم ، انرژی عظیمی تولید خواهد شد.

در واقع هر اتم شکسته شده ، اتمهای دیگر را خواهد شکست و واکنشهای هسته‌ای به صورت زنجیری به هم متصل خواهند شد. این واکنشها را واکنشهای زنجیره‌ای می‌نامند و از سرعت بسیار بالایی نیز برخوردار هستند. اما این انرژی می‌تواند برای تخریب بکار رود؟! پاسخ مثبت است. در زمان جنگ دوم دانشمندان زیادی در آمریکا گرد هم آمدند و کار خود را برای استفاده از این انرژی عظیم ، که ثمره سالها تلاش و پژوهش دانشمندان بود، در ساخت یک بمب آغاز کردند. این بمب که بمب هسته‌ای نام گرفت در عرض مدت کوتاهی ساخته شد، ولی کاربردی غیر انسانی پیدا کرد و در تاریخ ششم اوت 1945 در شهر هیروشیمای ژاپن منجر شد. بمب دوم دو روز بعد بر روی شهر ناکازاکی منفجر گردید و ژاپن تسلیم شد.

استفاده صلح آمیز از انرژی هسته‌ای

البته تسکین هسته اتم ، تنها در ساختن بمب مورد استفاده قرار نمی‌گیرد. اگر شکستن اتمها می‌توانست با کنترل انجام بگیرد، می‌شد، از انرژی بدست آمده در راه مثبت استفاده کرد. دانشمندان سرانجام توانستند تعداد نوترونهای تولید شده را تحت کنترل خود در بیاورند و به این ترتیب ، رآکتورهای هسته‌ای کار خود را آغاز کردند و نیروی عظیم اتم حتی در امر تولید نیروی محرکه زیر دریاییها و کشتیها نیز وارد شد. تنها یک مشکل باقی مانده بود، اگر روزی اورانیوم موجود به اتمام می‌رسید به چه صورت می‌شد که رآکتورهای هسته‌ای را ادامه داد؟! دانشمندان پاسخ این سوال را نیز با تلاش فراوان دریافتند. مواد دیگری بودند که همچون اورانیوم قابل شکستن بودند. همچنین آنها توانستند با استفاده از نیروی بدست آمده بوسیله خود رآکتورها ، اتمهای دیگر را نیز قابل شکستن کنند.

به این ترتیب مشکل کمبود سوخت رآکتورها نیز حل شد. اما مدتی بعد مشکلی دیگر سر برآورد. اتمهای شکسته شده باقی مانده بطور مداوم پرتوهای رادیواکتیویته تولید می‌کردند و این مشکلی است که همچنان انسان امروزی با آن دست به گریبان است. به این مواد زباله‌های هسته‌ای می‌گویند و در حال حاضر یکی از اساسی‌ترین مشکلاتی که بر سر راه حفظ محیط زیست وجود دارد دفن همین زباله‌های هسته است.

عکس پیدا نشد

ساختمان و سوخت بمب شکافتی

در یک بمب شکافتی ، سوخت بکار رفته را باید در توده‌هایی که وضعیت «زیر آستانه بحران» دارند، نگه داشت. این کار برای جلوگیری از انفجار نارس و زود هنگام ضروری است. تعریف توده‌ای که در وضعیت «آستانه بحران» قرار داد چنین است: حداقل توده از یک ماده با قابلیت شکافت که برای رسیدن به واکنش شکافت هسته‌ای لازم است. این جدا سازی مشکلات زیادی را برای طراحی یک بمب شکافتی با خود به همراه می‌آورد که باید حل شود.

• دو یا بیشتر از دو توده «زیر آستانه بحران» برای تشکیل توده «ورای آستانه بحران» باید در کنار هم آورده شوند که در این صورت موقع انفجار به نوترون بیش از آنچه که هست برای رسیدن به یک واکنش شکافتی ، نیاز پیدا خواهد شد.
  
  
• نوترونهای آزاد باید در یک توده «ورای آستانه بحران» القا شوند تا شکافت آغاز شود.
  
  
• برای جلوگیری از ناکامی بمب باید هر مقدار ماده که ممکن است پیش از انفجار وارد مرحله شکافت شود، برای تبدیل توده‌های «زیر آستانه بحران» به توده‌هایی «ورای آستانه بحران» از دو تکنیک «چکاندن ماشه» و «انفجار از درون» استفاده می‌شود. تکنیک «چکاندن ماشه» ساده‌ترین راه برای آوردن توده‌های «زیر بحران» به همدیگر است. بدین صورت که یک تفنگ توده‌ای را به توده دیگر شلیک می‌کند. یک کره تشکیل شده از ²³⁵U به دور یک مولد نوترون ساخته می‌شود. گلوله‌ای از ²³⁵U در یک انتهای تیوپ درازی که پشت آن مواد منفجره جاسازی شده ، قرار داده می‌شود. کره یاد شده در انتهای دیگر تیوپ قرار می‌گیرد. یک حسگر حساس به فشار ارتفاع مناسب را برای انفجار چاشنی و بروز حوادث زیر تشخیص می‌دهد:

1. انفجار مواد منفجره و در نتیجه شلیک گلوله در تیوپ
2. برخورد گلوله به کره و مولد و در نتیجه آغاز واکنش شکافت
3. انفجار بمب

بمب ناکازاکی

انفجار ناکازاکی و هیروشیما

در «پسر بچه» بمبی که در سالهای پایانی جنگ جهانی دوم بر شهر هیروشیما انداخته شد، تکنیک «چکاندن ماشه» بکار رفته بود. این بمب 14.5 کیلو تن برابر با 14500 تن TNT بازده و 1.5 درصد کارآیی داشت. یعنی پیش از انفجار تنها 1.5 درصد از ماده مورد نظر شکافت پیدا کرد. در همان ابتدای «پروژه منهتن» ، برنامه سری آمریکا در تولید بمب اتمی ، دانشمندان فهمیدند که فشردن توده‌ها به همدیگر و به یک کره با استفاده از انفجار درونی می‌تواند راه مناسبی برای رسیدن به توده «ورای آستانه بحران» باشد.

البته این تفکر مشکلات زیادی به همراه داشت. به خصوص این مسئله مطرح شد که چگونه می‌توان یک موج شوک را بطور یکنواخت ، مستقیما طی کره مورد نظر ، هدایت و کنترل کرد؟ افراد تیم پروژه «منهتن» این مشکلات را حل کردند. بدین صورت ، تکنیک «انفجار از درون» خلق شد. دستگاه انفجار درونی شامل یک کره از جنس ²³⁵U و یک بخش به عنوان هسته است که از ²³⁹Pu تشکیل شده و با مواد منفجره احاطه شده است. وقتی چاشنی بمب به کار بیفتد حوادث زیر رخ می‌دهند:

1. انفجار مواد منفجره موج شوک ایجاد می‌کند.
2. موج شوک بخش هسته را فشرده می‌کند.
3. فرآیند شکافت شروع می‌شود.
4. بمب منفجر می‌شود.

در «مرد گنده» بمبی که در سالهای پایانی جنگ جهانی دوم بر شهر ناکازاکی انداخته شد، تکنیک «انفجار از درون» به کار رفته بود. بازده این بمب 23 کیلو تن و کارآیی آن 17درصد بود. شکافت معمولا در 560 میلیاردم ثانیه رخ می‌دهد.

مباحث مرتبط با عنوان

• اورانیوم
• بمب هسته‌ای
• بمب هیدروژنی
• تاریخچه بمب اتمی
• شکافت هسته‌ای
• فرآیند انفجار بمب همجوشی
• همجوشی هسته‌ای