بمب اتم به زبان ساده؛ از روش انفجار و شدت تخریب تا تفاوت با بمب هیدروژنی

فرارو- بابک زمانی؛ بمب اتم که به آن «بمب اتمی» یا «بمب هسته‌ای» نیز گفته می‌شود، سلاحی است با قدرت انفجاری بزرگ که ناشی از آزادسازی و انتشار ناگهانی انرژی در هنگام شکافت هسته‌های یک عنصر سنگین مانند پلوتونیوم یا اورانیوم است.

*اولین آزمایش بمب اتمی، در نزدیکی Alamogordo، نیومکزیکو، ۱۶ ژوئیه ۱۹۴۵. آزمایشگاه ملی جاک آبی / لوس آلاموس، صورت پذیرفت.

یک اتم، در ساده‌ترین مدل، از یک هسته و الکترون‌های در حال چرخش تشکیل می‌شود. خود هسته از پروتون و نوترون ساخته شده است. پروتون‌ها دارای بار مثبت هستند، نوترون‌ها در کل فاقد بار بوده و الکترون‌ها بار منفی دارند. نسبت پروتون به الکترون همیشه یک به یک است به طوری که اتم به عنوان یک مجموعه، بار خنثی دارد. به عنوان مثال، یک اتم کربن، ۶ پروتون و ۶ الکترون دارد.

بعضی از عناصر، ناپایدار هستند و مدام در حال فعل و انفعال و واکنش هستند. عناصری مانند اورانیوم، پلوتونیم، رادیوم و... از این دست هستند.

 

هنگامی که تحت شرایطی خاص، یک نوترون به هسته‌ی اتمِ ایزوتوپ‌های اورانیوم-۲۳۵ یا پلوتونیوم-۲۳۹ برخورد می‌کند، باعث می‌شود که هسته به دو قطعه تقسیم شود، که هر یک هسته‌ای با حدود نیمی از پروتون‌ها و نوترون‌های هسته اصلی خواهند بود. در فرآیند تقسیم، مقدار زیادی انرژی حرارتی و همچنین پرتو‌های گاما و دو یا چند نوترون آزاد می‌شوند.

 

تحت شرایط خاص، نوترون‌های آزاد شده، هسته‌های اورانیوم‌های اطراف را می‌شکافند، که در به همان صورت نوترون‌های بیشتری منتشر آزاد می‌شوند و در نتیجه هسته‌های بیشتری نیز شکافته می‌شوند. این سلسله از شکافت‌های با سرعت زیاد در یک واکنش زنجیره‌ای رخ می‌دهد و باعث می‌شود که تقریباً تمام مواد شکافت پذیر مصرف شود. در این فرآیند تولید انفجار، آنچه که ما به عنوان یک بمب اتمی می‌شناسیم، حاصل می‌شود. یعنی آزاد سازی مقدار بی‌نهایت زیادی انرژی گرمایی و پرتوی خطرناک و مخرب گاما، در کسری از ثانیه.

انرژی هسته‌ای به دو روش تولید می‌شود:
۱- شکافت هسته‌ای: در این روش هسته یک اتم توسط یک نوترون به دو بخش کوچکتر تقسیم می‌شود. در این روش غالباً از عنصر اورانیوم استفاده می‌شود.

۲- گداخت هسته‌ای: در این روش که در سطح خورشید هم اجرا می‌شود، معمولاً هیدروژن‌ها با برخورد به یکدیگر تبدیل به هلیوم می‌شوند و در این تبدیل، انرژی بسیار زیادی بصورت نور و گرما تولید می‌شود

 

۱- بمب هسته‌ای (پسر کوچک) که روی شهر هیروشیما و در سال ۱۹۴۵ منفجر شد.
۲- بمب هسته‌ای (مرد چاق) که روی شهر ناکازاکی و در سال ۱۹۴۵ منفجر شد.

۱- بمب گداخت هسته‌ای که در ایسلند بصورت آزمایشی در سال ۱۹۵۲ منفجر شد.

بمب‌های شکافت هسته‌ای از یک عنصر شبیه اورانیوم ۲۳۵ برای انفجار هسته‌ای استفاده می‌کنند. این عنصر از معدود عناصری است که جهت ایجاد انرژی بمب هسته‌ای استفاده می‌شود. این عنصر خاصیت جالبی دارد: هرگاه یک نوترون آزاد با هسته این عنصر برخورد کند، هسته به سرعت نوترون را جذب می‌کند و اتم به سرعت متلاشی می‌شود. نوترون‌های آزاد شده از متلاشی شدن اتم، هسته‌های دیگر را متلاشی می‌کنند.

زمان برخورد و متلاشی شدن این هسته‌ها بسیار کوتاه است (کمتر از میلیاردم ثانیه!) هنگامی که یک هسته متلاشی می‌شود، مقدار زیادی گرما و تشعشع گاما آزاد می‌کند. مقدار انرژی موجود در یک پوند اورانیوم معادل یک میلیون گالن بنزین است!

در این روش یک گلوله حاوی اورانیوم ۲۳۵ بالای یک گوی حاوی اورانیوم (حول دستگاه مولد نوترون) قرار دارد.

هنگامی که این بمب به زمین اصابت می‌کند، رویداد‌های زیر اتفاق می‌افتد:
۱- مواد منفجره پشت گلوله منفجر می‌شوند و گلوله به پائین می‌افتد.
۲- گلوله به کره برخورد می‌کند و واکنش شکافت هسته‌ای رخ می‌دهد.
۳- بمب منفجر می‌شود.

در بمب هیروشیما از این روش استفاده شده بود.

 

در این روش که انفجار در داخل گوی صورت می‌گیرد، پلونیم-۲۳۹ قابل انفجار توسط یک گوی حاوی اورانیوم-۲۳۸ احاطه شده است.

هنگامی که مواد منفجره داخلی آتش گرفت رویداد‌های زیر اتفاق می‌افتد

۱- مواد منفجره روشن می‌شوند و یک موج ضربه‌ای ایجاد می‌کنند.
۲- موج ضربه‌ای، پلوتونیم را به داخل کره می‌فرستد.
۳- هسته مرکزی منفجر می‌شود و واکنش شکافت هسته‌ای رخ می‌دهد.
۴- بمب منفجر می‌شود.

بمبی که در ناکازاکی منفجر شد، از این شیوه استفاده کرده بود.

بمب‌های گداخت هسته‌ای، بمب‌های حرارتی هم نامیده می‌شوند و در ضمن بازدهی و قدرت تخریب بیشتری هم دارند. دوتریوم و تریتیوم که سوخت این نوع بمب به شمار می‌روند، هردو به شکل گاز هستند و بنابراین امکان ذخیره‌سازی آن‌ها مشکل است. این عناصر باید در دمای بالا، تحت فشار زیاد قرار گیرند تا عمل همجوشی هسته‌ای در آن‌ها صورت بگیرد. در این شیوه ایجاد یک انفجار شکافت هسته‌ای در داخل، حرارت و فشار زیادی تولید می‌کند و انفجار گداخت هسته‌ای شکل می‌گیرد. در طراحی بمبی که در ایسلند بصورت آزمایشی منفجر شد، از این شیوه استفاده شده بود. در شکل زیر نحوه انفجار نمایش داده شده است.

انفجار یک بمب هسته‌ای روی یک شهر پرجمعیت خسارات وسیعی به بار می‌آورد. درجه خسارت به فاصله از مرکز انفجار بمب که کانون انفجار نامیده می‌شود بستگی دارد.

زیان‌های ناشی از انفجار بمب هسته‌ای عبارتند از:

- موج شدید گرما که همه چیز را می‌سوزاند.
- فشار موج ضربه‌ای که ساختمان‌ها و تاسیسات را کاملاً تخریب می‌کند.
- تشعشعات رادیواکتیویته که باعث سرطان می‌شود.
- بارش رادیواکتیو (ابری از ذرات رادیواکتیو که بصورت غبار و توده سنگ‌های متراکم به زمین برمی‌گردد)

درکانون انفجار، همه‌چیز تحت دمای ۳۰۰ میلیون درجه سانتی‌گراد تبخیر می‌شود! در خارج از کانون زلزله، اغلب تلفات به خاطر سوزش ایجادشده توسط گرماست و بخاطر فشار حاصل از موج انفجار ساختمان‌ها و تاسیسات خراب می‌شوند. در بلندمدت، ابر‌های رادیواکتیو توسط باد در مناطق دور ریزش می‌کند و باعث آلوده شدن موجودات، آب و محیط زندگی می‌شود.

دانشمندان با بررسی اثرات مواد رادیواکتیو روی بازماندگان بمباران ناکازاکی و هیروشیما دریافتند که این مواد باعث: ایجاد تهوع، آب‌مروارید چشم، ریزش مو و کم‌شدن تولید خون در بدن می‌شود. در موارد حادتر، مواد رادیواکتیو باعث ایجاد سرطان و نازایی هم می‌شوند. سلاح‌های اتمی دارای نیروی مخرب باورنکردنی هستند، به همین دلیل دولت‌ها سعی دارند تا بر دستیابی صحیح به این تکنولوژی نظارت داشته باشند تا دیگر اتفاقی بدتر از انفجار‌های ناکازاکی و هیروشیما رخ ندهد.

بر خلاف بمب اتمی معمولی که بخش بزرگی از نیروی ویرانگر خود را از شکاف هسته‌ی اورانیوم یا پلوتونیوم به دست می‌آورد، بمب هیدروژنی این کار را از طریق ادغام هسته‌های عنصر هیدروژن انجام می‌دهد. این همان پروسه‌ای است که در خورشید هم اتفاق می‌افتد و در جریان آن مقدار غول‌آسایی انرژی آزاد می‌شود.

 

برای این “هم‌جوشی هسته‌ای” مقدار بسیار زیادی حرارت و فشار لازم است و برای تامین این میزان بسیار زیاد فشار و حرارت به یک انفجار هسته‌ای نیاز است. به همین دلیل بمب هیدروژنی بمبی است که دو مرحله انفجار دارد و در جریان آن نخست از انفجار هسته‌ای به عنوان نوعی “چاشنی انفجاری” برای “هم‌جوشی هسته‌ای” استفاده می‌شود و سپس بر اثر حرارت ناشی از این انفجار، هسته‌های ایزوتوپ هیدروژن، یعنی دوتریوم و تریتیوم چنان متراکم می‌شوند که در هم ذوب می‌شوند.

بمب هیدروژنی انفجار اتمی‌ای به مراتب قوی‌تر از بمب اتمی یک مرحله‌ای ایجاد می‌کند چرا که پروسه ادغام هسته‌ای، انرژی به مراتب بیشتری از پروسه تجزیه هسته‌ای آزاد می‌کند؛ بنابراین در شرایط ساخت مشابه و با مواد اولیه‌ای کاملا یکسان، بمب هیدروژنی بسیار قوی‌تر و مخرب‌تر از بمب اتمی است.

ساخت بمبی که بر اساس ادغام هسته‌ای کار کند بسیار سخت‌تر از بمبی است که ماده انفجاری‌اش را از تجزیه هسته‌ای به دست می‌آورد؛ بنابراین کشور‌هایی که در سال‌های اخیر به قدرت‌های اتمی پیوسته‌اند بر اساس نظریات کارشناسان و به احتمال بسیار بالا هنوز نتوانسته‌اند به تکنولوژی ساخت بمب هیدروژنی دست پیدا کنند و تنها هند و حالا هم کره شمالی مدعی دستیابی به این سلاح هستند.

اولین بمب هیدروژنی واقعی در اول نوامبر ۱۹۵۲ توسط آمریکا در اقیانوس آرام آزمایش شد. یک سال بعد اتحاد جماهیر شوری سابق نیز این بمب را آزمایش کرد.

این سلاح‌ها، اما ازنوع اولیه و ابتدایی بوده و برای به‌کارگیری در عملیات نظامی مناسب نبودند. بمب‌های هیدروژنی قابل استفاده در عملیات نظامی بعد‌ها توسط هردو کشور آمریکا و شوروی آزمایش شد. اما تا کنون این بمب‌ها در هیچ جنگی به کار گرفته نشده است.

اولین بمب اتمی به کار گرفته‌شده در جنگ در جریان جنگ جهانی دوم از سوی آمریکا علیه ژاپن به کار گرفته شد. ۶ اوت ۱۹۴۵ شهر هیروشیما و ۹ اوت شهر ناکازاکی در ژاپن هدف حمله اتمی آمریکا قرار گرفتند. این بمب‌ها با مواد رادیواکتیو پلوتونیوم و اورانیوم تولید شده بودند. روبرت اوپن‌هایمر دانشمند آلمانی‌تبار آمریکایی به عنوان پدر بمب اتمی شناخته می‌شود.

انفجار بمب اتمی انرژی فوق‌العاده زیادی را در قالب حرارت، فشار و اشعه آزاد می‌کند. در مدت زمان کوتاهی پس از انفجار صد‌ها هزار نفر می‌توانند جانشان را از دست بدهند و تمام منطقه اطراف محل انفجار به صحرایی خشک بدل شود. تشعشعات رادیواکتیو همچنین باعث بروز بیماری‌های فراوانی در درازمدت می‌شوند.

پنج کشور با بزرگترین توانایی هسته‌ای که بمب هیدروژنی دارند: ایالات متحده آمریکا، روسیه، فرانسه، انگلستان و چین.