بمب اتمی ، سلاحی با قدرت انفجاری زیاد که از آزاد شدن ناگهانی انرژی بر روی آن حاصل میشود. شکافتن یا شکافت هسته های یک عنصر سنگین مانند پلوتونیوم یا اورانیوم است.
خواص و اثرات بمب اتمی
هنگامی که یک نوترون به هسته اتم ایزوتوپ برخورد میکند اورانیوم 235 یا پلوتونیوم-239 ، باعث میشود که هسته به دو قطعه تقسیم شود که هر کدام هسته ای با حدود نیمی از پروتون ها و نوترونهای هسته اصلی هستند.
در فرایند تقسیم، مقدار زیادی از انرژی حرارتی و همچنین اشعه گاما و دو یا چند نوترون آزاد میشود. تحت شرایط خاص، نوترونهای فراری به هستههای اورانیوم اطراف برخورد میکنند و در نتیجه بیشتر هستههای اورانیوم اطراف را شکافته میکنند که سپس نوترونهای بیشتری منتشر میشود که باز هم هستههای بیشتری را میشکافند.
این سری از شکافتها بهسرعت در حال افزایش در یک واکنش زنجیرهای به اوج خود میرسند که در آن تقریباً تمام مواد شکافپذیر مصرف میشود و در فرایند تولید انفجار چیزی که بهعنوان بمب اتمی شناخته میشود، میبینید.
بهوجودآمدن واکنش زنجیرهای
بسیاری از ایزوتوپهای اورانیوم میتوانند تحت شکافتن قرار گیرند، اما اورانیوم-235 که به طور طبیعی با نسبتی حدود یک قسمت در هر 139 قسمت ایزوتوپ اورانیوم-238 یافت میشود، نسبت به سایر ایزوتوپهای این چنینی با سرعت بیشتری شکافته میشود و نوترونهای بیشتری در هر شکافت ساطع میکند.
پلوتونیوم-239 همین ویژگی ها را دارد. اینها مواد اولیه شکافتپذیر مورد استفاده در بمبهای اتمی هستند. مقدار کمی اورانیوم 235، مثلاً 0.45 کیلوگرم (1 پوند)، نمی تواند تحت یک واکنش زنجیرهای قرار گیرد و بنابراین به آن یکجرم زیر بحرانی میدهد.
این به این دلیل است که به طور متوسط، نوترونهای آزاد شده توسط یک شکافت احتمالاً مجموعه را ترک میکنند بدون اینکه به هسته دیگری برخورد کنند و باعث شکافته شدن آن شوند.
اگر اورانیوم 235 بیشتری به مجموعه اضافه شود، احتمال اینکه یکی از نوترونهای آزاد شده باعث شکافت مجدد شود افزایش مییابد، زیرا نوترونهای فراری باید از هسته های اورانیوم بیشتری عبور کنند و احتمال اینکه یکی از آنها به هسته دیگری برخورد کند بیشتر است.
در نقطهای که یکی از نوترونهای تولید شده توسط یک شکافت به طور متوسط شکافت دیگری ایجاد میکند، جرم بحرانی به دست آمده است و یک واکنش زنجیرهای و در نتیجه یک انفجار اتمی ایجاد میشود.
نزدیک کردن دو جرم زیربحرانی
در عمل، مجموعهای از مواد شکافتپذیر باید به طور ناگهانی از حالت زیر بحرانی به بحرانی منتقل شود. یکی از راههایی که میتوان این کار را انجام داد این است که دو جرم زیربحرانی را به هم نزدیک کنیم.
بهگونهای که در این مرحله جرم ترکیبی آنها تبدیل به جرم بحرانی میشود. این را میتوان عملاً با استفاده از مواد منفجره قوی برای شلیک دو راب زیر بحرانی از مواد شکافتپذیر در یک لوله توخالی به دست آورد.
روش دوم استفاده شده انفجار است که در آن یک هسته از مواد شکافتپذیر به طور ناگهانی بهاندازه کوچکتر و در نتیجه چگالی بیشتر فشرده میشود.
چون چگالتر است، هستهها محکمتر بسته میشوند و احتمال برخورد نوترون ساطع شده با هسته افزایش مییابد. هسته یک بمب اتمی از نوع انفجاری شامل یک کره یا مجموعهای از پوستههای متحدالمرکز از مواد شکافتپذیر است که توسط ژاکتی از مواد منفجره قوی احاطه شده است که همزمان با منفجر شدن، مواد شکافتپذیر را تحتفشارهای بسیار زیاد به توده متراکمتری منفجر میکند که فوراً به دست میآید.
ایجاد شکافتهای بیشتر
انتقادی بودن یک کمک مهم در دستیابی به بحرانی بودن استفاده از a دستکاری این یک پوشش از اکسید بریلیم یا ماده دیگری است که مواد شکافتپذیر را احاطه کرده و برخی از نوترونهای فرار را به درون مواد شکافتپذیر منعکس میکند، جایی که آنها میتوانند شکافتهای بیشتری ایجاد کنند.
علاوه بر این، دستگاههای شکافت تقویت شده از مواد همجوشی مانند دوتریوم یا تریتیوم در هسته شکافت استفاده میکنند. این ماده همجوشی با تأمین فراوانی نوترون، انفجار شکافت را تقویت میکند.
آزاد شدن انرژی توسط شکافت
شکافت مقدار زیادی انرژی نسبت به ماده درگیر آزاد میکند. هنگامی که 1 کیلوگرم (2.2 پوند) اورانیوم 235 به طور کامل شکافته میشود، انرژی معادل 17000 تن یا 17 کیلوتن TNT را آزاد میکند.
انفجار یک بمب اتمی مقادیر زیادی انرژی گرمایی یا گرما آزاد میکند و دمای چندین میلیون درجه را در خود بمب منفجر میکند.
این انرژی حرارتی یک گلوله آتش بزرگ ایجاد میکند که گرمای آن میتواند آتشهای زمینی را شعلهور کند. همین امر میتواند کل یک شهر کوچک را بسوزاند.
جریانهای همرفتی ایجاد شده در اثر انفجار، گردوغبار و سایر مواد زمینی را به درون گوی آتشین میمکد و ابر قارچی شکل مشخصه انفجار اتمی را ایجاد میکند.
انفجار همچنین بلافاصله یک موج ضربهای قوی ایجاد میکند که از انفجار تا فواصل چندمایلی به سمت خارج منتشر میشود و بهتدریج نیروی خود را در طول مسیر از دست میدهد. چنین موج انفجاری میتواند ساختمانها را تا چندین مایل دورتر از محل انفجار تخریب کند.
مقادیر زیادی نوترون و پرتوهای گاما نیز ساطع میشوند. این تشعشعات کشنده بهسرعت در فاصله 1.5 تا 3 کیلومتری (1 تا 2 مایلی) از انفجار کاهش مییابد.
مواد تبخیر شده در گلوله آتشین به ذرات ریز متراکم میشوند و این زبالههای رادیواکتیو که به آنها ریزش میگویند توسط بادها در تروپوسفر یا استراتوسفر حمل میشود.
آلایندههای رادیواکتیو شامل ایزوتوپهای رادیویی با عمر طولانی مانند استرانسیوم-90 و پلوتونیوم-239 است. حتی قرار گرفتن محدود در معرض ریزش در چند هفته اول پس از انفجار ممکن است کشنده باشد و هر گونه قرار گرفتن در معرض خطر ابتلا به سرطان را افزایش میدهد.
توسعه و تکثیر بمب اتمی
اولین بمب اتمی در 16 ژوئیه 1945 در نیومکزیکو بهعنوان بخشی از برنامه دولت ایالات متحده به نام پروژه منهتن منفجر شد. سپس ایالات متحده از بمب اتمی در هیروشیما و ناکازاکی ژاپن در 6 و 9 اوت استفاده کرد و حدود 210000 نفر را کشت.
B-29 Superfortress Enola Gay در 6 آگوست 1945 از جزایر ماریانا به مقصد هیروشیما ژاپن پرواز کرد، جایی که با پرتاب یک بمب اتمی، مفهوم جدید و وحشتناکی از جنگ را منعکس کرد.
اولین بمب اتمی در لوس آلاموس نیومکزیکو ساخته شد. جنگ جهانی دوم تحت برنامهای به نام پروژه منهتنلوس آلاموس بهعنوان محل آزمایشگاه علمی اصلی بمب اتمی در 25 نوامبر 1942 توسط بریگ تأیید شد.
ژنرال Leslie R. Groves و فیزیکدان J. Robert Oppenheimer ، با نام رمز مشخص شده برای آن بمب با استفاده از پلوتونیوم در 16 ژوئیه 1945 در مکانی در 193 کیلومتری جنوب آلبوکرکی، نیومکزیکو با موفقیت آزمایش شد.
اولین بمب اتمی که در جنگ مورد استفاده قرار گرفت از اورانیوم استفاده کرد. این انفجار که قدرتی بیش از 15000 تن TNT داشت، بلافاصله و به طور کامل 11.4 کیلومترمربع (4.4 مایل مربع) را ویران کرد.
از قلب این شهر 343000 نفری، تعدادی حدود 70000 نفر بلافاصله کشته شدند و تا پایان سال تعداد تلفات از 100000 فراتر رفت. بیش از 67 درصد از سازه های شهر تخریب یا آسیب دید.
انفجار بمب اتم دوم
بمب اتمی بعدی که منفجر شد از نوع پلوتونیومی بود. در 9 آگوست 1945 میان ناکازاکی رها شد. انفجاری معادل 21000 تن TNT را تولید کرد.
اندازه کوچکتر ناکازاکی باعث کاهش تخریب زندگی و اموال شد، اما 39000 نفر کشته و 25000 زخمی شدند. حدود 40 درصد از سازه های شهر تخریب شد و یا آسیب جدی دید. ژاپنی ها مذاکرات تسلیم را روز بعد آغاز کردند.
آزمایشهای دیگر بمب اتم
پس از جنگ، ایالات متحده بمبهای اتمی را آزمایش کرد. مراکز آزمایشی اقیانوس آرام در جزایر مارشال بهویژه بیکینی و جزیرههای مرجانی در نوادا.
در سالهای بعد اتحاد جماهیر شوروی (1949) ، بریتانیا ( 1952)، فرانسه (1960) ، چین (1964) ، هند (1974)، پاکستان (1998) و کره شمالی (2006) سلاح های خود را آزمایش کردند.
