اولین آزمایش سلاح هسته ای ، کد Trinity ، ساعت 9:30 بامداد روز 6 ژوئیه در صحرای نیومکزیکو انجام شد. این آزمایش مربوط به دانش مخفی هسته ای بود که در لوس آلاموس به عنوان بخشی از پروژه منهتن در طول جنگ جهانی دوم انجام شد و چند هفته بعد منجر به بمب گذاری های هسته ای بر سر شهرهای هیروشیما و ناگازاکی در ژاپن شد.
پس از انفجارها ، توسعه سلاح های هسته ای تسریع شده است. کشورهای مختلف در سراسر جهان زرادخانه هسته ای خود را ساخته اند ، به عنوان مثال ، ایالات متحده بیش از 5 کلاهک هسته ای دارد.
اگرچه مؤلفه های اصلی این فناوری دیگر محرمانه نیست ، اما توسعه سلاح های هسته ای هنوز یک چالش مهم علمی و مهندسی است. اما چرا هنوز تولید سلاح های هسته ای دشوار است؟
هانس کریستنسن ، مدیر پروژه اطلاعات هسته ای در فدراسیون دانشمندان ایالات متحده ، توضیح داد که بخش عمده ای از این مشکل مربوط به استخراج عناصر شیمیایی مورد استفاده در این سلاح های منفجر شده است.
وی گفت: “ایده اصلی انفجار هسته ای تحریک مواد هسته ای و آزادسازی انرژی عظیم است.” “اما تولید مواد خالص که می تواند واگرایی کند یک چالش بزرگ است و به ظرفیت صنعتی قابل توجهی نیاز دارد.”
انتشار عظیم انرژی در این فرآیند واکنش تقسیم هسته ای نامیده می شود. یک واکنش زنجیره ای در این واکنش ایجاد می شود ، که در آن اتمها انرژی را تقسیم و آزاد می کنند. این واکنشی است که به انرژی هسته ای اجازه می دهد.
غنی سازی اورانیوم و پلوتونیوم
ماده تقسیم به بمب هسته ای در اصل ایزوتوپهای اورانیوم و پلوتونیوم است که عناصر رادیواکتیو هستند. متیو زافی ، استاد مهندسی هسته ای در دانشگاه ایالتی پنسیلوانیا ، توضیح می دهد که رایج ترین ایزوتوپ اورانوس (U-2) از معادن استخراج می شود و سپس روند غنی سازی برای تبدیل آن به اورانوس -1 (U-1) انجام می شود ، که از واکنش های هسته ای توانایی بیشتری دارد.
وی گفت: “یکی از راه های غنی سازی اورانوس ، تبدیل آن به گاز و چرخش در سانتریفیوژها با سرعت بسیار بالا است.” “به دلیل تفاوت در جدول بین U-2 و U-2 ، ایزوتوپ ها از هم جدا شده اند و می توانیم U-2 را تقسیم کنیم.”
برای تولید اورانیوم مورد استفاده در سلاح های هسته ای ، حداقل 1 ٪ از نمونه U-2 باید به U-2 تبدیل شود. این فرآیند که می تواند هفته ها تا ماه ها طول بکشد ، به انرژی بسیار بالایی و تجهیزات تخصصی نیاز دارد.
یکی از خطرات شیمیایی این فرآیند ، اورانیوم هگزافلوئید (UF₆) است ، ماده ای بسیار سمی که می تواند به کلیه ها ، کبد ، ریه ها ، مغز ، پوست و چشم آسیب برساند.
روند غنی سازی پلوتونیوم حتی دشوارتر است. بر خلاف اورانوس ، که به طور طبیعی در معادن است ، هیچ ماهیت پلوتونیوم وجود ندارد. در عوض ، پلوتونیوم از طریق محصول راکتورهای هسته ای است. یعنی برای استفاده از پلوتونیوم ، دانشمندان باید سوخت هسته ای مصرف شده را پردازش کنند و تحت فرآیندهای شیمیایی شدید قرار بگیرند.
زاری می گوید که پردازش این ماده در صورت جمع آوری یک توده بحرانی ، می تواند باعث خطر ایمنی شود ، که این حداقل میزان تقسیم مورد نیاز برای حفظ واکنش تقسیم شده است.
“هنگام تهیه این مؤلفه ها باید بسیار مراقب باشد ، مواد غیر عمدی نیستند ، زیرا این امر می تواند منجر به ورود ناگهانی به شرایط بحرانی و حتی یک انفجار تصادفی شود.”
تولید سلاح های هسته ای به تجهیزات تخصصی نیاز دارد و خطرات زیادی دارد.
اگرچه اصول علمی ترکیب این مؤلفه ها به خوبی درک شده است ، اما ایجاد و کنترل این واکنش در بخشی از ثانیه دشوار است.
زری گفت: “سلاح های هسته ای به گونه ای طراحی شده اند که در زمان انفجار ، توده عظیمی از مواد تقسیم شده در فضای بسیار کمی ایجاد می شود.” “این باعث افزایش نمایی در تعداد تقسیم به مواد می شود ، که تقریباً بلافاصله اتفاق می افتد.”
این گسترش سریع تقسیم اتمی عاملی است که باعث می شود انفجار هسته ای بسیار مخرب باشد.
پس از جنگ جهانی دوم ، سلاح های بالاتر (بمب هیدروژن) توسعه یافتند که در آن تقسیم و ادغام هسته ای برای ایجاد یک انفجار حتی قوی تر ترکیب شدند. سپس واکنش تقسیم استاندارد باید پاسخ ادغام ثانویه و قوی تر را آغاز کند. این واکنش ادغام همان منبع انرژی موجود در مرکز خورشید است.
تست هسته ای
پس از تولید این سلاح ها ، دانشمندان و مهندسان ، آنها باید اطمینان حاصل کنند که در صورت لزوم این سلاح ها به درستی عمل می کنند.
در آغاز توسعه سلاح های هسته ای ، دانشمندان آزمایش های واقعی را انجام دادند که به طور قابل توجهی بر محیط زیست تأثیر می گذارد ، و همچنین انسان و حیوانات در همسایگی این آزمایشات. اما امروز ، آزمایش های مدرن عمدتاً با شبیه سازی های رایانه ای انجام می شود.
