بمب های هسته ای | انواع، عملکرد و قدرت تخریب | هر آنچه باید بدانید

وقتی صحبت از جنگ‌افزارهای هسته‌ای به میان می‌آید؛ بمب های هسته ای مانند بمب اتمی، بمب هیدروژنی، بمب نوترونی و ... اصطلاح‌های مختلفی هستند که به گوش می‌رسد. اما آیا می‌دانید هر کدام از این واژه‌ها به چه چیزی اشاره دارد؟ آیا سلاح هسته‌ای و بمب اتمی یکی هستند؟ بمب هیدروژنی چیست و چه تفاوتی با بمب‌های اتمی دارد؟ در این مطلب در مورد این موضوعات پاسخ‌های خوبی خواهید یافت.

سلاح هسته‌ای چیست؟

جنگ‌افزار هسته‌ای یا سلاح هسته‌ای به جنگ‌افزارهایی گفته می‌شود که قدرت لازم برای تخریب و کشتار آن‌ها توسط فرایندهایی که در هسته اتم‌ها رخ می‌دهد، تأمین می‌شود. در این‌گونه بمب ‌های هسته ای از انرژی آزاد شده در فرایند «شکافت هسته‌ای» (Nuclear Fission) یا «گداخت هسته‌ای» (Nuclear Fusion) استفاده می‌شود که قدرت مخرب سلاح ناشی از آن است. مبنای آزاد شدن انرژی در هر دو نوع بمب، تبدیل ماده به انرژی طبق معادله معروف اینشتین هم‌ارزی جرم و انرژی $$E=mc^{2}$$ است.

فیلم آموزش فیزیک – پایه دوازدهم در فرادرس

کلیک کنید

در هر یک از دو حالت هسته‌هایی با جرم متوسط تشکیل می‌شود که جرم آن‌ها کمتر از جرم اولیه‌ای است که برای تشکیل آن‌ها به کار رفته است. بمب‌های شکافتی نسل قدیم این سلاح مرگبار هستند که در بمباران اتمی هیروشیما و ناکازاگی نیز از آن‌ها استفاده شده است. بمب‌هایی که بر مبنای گداخت کار می‌کنند، نسل نوین بمب‌های هسته‌ای هستند و از آنجا که در این بمب‌ها جرم بیشتری از ماده به انرژی تبدیل می‌شود، قدرتی بسیار بیشتری نسبت به بمب‌های شکافتی دارند.

بمب شکافتی یا بمب اتمی

همه انواع بمب های هسته ‌ای بخشی از انرژی انفجاری خود را از واکنش‌های شکافت هسته‌ای به دست می‌آورند؛ اما بمب‌هایی که خروجی تخریبی آن‌ها به طور عمده ناشی از واکنش‌های شکافتی است، با عنوان «بمب‌های اتمی» (Atomic Bomb) یا به اختصار بمب اتمی نوع A شناخته می‌شوند که یادآور بمب‌های استفاده شده در پایان جنگ جهانی دوم است.

شکافت هسته‌ای همان چرخه‌ای است که برای تولید انرژی در رآکتورهای هسته‌ای استفاده می‌شود. اما خلوص اورانیوم مورد استفاده در رآکتورهای اتمی با اورانیوم استفاده شده در بمب اتمی متفاوت است. در سلاح‌های شکافتی، توده‌ای از ماده شکافت‌پذیر (که معمولاً اورانیوم غنی شده یا پلوتونیم است) باید به صورت «جرم بحرانی» (Critical Mass) درآید. جرم بحرانی مقداری از ماده شکافت‌پذیر است که برای آغاز یک واکنش هسته‌ای زنجیره‌ای رو به رشد مورد نیاز است. برای ایجاد این جرم و عمل کردن بمب، توده‌ای زیربحرانی از ماده شکافت‌پذیر به توده‌ای دیگر کوبیده می‌شود (روش تفنگی)، یا عدسی‌های انفجاریِ کره‌ای زیربحرانی از ماده شکافت‌پذیر با استفاده از انفجارهای شیمیایی پی‌درپی فشرده‌سازی می‌شود (روش انفجار از داخل).

در طراحی تمام بمب های هسته‌ ای مهم‌ترین چالش این است که اطمینان حاصل شود پیش از آنکه سلاح خودش را تخریب کند، بخش عمده‌ای از سوخت آن مصرف شده باشد. میزان انرژی آزاد شده توسط بمب‌های شکافتی در محدوده انرژی حاصل از انفجار 1 تن تا 500 کیلوتن تی‌ان‌تی قرار می‌گیرد. وقوع انفجاری مهیب و انتشار مواد پرتوزا یا رادیواکتیو پس از انفجار شناخته‌شده‌ترین اثر بمب‌های اتمی هستند.

بمب همجوشی

نوع دیگری از بمب های هسته ای وجود دارند که بخش عمده انرژی خود را از واکنش‌های همجوشی هسته‌ای به دست می‌آورند. این سلاح‌های همجوشی عموماً با نام «سلاح‌های گرماهسته‌ای» (Thermonuclear Weapons) یا در اصطلاح محاوره‌ای «بمب هیدروژنی» (Hydrogen Bomb) یا به اختصار بمب اتمی نوع H شناخته می‌شوند؛ چرا که واکنش‌های همجوشی آن‌ها بین ایزوتوپ‌های عنصر هیدروژن شکل می‌گیرد.

فیلم آموزش رایگان فیزیک هسته ای پیشرفته – بخش یکم در فرادرس

کلیک کنید

همان‌طور که گفتیم، انواع بمب های هسته ای بخشی از انرژی انفجاری خود را از واکنش‌های شکافت هسته‌ای به دست می‌آورند. در بمب‌های گرماهسته‌ای نیز واکنش شکافت به عنوان ماشه انرژی ابتدایی لازم برای آغاز واکنش‌های همجوشی را فراهم می‌کند و واکنش‌های همجوشی نیز به نوبه خود باعث آغاز شدن واکنش‌های شکافتی اضافه می‌شوند. به همین دلیل بمب‌های گرماهسته‌ای انرژی بسیار بیشتری از بمب‌های هسته‌ای تک مرحله‌ای آزاد می‌کنند.

در بمب‌های هیدروژنی مواد پرتوزای متداول نظیر اورانیوم یا پلوتونیوم عامل ایجاد چرخه انفجار نیستند؛ بلکه واکنش همجوشی بین دو ایزوتوپ هیدروژن، ایزوتوپ پایدار «دوتریم» (Deuterium) با یک نوترون در هسته و ایزوتوپ پرتوزای تریتیم (Tritium) با دو نوترون در هسته، باعث انفجار می‌شود. در مقایسه با بمب‌های اتمی، ساخت بمب هیدروژنی به فناوری پیشرفته‌تری نیاز دارد و قدرت تخریب آن هم به مراتب بیشتر است.

همانند بمب‌های شکافتی، تفاوت بمب هیدروژنی با رآکتورهای همجوشی در خلوص موادی است که درون رآکتور بمب قرار گرفته و باعث انفجار می‌شوند. از طرف دیگر، با توجه به وجود ایجاد مواد پرتوزای کمتر و نیمه‌عمر کوتاه‌تر آن‌ها، با استفاده از این بمب‌ها می‌توان هدف مشخصی را بدون اینکه منطقهٔ بزرگی برای مدت زمان طولانی غیرقابل سکونت شود، مورد حمله قرار داد.

نخستین آزمایش این نوع بمب در سال ۱۹۵۲ توسط آمریکا انجام شد. یک سال بعد شوروی نیز این بمب را ساخت و در سال‌های بعد انگلیس، فرانسه و چین هم به تولید و آزمایش آن اقدام کردند. امروزه تقریباً تمام بمب‌های هسته‌ای این پنج کشور که در حالت عملیاتی و فعال قرار دارد، از نوع بمب‌های هیدروژنی است. زیرا بازدهی بسیار بیشتری از بمب‌های اتمی نوع A دارد. بمب مشهور تزار با نام اصلی AN602 به عنوان قوی‌ترین سلاح هسته‌ای آزمایش شده تا به امروز، از نوع بمب هیدروژنی بوده است. این بمب توسط اتحاد جماهیر شوروی طراحی شد و میزان بازدهی آن را حدود ۱۰۰ مگا تن تی‌ان‌تی تخمین زده‌اند.

سایر بمب‌های هسته‌ای

علاوه بر سلاح‌های شکافتی و همجوشی، انواع دیگری از بمب های هسته ای نیز وجود دارد. برای مثال، «سلاح شکافتی تقویت شده» (Boosted Fission Weapon) نوعی بمب اتمی است که قدرت انفجاری آن با استفاده از واکنش‌های همجوشی جانبی افزایش یافته است؛ اما کماکان یک بمب شکافتی محسوب می‌شود. در این‌گونه بمب‌ها، نوترون‌های تولید شده توسط واکنش‌های همجوشی در راستای افزایش بازدهی بمب انجام وظیفه می‌کنند.

برخی بمب های هسته ای هستند که برای هدف خاصی طراحی شده‌اند. از این‌گونه بمب های هسته ای می‌توان به «بمب‌های نوترونی» (Neutron Bomb) اشاره کرد که در قالب «سلاح پرتوزای ارتقاء یافته» (Enhanced Radiation Weapon) طبقه‌بندی می‌شوند. بمب نوترونی دسته‌ای از سلاح‌های گرماهسته‌ای است که انفجار نسبتاً کوچکی ایجاد می‌کند، اما عامل اصلی ایجاد تلفات میزان بالای تابش نوترونی است که سلاح از خود گسیل می‌کند. به شکل نظری، چنین سلاحی در عین حالی که کشندگی بالایی دارد، اما زیرساخت‌های منطقه را دست‌نخورده باقی می‌گذارد و کمینه میزان گرد و غبار اتمی را ایجاد می‌کند. بمب‌های نوترونی همچنان دارای مقدار زیادی اثر انفجاری و گرمایی هستند، اما تشعشع بالای نوترون‌های پرانرژی اصلی‌ترین اثر تخریبی این نوع بمب‌ها است. تابش تشعشع نوترونی آزاد شده از این بمب‌ها قادر به نفوذ به مواد ضخیم و محافظت‌کننده نظیر زره تانک است و از این رو آن‌ها را مناسب استفاده علیه ادوات زرهی معرفی می‌کنند.

از دیگر دسته‌های بمب های هسته ای می‌توان به «بمب‌های نمکی» (Salted Weapon) اشاره کرد. از آنجایی که هر انفجار هسته‌ای با آزاد شدن تابش نوترونی همراه است، اگر سلاح هسته‌ای را با ماده مناسبی (مانند کبالت یا طلا) پوشش دهیم، سلاحی به دست می‌آید که مقادیر بسیار بالایی آلودگی پرتوزا (رادیواکتیو) از خود بر جای می‌گذارد و هدف اصلی آن‌ها سکونت ناپذیر کردن محل انفجار در مقیاس گسترده است.

چند بمب لازم است؟

اگر بخواهیم ظرف مدت چند ثانیه با استفاده از سلاح هسته‌ای سطح زمین را از انسان‌ها پاک کنیم، به چه تعداد کلاهک هسته‌ای نیاز داریم؟ با محاسباتی ساده و در عین حال دقیق، می‌توان به این سؤال پاسخ داد.

نخست باید مجموع مساحت سکونت انسان روی زمین را محاسبه کرد. امروزه جمعیت انسان‌ها چیزی در حدود 19 میلیون کیلومترمربع از مساحت زمین را اشغال کرده‌اند که معادل 12.5 درصد خشکی‌های زمین است.

در مرحله بعد باید میزان تخریب هر بمب هسته‌ای را مشخص کرد. در حال حاضر، مخرب‌ترین کلاهک هسته‌ای موجود B83 نام دارد که قدرت تخریب کامل آن در حدود 15 کیلومترمربع (200 برابر قوی‌تر از بمب پسربچه که نام بمبی بود که هیروشیما را نابود کرد) است. در نظر داشته باشید که منظور از تخریب کامل، نابودی همه چیز در مساحت ذکر شده است.

حال برای محاسبه تعداد بمب‌های هسته‌ای مورد نیاز از نوع B83، باید مساحتی را که انسان‌ها اشغال کرده‌اند، به قدرت تخریبی این کلاهک‌ها تقسیم کنیم. بر این اساس به 1,241,166 بمب هسته‌ای برای نابودی فوری بشریت نیاز داریم. با توجه به اینکه بر اساس آخرین برآوردهای انجام شده در سال 2020، تعداد کل کلاهک‌های اتمی موجود در جهان 13,400 عدد است (حدود 1 درصد مورد نیاز)، می‌تواند خیالمان راحت باشد که فعلاً خطری از این بابت ما را تهدید نمی‌کند.