(عکس) بمب هیدروژنی چگونه کار می‌کند؟

اولین سلاح هسته‌ای جهان – بمب اتم – در سال ۱۹۴۵ شهر‌های هیروشیما و ناکازاکی ژاپن را ویران کرد. قدرت این بمب‌ها به ترتیب معادل ۱۶ کیلوتن (۱۶،۰۰۰ تن) و ۲۱ کیلوتن تی ان تی بود و باعث کشته شدن صد‌ها هزار نفر در اثر انفجار و اثرات رادیواکتیو شد.

اما تنها هفت سال پس از رها کردن بمب‌های اتمی بر فراز شهر‌های ژاپن، ایالات متحده سلاح هسته‌ای قدرتمندتری را آزمایش کرد: بمب هیدروژنی. بمب هیدروژنی که به عنوان بمب گرماهسته‌ای نیز شناخته می‌شود، می‌تواند نیروی انفجاری صد‌ها یا حتی هزاران برابر بزرگ‌تر از بمب اتمی ایجاد کند. اما بمب هیدروژنی چگونه دارای چنین قدرت عظیمی است. بمب‌های هیدروژنی از همان نوع انرژی بهره می‌برند که به خورشید قدرت می‌دهد.

بمب‌های اتمی برای ایجاد قدرت خود به شکافت هسته‌ای – شکافت اتم‌ها – متکی هستند. اما نیروی اصلی پشت قدرت یک بمب هیدروژنی، نقطه مقابل شکافت – همجوشی هسته ای، همجوشی یا اتصال اتم‌ها است. بمب‌های گرماهسته‌ای از دو ایزوتوپ هیدروژن – دوتریوم و تریتیوم – برای سوخت خود استفاده می‌کنند، از این رو نام “بمب هیدروژنی” به آن‌ها اطلاق می‌شود.

زایجینگ سان، فیزیکدان هسته‌ای در دانشگاه نوادا در لاس وگاس می‌گوید: «در همجوشی، عناصر سبک، تحت دما و فشار شدیدی قرار می‌گیرند و با ترکیب یا همجوشی، عناصر سنگین تری را تشکیل می‌دهند و مقادیر بسیار زیادی انرژی در این فرآیند آزاد می‌کنند.

به ادعای روزنامه سان، بر حسب جرم مشابه سوخت، واکنش‌های همجوشی انرژی بسیار بیشتری در مقایسه با شکافت هسته‌ای آزاد می‌کنند. فرآیند همجوشی در همه جای جهان هستی وجود دارد – این فرآیند همان چیزی است که به خورشید قدرت می‌بخشد. اما به گفته سان دستیابی به همجوشی هسته‌ای در زمین به دلیل دما و فشار بالای مورد نیازش، بسیار چالش برانگیز است.

به دلیل همین چالش بود که ساخت بمب هیدروژنی برای دانشمندان بیشتر از ساخت بمب اتمی طول کشید. در نهایت، دانشمندان برای دستیابی به همجوشی، به شکافت روی آوردند. بدین ترتیب نیروی بمب هیدروژنی هم از شکافت و هم از همجوشی حاصل می‌شود.

برای شروع واکنش همجوشی، بمب هیدروژنی از دو مرحله تشکیل شده است: مرحله اولیه و مرحله ثانویه. در مرحله اولیه، برای ایجاد واکنش شکافت، اورانیوم یا پلوتونیوم با مواد منفجره شیمیایی – درست مانند یک بمب اتمی – منفجر می‌شوند. اشعه‌های ایکس قدرتمند ایجاد شده توسط واکنش شکافت، از محفظه اورانیوم بمب منعکس می‌شوند که آن‌ها را به سمت مرحله ثانویه هدایت می‌کند.

گرمای حاصل از این واکنش به دمایی تا ۱۰۰ میلیون درجه سلسیوس می‌رسد که حدود چهار برابر داغ‌تر از هسته خورشید و به اندازه کافی داغ است تا فرآیند همجوشی در مرحله دوم را آغاز کند. بخش غالب انرژی بمب در مرحله دوم آزاد می‌شود، جایی که گرما و فشار شدید ناشی از انفجار شکافت، دوتریوم و تریتیوم را با هم ترکیب می‌کند.

همچنین فشار زیاد، سوخت همجوشی را در اطراف “شمع جرقه” اورانیوم یا پلوتونیوم فشرده می‌کند که شروع به شکافت می‌کند و سوخت را بیش از پیش داغ می‌کند و واکنش همجوشی را کارآمدتر می‌سازد.

و بعد از همه اینها، هنوز یک انفجار دیگر باقی مانده است. انرژی عظیم حاصل از واکنش همجوشی باعث آزاد شدن نوترون‌ها می‌شود – ذرات زیر اتمی که معمولاً درون هسته‌های اتم‌ها زندگی می‌کنند، اما در این مورد از خانه‌های خود جدا شده و آزاد می‌شوند.

نوترون‌ها آزاد هستند تا به لایه‌ای از پوشش اورانیوم که سوخت همجوشی را احاطه کرده است، برخورد کنند – که واکنش شکافت دیگری را آغاز می‌کند و بیش از نیمی از کل نیروی انفجاری بمب را به خود اختصاص می‌دهد. این ترکیب از واکنش‌های شکافت و همجوشی تقریباً به صورت آنی رخ می‌دهد و نیروی مخرب عظیم یک بمب هیدروژنی را ایجاد می‌کند.

در تئوری، یک بمب هیدروژنی می‌تواند از بیش از دو مرحله استفاده کند – انفجار مرحله دوم می‌تواند برای مشتعل کردن همجوشی در مقادیر بیشتری سوخت در هر مرحله بعدی استفاده شود. در واقع، اعتقاد بر این است که بزرگ‌ترین بمبی که تاکنون ساخته شده است – بمب تزار – یک بمب همجوشی سه مرحله‌ای بوده است.

بمب تزار که در سال ۱۹۶۱ توسط اتحاد جماهیر شوروی منفجر شد، یک انفجار ۵۰ مگاتنی ایجاد کرد – تقریبا ۱،۵۰۰ برابر قوی‌تر از بمب‌های اتمی که بر روی هیروشیما و ناکازاکی ریخته شد، و بیش از ۴۰ برابر قوی‌تر از بزرگ‌ترین سلاح هسته‌ای در زرادخانه کنونی آمریکا. این بمب یک گلوله آتشین عظیم به شعاع حدود ۱۰ کیلومتر ایجاد کرد و ابر قارچی حاصل از آن بیش از ۶۷ کیلومتر ارتفاع و ۹۶ کیلومتر عرض داشت.

چرا دانشمندان به فکر ساختن بمب هیدروژنی افتادند؟

در اوایل سال ۱۹۴۲، فیزیکدانانی مانند جی. رابرت اوپنهایمر دریافتند که انرژی حاصل از همجوشی هسته‌ای می‌تواند سلاحی بسیار قدرتمند ایجاد کند. اما توسعه بمب شکافت اتمی به عنوان بخشی از پروژه منهتن زمانی در اولویت قرار گرفت که اوپنهایمر آزمایشگاه لوس آلاموس را در طول جنگ جهانی دوم اداره می‌کرد.

با این حال، گروهی از فیزیکدانان در لوس آلاموس به کار روی ایده بمب همجوشی ادامه دادند و کار آن‌ها پس از پایان جنگ جهانی دوم ادامه یافت. در سال ۱۹۴۹، پس از آنکه اتحاد جماهیر شوروی بمب شکافتی خود را – بسیار زودتر از آنچه فیزیکدانان آمریکایی و مقامات دولتی انتظار داشتند – تست کرد، بحث‌ها در مورد تسریع توسعه بمب هیدروژنی به طور جدی آغاز شد.

برخی فیزیکدانان از جمله اوپنهایمر که نگران پتانسیل مخرب بسیار بیشتر بمب‌های هیدروژنی در مقایسه با بمب‌های اتمی بودند، با توسعه آن‌ها مخالفت کردند. انریکو فرمی و ایزیدور ایزاک رابی در گزارشی به کمیسیون انرژی اتمی چنین نوشته اند:

«ضرورتاً چنین سلاحی بسیار فراتر از هر هدف نظامی است و وارد محدوده فجایع طبیعی بسیار بزرگ می‌شود. این سلاح ذاتاً نمی‌تواند به یک هدف نظامی محدود شود بلکه به سلاحی تبدیل می‌شود که در عمل تقریباً یک نوع از نسل کشی است».

با این حال، در سال ۱۹۵۰، در بحبوحه تنش‌های فزاینده اوایل جنگ سرد، رئیس جمهور هری اس. ترومن استفاده از منابع بیشتر برای تسریع توسعه بمب هیدروژنی را تایید کرد. در آن زمان هنوز چالش‌های فنی برای مهار همجوشی برای ساخت یک بمب وجود داشت. اما موفقیت اصلی در سال ۱۹۵۱ به دست آمد: ادوارد تلر، فیزیکدانی که روی پروژه منهتن کار می‌کرد و یکی از حامیان سرسخت توسعه بمب هیدروژنی بود، به همراه استانیسلا اولام، طرحی عملی برای ساخت بمب هیدروژنی ایجاد کردند.

این طرح، مفهوم مرحله بندی و استفاده از انرژی اشعه ایکس برای فعال کردن همجوشی را معرفی کرد. روش آن‌ها هنوز هم در سلاح‌های گرماهسته‌ای مدرن استفاده می‌شود. طرح تلر – اولام طرحی کلاسیک بوده و ممکن است تنها راه کارآمد برای ساخت بمب هیدروژنی باشد. تلر به خاطر پشتیبانی شدیدش از بمب هیدروژنی و نقشش در طراحی این سلاح، اغلب به عنوان “پدر بمب هیدروژنی” شناخته می‌شود.

در ۱ نوامبر ۱۹۵۲، ایالات متحده اولین بمب هیدروژنی را در انوتک آتول در جزایر مارشال منفجر کرد. این بمب که “مایک” نام داشت، انرژی معادل ۱۰ مگاتن یا ۱۰ میلیون تن TNT تولید کرد.

آزمایش‌های بمب هیدروژنی ادامه یافت و در سال ۱۹۵۴ آمریکا بزرگ‌ترین بمب خود را با نام کسل براوو (Castle Bravo) آزمایش کرد که یک انفجار ۱۵ مگاتنی بر فراز جزیره مرجانی بیکینی بود. این انفجار بیش از ۱،۰۰۰ برابر قوی‌تر از بمب اتمی بود که روی شهر هیروشیما انداخته شد.

این انفجار بسیار بزرگ‌تر از آن چیزی بود که دانشمندان انتظارش را داشتند و در شرایطی که یک مورخ سلاح‌های هسته‌ای آن را “بزرگ‌ترین فاجعه رادیولوژیکی در تاریخ آمریکا” می‌نامد، مقادیر زیادی پرتو به جو آزاد کرد.

بارش اتمی بر روی برخی از جزایر مسکونی، که باید تخلیه می‌شدند، و همچنین یک قایق ماهیگیری ژاپنی به نام اژد‌های خوش شانس که ۸۶ مایل دورتر بود، را تحت تاثیر قرار داد. هر ۲۳ خدمه این کشتی دچار تشعشعات اتمی شدند و یکی از آن‌ها چند ماه بعد درگذشت.

اژد‌های خوش شانس هیچ رادیویی نداشت بنابراین هشدار‌های پخش شده برای دور ماندن از منطقه اطراف بیکینی آتول را نشنیده بودند. خدمه کشتی که نمی‌دانستند باران سفیدی که بر آن‌ها می‌بارید، ناشی از انفجار هسته‌ای است، به ژاپن سفر کردند. همه آن‌ها در این سفر یک هفته‌ای بسیار بیمار شدند و ماهی‌های دارای تشعشع آن‌ها وارد بازار ژاپن شد. داستان اژد‌های خوش شانس به شدت توسط مطبوعات بین المللی پوشش داده شد و خطر عواقب هسته‌ای را پیش چشم عموم قرار داد.

آزمایش‌های تسلیحات هسته‌ای بر فراز جزایر مارشال تا سال ۱۹۵۸ ادامه یافت. در مجموع، آمریکا ۶۷ آزمایش هسته‌ای در نزدیکی این جزایر انجام داد. این آزمایش‌ها برخی از ساکنان محلی را مجبور به تغییر مکان کرد و اثرات منفی بهداشتی – از جمله افزایش خطر سرطان و نقص‌های مادرزادی – ایجاد کرد و محیط زیست را آلوده کرد.

در سال ۱۹۶۳، ایالات متحده، بریتانیا و اتحاد جماهیر شوروی پیمان منع آزمایش محدود را امضا کردند و آزمایش‌های هسته‌ای در جو، زیر آب یا در فضای بیرونی را ممنوع کردند. این در حالی است که ذخایر سلاح‌های هسته‌ای جهان – که بسیاری از آن‌ها بمب‌های هیدروژنی هستند – حدود ۱۲،۵۰۰ کلاهک هسته‌ای را شامل می‌شود و آمریکا و روسیه ۸۹ درصد از این زرادخانه را در اختیار دارند.

منبع: روزیاتو