بمب هیدروژنی چیست و چرا ساخت آن دشوار است؟

[حسنعلی ابراهیمی سعید]

http://www.elmbin.com/wp-content/uploads/2016/01/hydrogen-bomb-2560x1440-1.jpg?a047c3

چندی پیش پیونگیانگ اعلام کرد که نخستین بمب هیدروژنی (http://www.elmbin.com/%d8%a8%d9%85%d8%a8-%d9%87%db%8c%d8%af%d8%b1%d9%88%da%98%d9%86%db%8c-%d9%88-%d8%aa%d9%81%d8%a7%d9%88%d8%aa-%d8%a2%d9%86-%d8%a8%d8%a7-%d8%a8%d9%85%d8%a8-%d9%87%d8%b3%d8%aa%d9%87-%d8%a7%db%8c/) خود را با موفقیت آزمایش کرده است. این خبر نگرانی هایی را در جامعه بین المللی به وجود آورد و به تنش هایی دامن زد که مدتهاست گریبانگیر شبه جزیره کره شده است.البته مقامات این کشور به خاطر اغراق در توانمندی های خود شهرت دارند و با وجود آنکه انتشار این خبر واکنش های شدیدی را به دنبال داشت، تردیدهایی هم از باب صحت این ادعاها در ذهن بسیاری شکل گرفت.


http://www.elmbin.com/%D8%A8%D9%85%D8%A8-%D9%87%DB%8C%D8%AF%D8%B1%D9%88%DA%98%D9%86%DB%8C-%DA%86%DB%8C%D8%B3%D8%AA-%D9%88-%DA%86%D8%B1%D8%A7-%D8%B3%D8%A7%D8%AE%D8%AA-%D8%A2%D9%86-%D8%AF%D8%B4%D9%88%D8%A7%D8%B1-%D8%A7%D8%B3/

[حسنعلی ابراهیمی سعید]

در هر حال، اگر ثابت شود که پیونگیانگ به چنین دانشی دست پیدا کرده است، آنگاه می توان گفت که برنامه هسته ای این کشور وارد مرحله جدیدی از پیشرفت شده و در نهایت باید انتظار داشت که کره شمالی به تسلیحاتی قدرتمندتر از موارد آزمایش شده قبلی دست پیدا کند.

- - - به روز رسانی شده - - -

اما پرسش اینجاست که کره شمالی، روز چهار شنبه هفته گذشته دقیقا چه چیزی را تست کرده و اهمیت آن چقدر است؟ گفته می شود قدرت انفجار صورت گرفته در زیر زمین نزدیک به محوطه تستی که در شمال شرقی این کشور قرار دارد حدودا با آنچه در سال ۲۰۱۳ میلادی آزمایش شد برابری می کند و آن بمب نیز به اعتقاد کارشناسان ضعیف تر از یک بمب هیدروژنی بوده است.

[حسنعلی ابراهیمی سعید]

در یک بمب هیدروژنی که به لحاظ تکنیکی به آن «تسلیحات حرارتی هسته ای» هم گفته می شود معمولا از انفجار اتمی اولیه و کوچکی برای آغاز یک انفجار ثانویه و به مراتب بزرگ تر از مورد اول استفاده می شود.مرحله اول انفجار همانطور که گفته شد برپایه شکافت هسته ای شکل می گیرد (یعنی همان شکاف اتم ها) در حالی که مرحله دوم روی همجوشی هسته ای استوار است که در جریان آن، اتم ها با هم ترکیب شده و باز هم خرد می شوند تا انرژی بیشتری را تولید کنند.

- - - به روز رسانی شده - - -

البته می توان مراحل دیگری را هم به این دو مورد اضافه نمود تا قدرت تخریبی بمب را از آنچه هست نیز فراتر برد. به این ترتیب، بمب های هیدروژنی می توانند به مراتب قدرتمندتر از تسلیحات هسته ای اولیه باشند که عملکردشان به انفجارهای تک مرحله ای مبتنی بر شکافت هسته ای وابسته بود.به آن بمب ها، تسلیحات «شکافت خاص» گفته می شود و تصور می گردد که هر سه آزمایش هسته ای پیشین کره شمالی همگی از این نوع باشند.
http://www.elmbin.com/wp-content/uploads/2016/01/956567_1_01-06-H-bomb-pyongyang-announcement_standard.jpg?a047c3

- - - به روز رسانی شده - - -

دارندگان بمب های هیدروژنی نخستین تسلیحات اتمی ساخته شده و استفاده شده در جنگ (توسط ایالات متحده آمریکا در حملاتش علیه ژاپن به سال ۱۹۴۵ میلادی) همگی از نوع «شکافت خالص» بودند و در جریان جنگ سرد نیز قدرت این تسلیحات به میزان قابل توجهی افزایش یافت.

[حسنعلی ابراهیمی سعید]

نخستین بمب هیدروژنی دنیا Ivy Mike (https://en.wikipedia.org/wiki/Ivy_Mike) نام داشت که توسط ایالات متحده آمریکا ساخته شد و در سال ۱۹۵۲ میلادی در منطقه Enewetak Atoll اقیانوسه آزمایش گردید. بعد از این اتفاق اتحادیه جماهیر شوروی آزمایشی مشابه به این را در سیبری انجام داد.

- - - به روز رسانی شده - - -

در سال ۱۹۵۷ میلادی، بریتانیا به این گروه پیوست و یکی از بمب های هیدروژنی (http://www.elmbin.com/%d9%85%d8%b4%d8%ae%d8%b5%d8%a7%d8%aa-%d9%81%d9%86%db%8c-%d8%a8%d9%85%d8%a8-%d9%87%db%8c%d8%af%d8%b1%d9%88%da%98%d9%86%db%8c-%da%a9%d9%87-%da%a9%d8%b1%d9%87%e2%80%8c%d8%b4%d9%85%d8%a7%d9%8 4%db%8c/) خود را روی جزیره مالدن در قلب اقیانوسیه انداخت. چین نیز نخستین بمب هیدروژنی اش را در منطقه آزمایش Lop Nur در سال ۱۹۶۷ میلادی منفجر کرد و فرانسه نیز اواخر همین سال آزمایشی مشابه را در جنوب اقیانوسیه انجام داد.

- - - به روز رسانی شده - - -

براساس اعلام کارشناسان، اغلب بمب های هسته ای که امروز توسط پنج عضور دائمی شورای امنیت سازمان ملل متحد (یعنی ایالات متحده آمریکا، فرانسه، انگلیس، روسیه و چین) مورد استفاده قرار می گیرند همگی از نوع حرارتی هسته ای (thermonuclear) هستند. در سال ۱۹۹۸ میلادی، هند مجموعه ای از آزمایشات هسته ای خود را انجام داد که طبق اعلام نظر کارشناسان یکی از آنها از نوع هیدروژنی بوده است، البته به ذعم بسیاری، آن بمب آنقدر قوی نبوده که بتوان به حسابش آورد. تشخیص انواع بمب هیدروژنی
http://www.elmbin.com/wp-content/uploads/2016/01/10-ivy-mike1.jpg?a047c3
اما نکته مهمی که کارشناسان برای تشخیص نوع یک بمب به آن رجوع می کنند، نوع گرد و غباری است که بعد از انفجار بر جای می ماند چراکه ایزوتوپ های رادیواکتیو، هر یک نشان دهنده فرایندهای متفاوتی هستند.برای نمونه با استفاده از این بقایا می توان تشخیص داد که آیا یک واکنش هسته ای شامل شکافت (یا تقسیم اتم های سنگین) بوده است یا علاوه بر آن، همجوشی (یا همان الحاق اتم های سبک) را نیز در بر می گرفته؟ اینکه مواد شکافتی اورانیوم بوده اند یا پلوتونیم و آیا هر دوی واکنش های شیمیایی رخ داده اند یا خیر، در کنار هم اتفاق افتاده اند یا با فاصله از هم، همه و همه از مواردی هستند که می توان با بررسی گرد و غبار به جای مانده از انفجارهای هسته ای تشخیص شان داد. الفبای ساخت بمب های هیدروژنی
در تسلیحات هسته ای از «انرژی قدرتمند هسته ای» استفاده می شود که ذرات دارای بار مثبت (یعنی پروتون ها) را در هسته اتم کنار هم نگه می دارد. این نیرو صرفا در فاصله های اندک موثر واقع می شود، با این همه، در حدود چندین تریلیون از گرانش قوی تر است و به همین خاطر به راحتی می تواند بر دافعه میان بارهای مثبت غلبه کند (می توانید آن را به سان نزدیک کردن دو قطب هم نام آهن ربا در نظر بگیرید). انواع تسلیحات هسته ای http://www.elmbin.com/wp-content/uploads/2016/01/1813aqov5wc2jjpg.jpg?a047c3 تسلیحات هسته ای هم بر دو نوع هستند؛ نخست نوعی که به واسطه تقسیم شدن هسته های بسیار بزرگ (شکافت هسته ای) کار می کنند و دیگر نوعی که با فشرده سازی اتم های بسیار کوچک (همجوشی هسته ای در بمب های هیدروژنی که تحت عنوان بمب های حرارتی هسته ای از آنها یاد می شود) فعال می شوند. در هر دوی این فرایندها مقدار قابل توجهی انرژی آزاد می گردد. نخستین مانع در ساخت یک بمب هسته ای پیدا کردن سوخت هسته ایست. انواع انگشت شماری از اتم ها در طبیعت وجود دارند که هم اندازه مناسب دارند و هم به اندازه کافی فراوانند که بشود با آنها بمب هسته ای تولید کرد.در بمب های شکافتی یا از اورانیم استفاده می شود یا پلوتونیم و یا ترکیبی از دوتریوم و تریتیوم (که هر دویشان اشکال کم یابی از هیدروژن هستند) تا همجوشی هسته ای اتفاق بیافتد.

تهیه اورانیوم برای ساخت تسلیحات هسته ای نیز کار آسانی نیست و برای این منظور به توده های غنی شده از شکل کمتر پایدار اورانیوم ۲۳۵ نیاز است که آن نیز تنها یک درصد از میزان اورانیوم موجود در طبیعت را تشکیل می دهد.۹۹ درصد باقی مانده از اورانیوم موجود در طبیعت نیز از نوع ۲۳۸ است که برای ساخت بمب های هسته ای به کار نمی آید چراکه به راحتی نمی توان اتم های آن را دچار شکافت هسته ای کرد. تفکیک این دو نوع اورانیوم که تقریبا از هر لحاظ به غیر از وزن با هم شبیه هستند نیز کار دشواری است و به زمان و انرژی زیادی نیاز دارد. محض اطلاع تان باید بگوییم، نیروگاهی که اورانیوم مورد نیاز برای ساخت نخستین بمب اتمی را عنی سازی کرد در حدود ۱۶۱ کیلومتر لوله کشی و هزاران هیتر و کمپرسور داشت تا اورانیومم را به گاز تبدیل کرده و بتواند ایزوتوپ های آن را از هم جدا کند. مشکلی که در مورد تریتیوم (یکی از ایزوتوپ های هیدروژن وجود دارد) از این هم بزرگ تر است. این ماده به شکل طبیعی تقریبا وجود خارجی ندارد و به همین خاطر لازم است که با استفاده از رآکتورهای خاصی تولید شود که کار ساختشان نیز ساده نیست و هر بار نیز میزان اندکی تریتیوم تولید می کنند.بنابراین اغلب کشورها نمی توانند سوخت هسته ای مناسب برای ساخت بمب را تامین کنند و در نتیجه توان تولید این بمب ها را هم ندارند. با در اختیار داشتن سوخت کافی اما می توان یک بمب هسته ای ابتدائی تولید کرد و آنچه برای این منظور نیاز دارید ایحاد شرایطی است که بتواند رشته ای از واکنش های شیمیایی را رقم بزند. یک انفجار هسته ای کوچک
http://www.elmbin.com/wp-content/uploads/2016/01/titanii2-1.jpg?a047c3

در تسلیحاتی که با شکافت هسته ای (http://www.elmbin.com/%d8%af%d8%b1%d8%a8%d8%a7%d8%b1%d9%87%e2%80%8c%db%8 c-%d8%b1%d8%a2%da%a9%d8%aa%d9%88%d8%b1-%d9%87%d9%85%d8%ac%d9%88%d8%b4%db%8c-%d9%87%d8%b3%d8%aa%d9%87%e2%80%8c%d8%a7%db%8c-%da%a9%d9%87-%d8%a2%d9%84/) کار می کنند، وقتی یک اتم اورانیوم ۲۳۵ تقسیم می شود دو نوترون آزاد می گردد. اگر هر کدام از این نوترون ها با یک اتم اورانیوم ۲۳۵ دیگر برخورد کند، آن دو اتم دچار شکافت شده و دو نوترون دیگر تولید می شود و این روند همچنان ادامه پیدا می کند. این اتفاق البته تنها در صورتی رخ میدهد که به مقدار کافی اورانیوم ۲۳۵ در یک بخش وجود داشته باشد تا هر کدام از نوترون ها شانس آن را داشته باشند که با اتم دیگر برخورد نمایند. بعد از آنکه مقدار کافی از اورانیوم ۲۳۵ به دست آمد، کار ساده خواهد بود. تنها کافیست که با دو توده کوچک از اورانیوم کار خود را آغاز نمایید و آنها را با سرعت بالا با هم برخورد دهید.تسلیحات نوع همجوشی پیچیدگی بیشتری دارند. همجوشی هسته ای نیازمند شرایطی است که تنها درون خورشید وجود دارد و آن دما و فشار بسیار بالاست (میلیون ها برابر چیزی که ما روی زمین داریم). سوخت هسته ای نیز باید برای مدتی طولانی در چنین شرایطی نگهداری شود تا همجوشی آغاز گردد. البته جزئیات تکنیکی این کار سِری است اما یکی از روش های ایجاد شرایط دمایی نظیر خورشید است که ابتدا یک شکافت هسته ای رخ دهد.به بیان دیگر لازم است که یک بمب هسته ای بسازید و از طریق آن، بمب هیدروژنی تان را آماده نمایید.بزرگ ترین بمب هیدروژنی تاریخ Tsar Bobma (https://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%A8%D9%85%D8%A8_%D8%AA%D8%B2%D8%A7%D8%B1) (سال ۱۹۶۱ میلادی) نام دارد که بیش از ۳۰۰۰ مرتبه بزرگ تر از بمب اتمی مورد استفاده در هیروشیما بود. وقتی این بمب در منطقه ای دورافتاده واقع در روسیه آزمایش گردید، پیش بینی شد هر فردی در فاصله ۱۰۰ کیلومتری از انفجار آن قرار داشته باشد دچار سوختگی درجه سوم خواهد شد. بعد از تست مشخص گردید به خاطر قدرت انفجاری بالای آن آزمایش، شیشه منازل در محدوده ۹۰۰ کیلومتری از محل انفجار شکسته است. این یعنی، اگر آن انفجار در برلین اتفاق می افتاد، شیشه منازل در لندن فرو می ریخت. برخورد با هدف اما امروز ساختن بمبی نظیر Tsar Bomba با موانعی روبروست. بمب اتمی که در سال ۱۹۴۵ میلادی، برسر اهالی هیروشیما فرود آمد، وزنی برابر با ۴۴۰۰ کیلوگرم داشت در حالی که Tsar Bomba بیست و هفت هزار کیلوگرمی بود. این نوع بمب ها را می توان صرفا از طریق هواپیماهای خاصی حمل کرد و با در نظر داشتن تکنولوژی های ضد هوایی امروزی، چنین هواپیماهایی پیش از آنکه بتوانند بمب های خود را روی موقعیت مورد نظرشان بریزند، هدف گرفته می شوند.بنابراین، امروز، اگر قرار باشد یکی از این بمب ها با هدفش برخورد کند، باید آنقدر کوچک باشد که بتوان آن را روی یک موشک سوار کرد و به همین خاطر، طراحی تسلیحات هسته ای امروزی، کاری است بس دشوار. هند ادعا کرده که یک بمب حرارتی هسته ای دارد اما ادعای آن هنوز هم ثابت نشده است. براساس اعلام Bhupendra Jasani (فیزیکدان کینگز کالج لندن) کشورهایی نظیر هند و پاکستان، به جای آنکه روی بمب های هیدروژنی کار کنند احتمالا مشغول ساخت نسخه های «بهبود یافته» از بمب های اتمی هستند.در این گونه بمب ها، بخش بیشتری از سوخت هسته ای مورد استفاده قرار می گیرد. بله، بمب هیروشیما بسیار قدرتمند و مخرب بود، اما در آن، صرفا ۱٫۴ از اورانیوم موجود در بمب مورد استفاده قرار گرفت. یکی از روش ها برای ساخت بمب های بهبود یافته اتمی این است که مقداری سوخت همجوشی در مرکز بمب جایگذاری شود. این ترکیب دوتریوم و تریتیوم در ادامه فشرده سازی می شود تا یک واکنش همجوشی را ایجاد کند. با این کار نوترون های بیشتری تولید می شوند و واکنش های سلسله وار سوخت شکافتی آغاز می گردد. حالا نیز، جدیدترین آزمایش هسته ای انجام شده توسط کره شمالی که طبق اعلام مرکز تحقیقات زمین شناسی ایالات متحده آمریکا زمین لرزه ای به بزرگی ۵٫۱ ریشتر را ایجاد کرده، با پرسش هایی از همین دست روبروست.ینگ ژیو یکی از کارشناسان کره شمالی در موسه مطالعات بین الملل چین (اتاق فکری که به وزارت امور خارجه چین مرتبط است) در این باره می گوید: علائم و نشانه های متناقضی در این باره وجود دارند. او ادامه می دهد: مقامات کره شمالی می گویند که بمب از نوع هیدروژنی بوده اما انفجار ناشی از آن باید به مراتب بزرگ تر می بود و در نتیجه اگر انفجار بزرگ تر این بود، باید زمین لرزه ای بزرگ تر را به وجود می آورد، بنابراین اوضاع کاملا مشکوک است.او در عین حال یادآور شد که کره شمالی مدتهاست مشغول ساخت یک بمب هسته ای شده و این آزمایش اغراق باشد یا هرچیز دیگری، گفته های مقامات این کشور نشان می دهد که چنین هدفی دارند و برای رسیدن به آن تلاش می کنند. بسیاری از کارشناسان خارجی نیز در مورد اظهارات اخیر کیم جونگ اون رهبر کره شمالی در مورد توانمندی های کشورش در ساخت بمب های هیدروژنی ابراز تردید کرده اند. برخی کارشناسان معتقدند که این کشور خود را برای تست نسخه قدرتمندتری از بمب هایی که سابق بر این آزمایش کرده آماده می کند. این را هم باید اضافه کرد که کره شمالی هنوز هیچ گونه اظهارنظری در مورد قدرت بمب منفجر شده در هفته قبل مطرح نکرده است. گفتنی است که قدرت یا انرژی آزاد شده توسط یک انفجار هسته ای معمولا با مقدار TNT که می تواند همان میزان انرژی را تولید کند، بیان می گردد. طبق برآوردهای صورت گرفته، نخستین بمب هسته ای که در سال ۲۰۰۶ میلادی آزمایش شد کمتر از یک کیلوتن انرژی از خود آزاد کرد و زمین لرزه ای به بزرگی ۴٫۱ ریشتر را ایجاد کرد. آزمایش هسته ای دوم در سال ۲۰۰۹ میلادی، حدودا دو تا ۶ کیلوتن انرژی از خود آزاد کرد و زمین لرزه ایجاد شده توسط آن نیز ۴٫۷ ریشتر بزرگی داشت.سومین آزمایش هسته ای این کشور نیز در سال ۲۰۱۳ میلادی انجام شد و انرژی آزاد شده از آن و زمین لرزه ایجاد شده به خاطر انفجارش به ترتیب هفت کیلوتن و ۵٫۱ ریشتر اعلام گردید. برای آنکه درک بهتری از این اعداد و ارقام داشته باشید، لازم است یادآور شویم که بمب هسته ای به کار رفته توسط ایالات متحده آمریکا در اوت سال ۱۹۴۵ میلادی در هیروشیما قدرت انفجاری برابر با ۱۵ کیلوتن داشت در حالی که قدرت نخستین بمب هیدروژنی تست شده توسط این کشور ۱۰۴۰۰ کیلوتن انرژی از خود آزاد کرد