ساختار و خصوصیات فنی بمب های هسته ای که در ژاپن منفجر شد

ساعت 5 و 29 دقیقه صبح روز 16 جولای 1945 میلادی (25 تیر 1324 شمسی) سنگ های آتشفشانی کاریزوز در بیابان های هورنادا دل موئترو در صحرای نیومکزیکو بار دیگر از انفجاری مرگبار به خودشان لرزیدند، اما این بار آتشفشان نزدیک منطقه منفجر نشده بود، بلکه اولین بمب هسته ای یا بمب اتمی تاریخ در اینجا در قلب صحرایی که نامش «گذر مرد مرده» معنی می دهد، آزمایش شده و تاریخ بشریت را برای همیشه عوض کرده بود.

ترینیتی (Trinity) اسم رمز این آزمایش بود که توسط رابرت اوپنهایمر (J. Robert Oppenheimer) مدیر آزمایشگاه لوس آلاموس انتخاب شده بود. 21 روز بعد یک بمب اورانیومی با اسم رمز پسر بچه توسط هواپیمای بمب افکن بی – 29 و به خلبانی کلنل «پاول وارفیلد تیبتز جونیور» روی شهر هیروشیما منفجر و در لحظه باعث مرگ 80 هزار نفر شد. 3 روز بعد انفجار بمب پلوتونیومی با نام مرد چاق در شهر ناگازاکی 40 هزار نفر دیگر را کشت.

در این مقاله شما می توانید با ساختار و خصوصیات فنی بمب های هسته ای که در شهرهای هیروشیما و ناگازاکی ژاپن استفاده شدند، آشنا شوید.

آنچه که در ژاپن گذشت

راهکار آمریکایی ها برای متوقف کردن ژاپنی ها در جنگ جهانی دوم منجر به ساخت بمب اتمی با نام پسر کوچک (پسر بچه) شد که بر سر هیروشیما فرود آمد. این اولین بمبی بود که به عنوان سلاح هسته ای در تاریخ مورد استفاده قرار می گرفت. توجیه آمریکایی ها این گونه مطرح شد که این بمب برای پایان جنگ جهانی دوم و جلوگیری از کشتار غیر نظامیان انداخته شد.

برای تاثیر تخریبی بیشتر، بمب به نحوی تنظیم شده بود که 576 متر بالای سطح زمین منفجر شود انرژی تولید شده بوسیله این بمب با انرژی حاصل از 15 کیلو تن TNT فعل و انفعالات اتمی در مرکز این بمب باعث گرمایی حدود چندین میلیون درجه سانتیگراد شد. این گرمای عظیم هر چیزی را تا شعاع یک و نیم کیلومتری مرکز اصابت بمب بطورکلی ذوب کرد. دو سوم ساختمان های هیروشیما از جمله کارخانه های فولادسازی و صنعتی چون میتسوبیشی در اثر این بمباران نابود شدند تنها چیزی که از شهر باقی ماند ساختمان تالار ترویج صنعتی استانی هیروشیما بود که انفجار، بالای گنبد این بنا رخ می دهد و به خاطر قرار گرفتن در کانون مرکزی انفجار، کاملاً ویران نشد.

در این روز تابستانی بسیاری از مردم شهرهای نزدیک به هیروشیما آمده بودند تا به پاکسازی ویرانی های ناشی از بمباران چند روز پیش بپردازند. جمعیت شهر در آن روز حدود 350 هزار نفر تخمین زده می شد، با اینکه تابستان بود، دانشگاه ها و مدارس تعطیل بودند اما هیچیک از دانشجویان یا دانش آموزان به تعطیلات نرفته بودند. دانش آموزان دختر و پسر به دلیل جنگ هر روز در کارخانه های نظامی کار می کردند، یا به پاکسازی ویرانی های ناشی از بمباران ها می پرداختند. آنها از همه جا بی خبر نمی دانستند که تا ثانیه هایی دیگر چه فاجعه ای در انتظارشان است.

در نخستین میلیونیوم ثانیه انرژی حرارتی در فضا آزاد شد و هوا در محوطه ای به شعاع یک کیلومتر به گلوله آتش مبدل شده بود و حرارتی معادل چند میلیون درجه برای چند ثانیه بر فراز هیروشیما آسمان را به آتش کشید.

سه روز بعد از بمباران هیروشیما، یعنی در نهم آگوست سال 1945، شهر ناگازاکی هم مورد اصابت بمب اتمی مرد چاق قرار گرفت. با اینکه توان بمب دوم بیشتر بود، آسیب ناگازاکی به دلیل حالت دره مانندش کمتر شد.

جزئیات و خصوصیات فنی بمب هسته ای پسر کوچک

همانطور که گفته شد، پسر بچه اسم رمز بمب اورانیومی منفجر شده در هیروشیما بود. این اولین باری بود که کشوری در جنگ علیه کشور دیگر از سلاح هسته ای استفاده می کرد. این بمب توسط گروه فرمانده ستاد فرانسیس برش در قالب بخش O پروژه منهتن در آزمایشگاه لوس آلاموس ساخته شد.

پسر بچه، کامل شده پروژه ساخت بمب ناموفق مرد لاغر بود که همانند آن از شیوه سلاح شکافت تفنگی برای انفجار استفاده می کرد، اما قدرت انفجاری اش را از اورانیوم 235 می گرفت؛ در حالی که مرد لاغر از پلوتونیوم 239 ساخته شده بود. پروژه بمب اتمی مرد لاغر بعد از آن متوقف شد که محققان دریافتند روند شکافت خود به خودی در این بمب به دلیل غلظت بالای پلوتونیوم 240 برای انفجار به شیوه شکافت تفنگی بسیار بالا است.

در شیوه شکافت تفنگی یک سیلندر توخالی از اورانیوم غنی شده که به آن گلوله گفته می شود، به درون یک سیلندر پُر از همان ماده یا هدف با استفاده از پودر سوخت مایع نیتروسلولز (Nitrocellulose) شلیک می شود. این هدف حاوی 64 کیلوگرم اورانیوم غنی شده است و طی این فرآیند کمتر از یک کیلوگرم اورانیوم موجود، دچار شکافت هسته ای می شود. سرعت پایین در عملکرد این واکنش باعث می شود استفاده از این روش در بمب پلوتونیومی امکان پذیر نباشد، مگر اینکه پلوتونیوم خالص 239 وجود داشته باشد. اتفاقی که در این فرآیند می افتد، این است که باید نسبت جرمی دو قطعه، یعنی گلوله و هدف طوری انتخاب شود که آنها در مجموع به جرمی بحرانی برسند. البته واکنش شکافت خودبخودی آنها بوسیله نوترون های آزاد حتی قبل از ترکیب شدن کامل دو قطعه آغاز می شود.

با ورود نوترون های آزاد به هسته اتم اورانیوم 235 هسته اتم ها آزاد شده و شکافت اتفاق می افتد. نوترون های آزاد شده در این شکافت هسته دیگر اتم ها را ناپایدار کرده و واکنش زنجیره شکافت به سرعت رخ می دهد، اما این اتفاق همانطور که گفته شد، در مورد بمبی که بر فراز ناگازاکی منفجر شد، امکان پذیر نبود، چون میزان پلوتونیوم 240 بیشتر از حد لازم برای بروز واکنش زنجیره ای خودبخودی بود. به همین دلیل از روش دیگری برای ساخت بمب مرد چاق استفاده شد.

این نامگذاری ها به دلیل شکلی بود که ساختارهای فنی به این بمب ها داده بود؛ پسر بچه، لاغر و دراز بود تا فضای کافی برای شلیک گلوله به هدف مهیا باشد.

جزئیات و خصوصیات فنی بمب هسته ای مرد چاق

مرد چاق تا اینجای تاریخ دومین و آخرین بمب اتمی است که در یک جنگ علیه کشور دیگری استفاده شده است. سه روز بعد از انفجار هیروشیما این بمب پلوتونیومی بر فراز شهر ناگازاکی منفجر شد. مرد چاق در آزمایشگاه لوس آلاموس بوسیله پلوتونیوم غنی شده در سایت هندفورد طراحی شد. قطعات برای ساخت سه بمب ابتدا به سایتی در جزیره تینیان در نزدیکی ژاپن حمل شد.

این بمب 3.3 متر طول و 1.5 متر عرض و در مجموع 4700 کیلوگرم وزن داشت. از این میزان تقریباً 6.19 کیلوگرم آن پلوتونیوم 239 بود که بعد از انفجار تقریباً یک کیلوگرم آن دچار شکافت شد. این بمب از نظر ساختار شبیه بمبی بود که آزمایش ترینیتی در بیابان هورنادا دل موئترو آزمایش شده بود.

در این شیوه از انفجار از روش انفجار داخلی استفاده شده بود. در این روش یک قطعه از اورانیوم 238 که ناپایدار بوده و به خودی خود دچار فروپاشی می شود، نقش رها کننده نوترون را بازی می کند، اما این هسته به روشی از پلوتونیوم جدا شده و این وسیله مانع رسیدن نوترون های آزاد به پلوتونیوم 239 می شود. میزان وزنی که برای پلوتونیوم در نظر گرفته می شود، تقریباً 41 درصد جرم بحرانی آن برای انفجار خودبخودی است. بنابراین در حین انفجار یکسری انفجارهای درونی بوسیله مواد منفجره متعارف، مانع را خراشیده و شکسته و با رسیدن نوترون ها به پلوتونیوم هسته ماده ناپایدار شده و شکافت زنجیره ای شروع و در مدت کوتاهی به آزاد شدن مقدار زیادی انرژی منجر می شود.

بعدها از شیوه ساخت این بمب ها بطورکلی با تغییرات و البته بهبودهایی در ساخت بمب های دیگر اتمی به جز هیدروژنی که در آن به جای شکافت، هم جوشی هسته ای رخ می دهد، استفاده شد. این دو انفجار هسته ای به مسابقه تسلیحاتی منجر شد که تا پایان جنگ سرد به شدت ادامه یافت.

با توافق آمریکا و شوروی سابق، پیمان خلع سلاح هسته ای و محو کامل سلاح های هسته ای بعد از پایان جنگ سرد و فروپاشی بلوک شرق امضاء شد، اما سیاست های کشورهای دارای سلاح های هسته ای نشان داده است نه تنها عزمی به جمع آوری آن نیست بلکه همچنان جهان در سایه تهدید بمب های هسته ای به سر می برد.

منابع

مقاله علمی و آموزشی «ساختار و خصوصیات فنی بمب های هسته ای که در ژاپن منفجر شد»، نتیجه ی تحقیق و پژوهش، گردآوری و نگارش هیئت تحریریه علمی پورتال یو سی (شما می توانید) می باشد. در این راستا مقاله ستی مولایی در مجله دانستنیها و مهسا نیکدل در مجله دانشمند، به عنوان منبع اصلی مورد استفاده قرار گرفته است.