چرا ساخت سلاح اتمی همچنان دشوار است و قدرت‌های هسته‌ای کم هستند؟
+6
رأی دهید
-1
یورونیوز: دانشمندان بیش از ۸۰ سال است که روی ساخت سلاح‌های هسته‌ای کار می‌کنند، اما این فناوری همچنان یک چالش پیچیده محسوب می‌شود.نخستین آزمایش سلاح هسته‌ای با اسم رمز «ترینیتی» (به معنای تثلیث )در ساعت ۵:۳۰ بامداد شانزدهم ژوئیه ۱۹۴۵ (۲۵ تیر ۱۳۲۴) در صحرای نیومکزیکو انجام شد. این آزمایش، اثباتی بر امکان‌پذیر بودن فناوری محرمانه هسته‌ای بود که در شهر لوس آلاموس، به عنوان بخشی از پروژه منهتن در جریان جنگ جهانی دوم، توسعه یافته بود.
تنها چند هفته بعد، این فناوری منجر به بمباران اتمی شهرهای هیروشیما و ناگاساکی در ژاپن شد.
از آن زمان تاکنون، روند توسعه سلاح‌های هسته‌ای شتاب گرفته است و کشورهای مختلف جهان، زرادخانه‌های هسته‌ای خود را گسترش داده‌اند. به عنوان مثال، ایالات متحده بیش از ۵ هزار کلاهک هسته‌ای در اختیار دارد.
با این که اجزای اصلی این فناوری دیگر مخفی نیستند، توسعه سلاح‌های هسته‌ای همچنان یک چالش علمی و مهندسی باقی مانده است. اما چرا تولید سلاح‌های هسته‌ای همچنان اینقدر دشوار است؟
بخش بزرگی از این دشواری به استخراج عناصر شیمیایی مورد استفاده در این سلاح‌ها برای ایجاد انفجار برمی‌گردد. هانس کریستنسن، مدیر پروژه اطلاعات هسته‌ای در «فدراسیون دانشمندان آمریکایی به وب‌سایت «لایو ساینس» گفت:
«ایده اساسی یک انفجار هسته‌ای این است که مواد هسته‌ای (شکاف‌پذیر) تحریک می‌شوند تا انرژی عظیم خود را آزاد کنند.» او افزود: «تولید ماده شکاف‌پذیر با خلوص و مقدار کافی یک چالش است و این تولید به ظرفیت صنعتی قابل توجهی نیاز دارد.»
آزاد شدن انرژی عظیم در این فرآیند به «واکنش شکافت هسته‌ای» معروف است. زمانی که این واکنش رخ می‌دهد، یک واکنش زنجیره‌ای آغاز می‌شود که در آن اتم‌ها شکسته می‌شوند تا انرژی آزاد کنند. این همان نوع واکنشی است که انرژی هسته‌ای را ممکن می‌سازد.
غنی‌سازی اورانیوم و پلوتونیوم
ماده شکاف‌پذیر داخل یک بمب هسته‌ای عمدتا ایزوتوپ‌های اورانیوم و پلوتونیوم است که هر دو از عناصر رادیواکتیو به شمار می‌روند. متیو زِرفی، استاد مهندسی هسته‌ای در دانشگاه دولتی پنسیلوانیا، در گفت‌وگو با لایو ساینس اظهار داشت: «ایزوتوپ رایج اورانیوم، اورانیوم-۲۳۸ (U-238) است که از معادن استخراج شده و سپس از طریق فرآیند غنی‌سازی تغییر می‌کند تا بخشی از آن به ایزوتوپ دیگر، اورانیوم-۲۳۵ (U-235)، تبدیل شود که می‌تواند به راحتی در واکنش‌های هسته‌ای استفاده شود.»
آقای زرفی افزود: «یکی از روش‌های غنی‌سازی اورانیوم این است که آن را به گاز تبدیل کرده و سپس با سرعت بسیار زیاد در سانتریفیوژها بچرخانیم. به دلیل تفاوت جرم بین اورانیوم-۲۳۵ با اورانیوم-۲۳۸؛ ایزوتوپ‌ها از هم جدا می‌شوند و می‌توانیم اورانیوم-۲۳۵ را جدا کنیم.»
برای تولید اورانیوم با درجه تسلیحاتی، باید ۹۰ درصد از یک نمونه U-238 به U-235 تبدیل شود. سخت‌ترین بخش این فرآیند که می‌تواند از چند هفته تا چند ماه طول بکشد، تغییر شیمیایی خود عنصر است که نیاز به انرژی زیاد و تجهیزات تخصصی دارد. یکی از خطرات شیمیایی در این فرآیند، احتمال آزاد شدن هگزافلوئورید اورانیوم (UF₆) است که یک ماده بسیار سمی است و اگر استنشاق شود، می‌تواند به کلیه‌ها، کبد، ریه‌ها، مغز، پوست و چشم‌ها آسیب برساند.
این استاد دانشگاه ادامه داد که فرآیند غنی‌سازی پلوتونیوم به همین میزان یا حتی پیچیده‌تر است، چرا که این عنصر به طور طبیعی مانند اورانیوم وجود ندارد. در عوض، پلوتونیوم یک محصول فرعی از راکتورهای هسته‌ای است، که به این معنی است که برای استفاده از پلوتونیوم، دانشمندان باید سوخت هسته‌ای مصرف‌شده و رادیواکتیو را پردازش کرده و ماده را از طریق لایه‌نشانی «شدید» شیمیایی پردازش کنند.
پردازش این ماده نیز می‌تواند خطر ایمنی ایجاد کند.
آقای زرفی گفت: «خیلی باید مراقب باشید که در حین ساخت این اجزا، از تجمع تصادفی آن‌ها جلوگیری کنید و از وارد شدن به شرایط بحرانی اطمینان حاصل کنید.» این امر ممکن است منجر به انفجار تصادفی شود.
اگرچه اصول علمی در مورد ترکیب این اجزا به خوبی پی‌برده شده است، اما ایجاد و کنترل این واکنش در کسری از ثانیه همچنان می‌تواند دشوار باشد.
زرفی گفت: «سلاح‌ها به گونه‌ای طراحی شده‌اند که وقتی منفجر می‌شوند، یک جرم "فوق بحرانی" از ماده شکاف‌پذیر در مدت زمان بسیار کوتاهی در یک فضای بسیار کوچک ایجاد می‌شود… این باعث افزایش تصاعدی تعداد واکنش‌های شکافت در سراسر ماده به صورت تقریبا آنی می‌شود.»
این گسترش سریع شکافت اتمی بخش بزرگی از آن چیزی است که یک واکنش هسته‌ای را تا این حد ویرانگر می‌سازد.
در مورد سلاح‌های گرماهسته‌ای (بمب هیدروژنی) که پس از جنگ جهانی دوم توسعه یافتند و ترکیبی از شکافت و همجوشی هسته‌ای برای ایجاد انفجاری قوی‌تر استفاده می‌کنند، ابتدا یک واکنش شکافت استاندارد باید واکنش همجوشی ثانویه و قوی‌تری را فعال کند. این واکنش همجوشی از همان نوع قدرتی است که در مرکز خورشید وجود دارد.
آزمایش سلاح‌های هسته‌ای
پس از ساخت این سلاح‌ها، دانشمندان و مهندسان باید اطمینان حاصل کنند که سلاح‌ها در صورت نیاز به درستی عمل خواهند کرد. زمانی که سلاح‌های هسته‌ای برای اولین بار ساخته شدند، دانشمندان آزمایش‌هایی را انجام می‌دادند که باعث ویرانی محیط زیست مناطق «متروکه» و آسیب به انسان‌ها و حیوانات ساکن در نزدیکی آن‌ها می‌شد.
در مقابل، آزمایش‌های سلاح‌های مدرن به مدل‌های کامپیوتری متکی هستند. در آمریکا، این بخشی از کارهایی است که توسط اداره امنیت هسته‌ای ملی (NNSA) انجام می‌شود.
سخنگوی این اداره گفت: «این کار شامل شبیه‌سازی‌های پیشرفته با استفاده از سیستم‌های ابرکامپیوتری، علم مواد و مهندسی دقیق است تا اطمینان حاصل شود که سلاح‌ها طبق هدف عمل می‌کنند.»
در نهایت، پیچیدگی‌ها و چالش‌های ساخت این سلاح‌ها ممکن است توضیح دهد که چرا تعداد کمی از ابرقدرت‌های هسته‌ای در جهان امروزی وجود دارند.