هفتادمین سالگرد انفجار ناگازاکی؛ چرا 'فت‌من' خمره‌ای شکل بود

روز نهم اوت سال ۱۹۴۵، سه روز پس از انفجار نخستین بمب اتمی در هیروشیما، بمب اتمی دیگری در شهر ناگازاکی ژاپن منفجر شد.

این بمب به «فت‌من» (مرد چاق) معروف بود.

 

نام این بمب از یکی از شخصیت‌های رمان «شاهین مالت» نوشته دشیل همت، نویسنده آمریکایی داستان‌های پلیسی گرفته شد. رابرت سربر، یکی از شاگردان رابرت اوپنهایمر، پدر بمب اتمی، این نام را برای آن انتخاب کرد.

فت‌من در مقایسه با بمبی که در هیروشیما منفجر شد، گردتر، قطورتر و ویرانگرتر بود.

 

این بمب، خمره ای یا تخم مرغی شکل بود و ۳ متر و ۳۰ سانتیمتر طول داشت. قطر آن یک و نیم متر و وزن آن نزدیک به ۵۰۰۰ کیلوگرم بود و نزدیک به ۶ کیلوگرم پلوتونیوم در آن به کار رفته بود.
فت‌من چگونه کار کرد؟

دو بادکنک را در نظر بگیرید که یکی را آنقدر باد کنند تا بترکد و دیگری را به طور یکسان از همه جهت در دست بفشارند تا هر چه بیشتر متراکم شود و در اثر این فشردگی بترکد. در مورد دوم برای اینکه بیشترین صدا تولید شود، باید بادکنک را چنان فشرد که از حالت کروی خارج نشود. فت‌من بر اساس روش دوم عمل کرد.

 

به عبارتی، تراکم و فشار باید آنقدر در بمب ایجاد می‌شد که دچار شکافت هسته‌ای و انفجار مهیب شود.

برخلاف بمب اتمی هیروشیما که استوانه‌ای شکل بود، فت‌من تقریبا کروی بود.

به نوشته وبگاه دانشگاه استنفورد، علت کروی بودن این بمب، «تقارن در انفجار» بود زیرا این تقارن کروی باعث می‌شد که نیروی انفجار چاشنی‌ها در همه جهات به سمت مرکز بمب که مواد هسته‌ای در آن قرار داشت به طور یکسان حفظ شود.

 

برای اینکه صورت ساده‌ای از عملکرد این بمب به دست دهیم، مثال بازی هفت سنگ را در نظر بگیرید. توپی را که به سمت سنگ‌ها رها می‌کنیم در اثر برخورد به سنگ‌ها آنها را به اطراف پخش می‌کند. هر چه شدت توپ بیشتر باشد، سنگ‌ها بیشتر به اطراف پخش می‌شوند.

این توپ را نوترون تصور کنید که یکی از ذره‌های درون هسته اتم است. سنگ‌ها را هم هسته پلوتونیوم تصور کنید.

 

با برخورد نوترون (توپ) به هسته اتم پلوتونیوم (سنگ‌ها)، دچار واپاشی یا شکافت هسته‌ای می‌شود و بنابراین انرژی بسیار زیادی آزاد می‌شود.

 

ساختمان بمب باید طوری طراحی می‌شد که به تعداد مناسب نوترون تولید کند تا به طور مناسبی بتواند با هسته اتم واکنش هسته‌ای انجام دهند.

 

طرح کلی در این بمب اتمی این بود که به روشی نوترون (توپ)، هسته اتم‌های پلوتونیوم را بشکافد. چون سازندگان می‌خواستند شدت برخورد هر چه بیشتر شود، فت‌من را کروی ساختند تا فشار برخورد درون بمب بیشتر و یکنواخت باشد.

 

به اعتقاد سازندگان بمب، کروی بودن آن موجب می‌شد «عدم تقارن و مشکلات ناپایداری طی انفجار به حداقل برسد». آنها نگران بودند که بمب وقتی منفجر شود که هنوز شکافت هسته‌ای کامل رخ نداده است.

 

به نوشته وبگاه دانشگاه استنفورد، فت‌من متشکل از چند کره متحدالمرکز بود. کره‌هایی که تو در تو قرار می‌گرفتند.

بیرونی‌ترین پوسته کره از قطعاتی ساخته شده بود که عدسی شکل بودند و به آنها «سیستم انفجاری عدسی» گفته می‌شد. نوع شکل این قطعات باعث می‌شد که موجی که در اثر انفجار چاشنی‌ها در پوسته ایجاد می‌شد، به سمت داخل همگرا شود. این سیستم شدت فشار به داخل را زیادتر می‌کرد.

 

این موج را موج ضربه‌ای نامیدند.

طبق قوانین فیزیک، در پی موج‌های ضربه‌ای، افت فشار ایجاد می‌شود. این افت فشار در بمب مطلوب نیست و برای مهار آن، از یک کره دیگر (کره جذب کننده) استفاده می‌شود تا جلوی افت فشار را بگیرد و فشار را بالا برد.

 

کره مرکزی متشکل از پلوتونیوم و بریلیوم بود که درون آن کره دیگری بود که به آن «خرج نوترنی» می‌گفتند.

 

کره مرکزی را یک کره دیگر از اورانیوم احاطه کرده بود که بین پوسته مهارکننده افت فشار و کره مرکزی قرار داشت. نقش آن، این بود که کره پولوتونیوم را چنان حفظ کند که شکافت هسته‌ای درون آن رخ دهد، چون ممکن بود که شکافت هسته‌ای به درستی اتفاق نیافتد.

 

شکافت هسته‌ای که درون کره مرکزی رخ می‌داد، باعث می‌شد که خود کره دمای بالایی بیابد. اگر کره منبسط می‌شد، نوترون‌ها نمی‌توانستند هسته اتم پولوتونیوم را متلاشی کنند تا در اثر این واپاشی، نوترن‌های بیشتری آزاد شوند و زنجیروار نوترن‌های آزاد شده، اتم‌های بیشتری را بشکافند تا در نهایت بمب به مرحله انفجار مطلوب سازندگان برسد.

 

در مثال بادکنک، اگر فشار به آن از همه جهات یکسان نباشد، ممکن است در یک طرف فشار بیشتر شود و بادکنک به طور ناقص بترکد.

بنابراین نصب کره اورانیوم دور کره پولوتونیوم موجب می‌شد که نوترون‌ها فرصت بیابند هسته اتم را بشکافند.

 

کره اورانیوم همچنین نوترون‌هایی که در کره پلوتونیوم آزاد شده بودند و به جای حرکت به سمت «خرج نوترونی» به سمت بیرون فرار می‌کردند، را به مرکز برمی‌گرداند.

 

به این ترتیب در آخرین و کوچکترین کره، به اسم خرج نوترونی، به اندازه مناسب نوترون با هسته اتم پولوتونیوم وارد واکنش می شد و انفجار هسته‌ای رخ می‌داد.