الفيزياء:
لفظ اشتق من
اليونانية فيزيكوس φυσικη (طبيعي)، والكلمة مشتقة من الجذر فيزيس φύσις
(طبيعة). الفيزياء هو علم الطبيعة , فبدءا من الكوارك البالغ الصغر إلى
الكون العظيم الممتد , تحاول الفيزياء صياغة قوانين رياضية تحكم هذا
العالم المادي الطبيعي و سبر أغوار تركيب المادة و مكوناتها الأساسية , و
القوى الأساسية التي تتبادلها الجسيمات و الأجسام المادية , إضافة إلى
نتائج هذه القوى. أحيانا في الفيزياء الحديثة تضاف لهذه المجالات دراسة
قوانين التناظر و الانحفاظ , مثل قوانين حفظ الطاقة و الزخم و الشحنة
الكهربائية. و لأجل هذا يدرس الفيزيائيون مجالا واسعا من الظواهر
الفيزيائية تمتد من المجالات الصغيرة المدى إلى المجالات الواسعة المدى ,
و من الجسيمات دون الذرية التي تتكون منها جميع المادة الباريونية في
الفضاء المادي سواء ضمن السرعات العادية أو قريبا من فيزياء الجسيمات) إلى
درساة سلوك الأجسام الفيزيائية في العالم الكلاسيكي إلى دراسة حركة
النجومسرعة الضوء و أخيرا دراسة الكون بمجمله).
الفيزياء النووية Nuclear physics :
تعد
الفيزياء النووية جزء من الفيزياء و الذي يهتم بدراسة نواة الذرة من حيث
سبر الجسيمات الأولية في قلب النواة "البروتونات والنترونات " وتفاعلها
فيما بينها بالاضافة إلى تفسير وتصنيف خصائص النواة.
إن ثلاثة قوى من
القوى الرئيسية الأربعة في الطبيعة تلعب دوراً أساسياً في النواة ، هذه
القوى هي : النووية الشديدة و الضعيفة بالاضافة إلى القوة
الكهرومغناطيسية. فالنواة تملك أسباب تماسكها بفضل القوة النووية الشديدة
والتي تتم غالبا ً بتبادل بيونات ولكن التنافر الكهرمغناطيسي بين الشحنات
الموجبة في النواة " البروتونات " يعمل على ابعادها عن بعضها البعض وفقاً
لقانون كولون.
الانشطار النوويNuclear fission:
هي عملية
انشطار نواة ذرة ما إلى قسمين او اكثر ويتحول بهذه العملية مادة معينة إلى
مادة اخرى وينتج عن عملية الأنشطار هذه نيوترونات و فوتونات حرة( بالاخص
اشعة گاما) ودقائق نووية مثل دقائق ألفا alpha particles ودقائق بيتا beta
particles. يؤدي انشطار العناصر الثقيلة إلى تكوين كميات ضخمة من الطاقة
المتحركة.
تستعمل عملية الأنشطار النووي لتزويد الوقود لمولدات
الطاقة النووية وتحفيز انفجار الأسلحة النووية واذا امكن اخضاع عنصر ثقيل
إلى سلسلة من الأنشطارات النووية فان ذلك سيؤدي إلى تكوين ما يسمى بالوقود
النووي ويتم تحفيز هذه السلسلة المتاعقبة من الأنشطارات النووية في
المفاعلات النووية ويعتبر اليورانيوم-235 و البلوتونيوم - 239 من اكثر
انواع الوقود النووي استعمالا. تبلغ كمية الطاقة الناتجة من كمية معينة من
الوقود النووي ملايين اضعاف الطاقة الناتجة من نفس الكمية من البنزين.
تفاصيل عملية الأنشطار النووي:
يختلف
الانشطار النووي عن عملية التحلل الإشعاعي من ناحية انه يمكن السيطرة على
عملية الأنشطار النووي خارجيا. تقوم النيوترونات الحرة الناتجة من كل
عملية انشطار إلى تحفيز انشطارات اخرى التي بالتالى تؤدي إلى تكوين
نيوترونات حرة اخرى وتستمر هذه السلسلة من الفعاليات مؤدية إلى إنتاج
كميات هائلة من الطاقة.
يطلق على نظائر عناصر كيميائية لها القدرة
على تحمل هذه السلسلة الطويلة من الأنشطارات النووية اسم الوقود النووي.
من أكثر أنواع الوقود النووي استعمالا هي اليورانيوم ذو كتلة ذرية رقم 235
(يورانيوم-235) و بلوتونيوم ذو كتلة ذرية رقم 239 (بلوتونيوم-239) ، هذين
العنصرين ينشطران بصورة بطيئة جدا تحت الظروف الطبيعية التي تسمى ب
الانشطار التلقائي spontaneous fission وتاخذ هذة العملية التلقائية
مايقارب 550 مليون سنة على أقل تقدير ولكن عملية الانشطار هذه يتم تحفيزها
والإسراع بها في المفاعلات النووية.
تنتج عادة عن سلسلة من
الأنشطارات في المواد المذكورة اعلاه طاقة حركية هائلة تقدر بحوالي المئات
من الكترون فولت(e.v) وللتوضيح فان 0.03 الكترون فولت قادر على تدفئة منزل
صغير . يرجع السبب الرئيسي في تفضيل اليورانيوم لاجراء عملية الأنشطار
النووي عليه لغرض تصنيع الأسلحة النووية إلى كون النظير 235 لليورانيوم او
مايسمى يورانيوم-235 خفيف الكتلة ويمكن تحفيز انشطاره بسهولة بواسطة تسليط
حزمة من النيوترون عليه وبعد الأنشطار يتولد 2.5 نيوترون وهذه الكمية من
النيوترون كافية لاستمرار عمليات انشطار متسلسلة و متعاقبة.
اندماج نووي:
الاندماج
النووي هو التفاعلات الذريه الناتجة من تفاعل اليورانيوم المخصب وذلك
بإطلاقه نحو ذرات الهيدروجين. أو هو تفاعل أنوية العناصر المتفاعلة مع
بعضها البعض مما يؤدي إلى تكوين نواة جديدة أثقل مما يؤدي إلى انتاج عنصر
جديد. ومن اهم امثلة الاندماج النووي هو اندماج ذرات الهيدروجين لتكوين
ذرات الهيليوم ولعل افضل مثال لهذه التفاعلات هي التفاعلات الشمسية والتي
تتطلق كمية كبيرة جدا من الطاقةو إن الطاقة التي تنتجها عملية الإندماج
النووي أكبر بكثير من الطاقة التي ينتجها الإنشطار النووي.
مفاعل نووي:
المفاعلات
النووية عبارة عن منشآت ضخمة يتم فيها السيطرة على عملية الأنشطار النووي
حيث يتم الأحتفاظ بالأجواء المناسبة لأستمرار عملية الأنشطار النووي دون
وقوع انفجارات اثناء الأنشطارات المتسلسلة. تستخدم المفاعلات النووية
لأغراض خلق الطاقة الكهربائية و تصنيع الأسلحة النووية و ازالة الأملاح
والمعادن الأخرى من الماء للحصول على الماء النقي و تحويل عناصر كيميائية
معينة إلى عناصر اخرى و خلق نظائر عناصر كيميائية ذات فعالية اشعاعية
واغراض اخرى.
يعتبر أنريكو فيرمي عالم في الفيزياء من ايطاليا
والذي حاز على جائزة نوبل في الفيزياء عام 1938 و غادر ايطاليا بعد صعود
الفاشية على سدة الحكم واستقر في نيويورك في الولايات المتحدة من اوائل من
اقترحوا بناء مفاعل نووي حيث اشرف مع زميله ليو زيلارد Leó Szilárd الذي
كان يهوديا من مواليد هنغاريا على بناء أول مفاعل نووي في العالم عام 1942
وكان الغرض الرئيسي من هذا المفاعل هو تصنيع الأسلحة النووية. في عام 1951
تم وللمرة الأولى انتاج الطاقة الكهربائية من مفاعل أيداهو في الولايات
المتحدة.
يتوقع بعض الخبراء نقصا في الطاقة الكهربائية في المستقبل
البعيد نتيجة ظاهرة انحباس حراري سببتها أنشطة بشرية مثل تكرير النفط
ومحطات الطاقة وعادم السيارات وغيرها من الأسباب وهناك اعتقاد سائد ان
الطاقة النووية هو السبيل الأمثل لسد هذا النقص في المستقبل.
مواد نووية:
وقود نووي - مادة مخصبة - يورانيوم - يورانيوم منشط - يورانيوم مخصب - بلوتونيوم
يورانيوم:
اليورانيوم
(Uranium) هو أحد العناصر الكيميائية المشعة الموجودة في الجدول الدوري،
ويرمز له بحرف U. عدده الذري هو 92، ومن أبرز صفاته: ثقيل، أبيض فضي، سام،
فلزي. أهم نظائره 235 الذي يستخدم في المفاعلات النووية وتصنع منه القنابل
الذرية والهيدروجينية الاندماجية والانشطارية، وكذلك 238 الذي يستخدم في
الدراسات والتشخيص ويستعمل أيضاً في تحسين الزراعة والعلاج الكيماوي.
تخصيب اليورانيوم:
عملية
تخصيب اليورانيوم Uranium enrichement عبارة عن عزل نظائر عناصر كيميائية
محددة Isotope separation من عنصر ما لغرض زيادة تركيز نظائر اخرى للحصول
على مادة تعتبر مشبعة بالنظير المطلوب على سبيل المثال عزل نظائر معينة من
اليورانيوم الطبيعي للحصول على اليورانيوم المخصب و اليورانيوم المنضب .
وتتم عملية التخصيب على مراحل حيث يتم في كل مرحلة عزل كميات اكبر من
النظائر الغير مرغوبة حيث يزداد العنصر تخصيبا بعد كل مرحلة لحد الوصول
إلى نسبة النقاء المطلوبة.
على سبيل المثال اليورانيوم المخصب
عبارة عن يورانيوم تمت زيادة نسبة نظائر اليورانيوم-235 فيه وازالة
النظائر الأخرى. وعملية التخصيب هذه صعبة و مكلفة وتكمن الصعوبة ان
النظائر الذي يراد ازالتها من اليورانيوم شبيهة جدا من ناحية الوزن
للنظائر الذي يرغب بالابقاء عليها و تخصيبها ويتم عملية التخصيب باستخدام
الحرارة عبر سائل او غاز لتساهم في عملية عزل النظائر الغير المرغوبة
وهناك طرق اخرى اكثر تعقيدا كاستعمال الليزر أو الأشعة الكهرومغناطيسية.
وقود نووي:
الوقود
النووي تركيب من التراكيب الخمسة للمفاعل النووي ويستخدم اليورانيوم بكمية
تكفي لحدوث التفاعل المتسلسل ويكون على شكل كرات صغيرة من اكسيد
اليورانيوم زيدت فيه نسبة نظير اليورانيوم235 الى 3% عن الموجود في
الطبيعة والتي تبلغ 0,7% بالنسبة لباقي نظائر اليورانيوم ويوضع الوقود في
أنابيب واقية مصنوعة من إحدى سبائك الزركونيوم.
سلاح نووي:
السحابة الناتجة من اسقاط قنبلة نووية على ناكاساكى فى اليابان 1945 وكانت ارتفاع السحابة 18كم
السلاح
النووي عبارة عن سلاح يعتمد في قوته التدميرية على عملية الإنشطار النووي؛
ونتيجة لعملية الإنشطار هذه تكون قوة انفجار قنبلة نووية صغيرة أكبر بكثير
من قوة انفجار أضخم القنابل التقليدية حيث أن بإمكان قنبلة نووية واحدة
تدمير أو إلحاق أضرار فادحة بمدينة بكاملها. فُجرت أول قنبلة نووية
للاختبار في 16 يوليو 1945 في منطقة تدعى صحراء ألاموغوردو Alamogordo تقع
في ولاية نيو مكسيكو New Mexico في الولايات المتحدة وسميت القنبلة باسم
القنبلة (أ) A-bomb وكان هذا الاختبار بمثابة ثورة في عالم المواد
المتفجرة التي كانت قبل اختراع القنبلة النووية تعتمد في قوتها على
الإحتراق السريع لمواد كيميائية الذي يؤدي إلى نشوء طاقة معتمدة فقط على
الإلكترونات الموجودة في المدار الخارجي للذرة؛ على عكس القنبلة النووية
التي تستمد طاقتها من نواة الذرة مستندة على عملية الإنشطار النووي وبهذه
العملية فان شكلاً دائرياً صغيراً بحجم كف اليد يمكن أن يسبب انفجاراً تصل
قوته إلى قوة انفجار يحدثه 20,000 طن من مادة تي إن تي.
القنبلة (أ)
A-bomb تم تطويرها وتصنيعها واختبارها من قبل ماسمي بمشروع مانهاتنالحرب
العالمية الثانية وكان المشروع يضم ابرز علماء الفيزياء في الولايات
المتحدة مثل أنريكو فيرمي Enrico Fermi و روبرت أوبنهايمر J. Robert
Oppenheimer والكيميائي هارولد أوري Harold Urey. بعد الحرب العالمية
الثانية قامت هيئة الطاقة النووية في الولايات المتحدةالقنابل
الهيدروجينية وتدريجيا بدأ إنتاج قنابل نووية أصغر حجما بكثير من القنابل
النووية الأولية التي كانت ضخمة الحجم وبدأت عملية تركيب رؤوس نووية على
الصواريخ التقليدية التي يمكن اطلاقها من على منصات متحركة أو من على سطح
البحر وحتى من تحت أعماق المحيطات. Manhattan Project التي كانت عبارة عن
مؤسسة امريكية ضخمة تشكلت في عام 1942 في خضم بإجراء أبحاث على
اُستُعمِلَت
القنبلة الذرية مرتين في تاريخ الحروب؛ وكانتا كلتاهما أثناء الحرب
العالمية الثانية عندما قامت الولايات المتحدة بإسقاط قنبلة ذرية على
مدينة هيروشيما في 6 اغسطس 1945 وقنبلة ذرية اخرى على مدينة ناكاساكي بعد
3 أيام، أي في 9 اغسطس 1945 وكلا المدينتين تقعان في اليابان. وقد أدى
إسقاط هاتين القنبلتين إلى قتل 120,000 شخص في نفس اللحظة، ومايقارب ضعف
هذا العدد بعد سنوات. وكانت الأغلبية العظمى من الضحايا في هذين المدينتين
من المدنيين. انتقدت الكثير من الدول الضربة النووية على هيروشيما و
ناكاساكي إلا أن الولايات المتحدة ارتأت انها احسن طريقة لتجنب اأعداد
أكبر من القتلى إن استمرت الحرب العالمية الثانية فترة أطول.
بعد
الضربة النووية على هيروشيما و ناكاساكي وحتى وقتنا الحاضر؛ وقع مايقارب
2000 انفجارا نوويا كانت بمجملها انفجارات تجريبية واختبارات قامت بها
الدول السبع التي أعلنت عن امتلاكها لأسلحة نووية وهي الولايات المتحدة
والاتحاد السوفيتي (روسيا حالياً) وفرنسا والمملكة المتحدة والصين
وباكستانوالهند. هناك عدد من الدول التي قد تمتلك اسلحة نووية ولكنها لم
تعلن عنها مثل إسرائيل وكوريا الشماليةوأوكرانيا، واتُهِمَت إيران مؤخراً
من قبل عدد من الحكومات بأنها إحدى الدول ذات القدرة النووية. يُستخدم
السلاح النووي في وقتنا الحاضر كوسيلة ضغط سياسية وكوسيلة دفاعية
استراتيجية، وتستعمل القدرة النووية أيضا استعمالات غير عسكرية للطاقة
أنواع الأسلحة النووية:
هناك ثلاثة انواع رئيسية من الأسلحة النووية وهي:
الأسلحة
النووية الإنشطارية Fission Weapons وتشمل الأنواع الفرعية: قنابل الكتلة
الحرجة Critical Mass ، قنابل المواد المخصبة Enriched Materials.
الأسلحة
النووية الإندماجية Fusion Weapons ومن أهم أنواعها: القنابل الهيدروجينية
Hydrogen Bombs والقنبلة النيوترونية Neutron Bomb. التي تعرف ايضا
بالقنابل النووية الحرارية Thermonuclear Bombs
الأسلحة النووية
التجميعية Combination Methods، وتشمل الأنواع الفرعية: القنابل ذات
الإنشطار المصوب Gun-type Fission Weapon ، قنابل الإنشطار ذات الانضغاط
الداخلي Implosion Method
1- الأسلحة النووية الإنشطارية
الأسلحة
النووية الأنشطارية هي احد انواع الأسلحة النووية التي تكمن قوتها في
عملية الأنشطار النووي لعنصر ثقيل مثل اليورانيوم ذو كتلة ذرية رقم 235
(يورانيوم-235) و بلوتونيوم ذو كتلة ذرية رقم 239 (بلوتونيوم-239) حيث
تحفز هذه العناصر التقيلة على الأنشطار بواسطة تسليط حزمة من النيوترونات
على نواتها والتي تؤدي إلى انشطارها إلى عدة اجزاء وكل جزء مكون بعد
الأنشطار الأولي تمتلك من النيوترونات الخاصة بها ماتكفي لتحفيز انشطار
اخر وتستمر هذه السلسلة من الأنشطارات التي تتم اجراءها عادة في المفاعلات
النووية وكل عملية انشطار يؤدي إلى خلق كميات كبيرة من الطاقة الحركية.
ترجع
بداية هذه الفكرة إلى العالم الفيزيائي ألبرت أينشتاين حيث قام في عام
1905 بنشر فكرة النظرية النسبية الخاصة ، وحسب هذه النظرية فان الطاقة
تساوي كتلة المادة مضروبا في مربع سرعة الضوء E = mc2 وحسب هذه المعادلة
الشهيرة فان كمية قليلة من الكتلة تكون مساوية إلى كمية هائلة من الطاقة
تي إن تي ولتوضيح اكثر فان هذه المعادلة تعني ان اي جسم له كتلة يكون له
طاقةاالأسلحة النووية فبقياس كتل الانوية لذرات عناصر مختلفة يمكن تقدير
الطاقة الموجودة فيها بمجرد ضربها في سرعة الضوء التي هي عدد ثابت
(1,079,252,848.8 كم في الساعة او تقريبا 300,000 كم في الثانية). فعلى
سبيل المثال يمكن تحويل كغم واحد من المادة كاملة إلى طاقة مساوية إلى
الطاقة الناتجة من تفجير 22 ميغاطن من مادة حتى اذا كان الجسم في حالة
ثبات, هذه المعادلة كانت العامل الرئيسي الذي تمحور حوله فكرة
في عام
1938 تمكن عالم من المانيا اسمه Otto Hahn من انشطار ذرة يورانيوم إلى
جزئين عن طريق تسليط حزمة من النيوترونات عليه وبعد هذه التجربة اصبحت
فكرة الأسلحة النووية في متناول اليد. ويعتبر قنابل المواد المخصبة و
قنابل الكتلة الحرجة اهم انواع الأسلحة النووية الأنشطارية
قنابل الكتلة الحرجة
كرة من البلوتونيم محاط باداة لتسليط النيوترونات عليه لايصالة إلى حالة الكتلة الحرجة
قنابل
الكتلة الحرجة عبارة عن نوع من الأسلحة النووية وبالتحديد يعتبر من انواع
الأسلحة النووية الأنشطارية ويعود فكرة اختراعها إلى عالم في الفيزياء من
ايطاليا اسمه أنريكو فيرمي Enrico Fermi والذي حاز على جائزة نوبل في
الفيزياء عام 1938 وقد غادر فيرمي ايطاليا بعد صعود الفاشية على سدة الحكم
في ايطاليا و استقر في نيويورك في الولايات المتحدة إلى ان توفى فيها عام
1954.
لتوضيح مفهوم الكتلة الحرجة تصور ان هناك كرة بحجم قبضة اليد
مصنوع من مادة يورانيوم-235 ، بعد تحفيز اولي لعملية الأنشطار النووي
بواسطة تسليط حزمة من النيوترون على الكرة سيتولد 2.5 نيترون جراء هذا
الأنشطار الأول لنواة ذرة يورانيوم-235 وهذا يكون كافيا لبدأ انشطار ثاني
في كل الأجزاء المتكونة من الأنشطار الأول واثناء هذه السلسلة المتعاقبة
من الأنشطارات في نواة الذرات يفقد الكثير من النيوترونات المتكونة إلى
سطح الشكل الكروي ولكن كمية النيوترونات المتكونة في الداخل كافية لادامة
عمليات الأنشطار وهنا يأتي دور الكتلة الحرجة التي يمكن تعريفها بالحد
الأدنى من كتلة مادة معينة كافية لتحمل سلسلات متعاقبة من الأنشطارات .
اذا
كان العنصر المستخدم في عملية الأنشطار النووي ذو كتلة يتطلب تسليطا
مستمرا بالنيوترونات لتحفيز الأنشطار الأولي للنواة فان هذه الكتلة تسمى
الكتلة دون الحرجة.
اذا كان العنصر المستخدم في عملية الأنشطار النووي
ذو كتلة قادرة على تحمل سلسلات متعاقبة من الأنشطار النووي حتى بدون اي
تحفيز خارجي بواسطة تسليط نيوترونات خارجية فيطلق على هذه الحالة الكتلة
الفوق حرجة . وهذه الكتلة الفوق حرجة اذا تم استعمالها كقنبلة نووية فيجب
ان يتم تجميعها بسرعة لان سلسلة الأنشطارات المتعاقبة سوف تستغرق مجرد
ثواني وستكون الطاقة الحركية الناتجة من الضخامة مما يؤدي إلى انفجار
القنبلة بسرعة فائقة.
يعتبر 15 جم من اليورانيوم-235 او 10 غم من
البلوتونيوم-239 في حالة كونهما بشكل كروي ومحاطين بمصدر يسلط عليهما
النيوترونات كتلة كافية للوصول إلى مرحلة الكتلة الحرجة. للكتلة الحرجة
تناسب عكسي مع كثافة العنصر و تعتمد على شكل العنصر المستخدم و نقاءه وطول
فترة تسليط النيوترونات عليه.
قنابل المواد المخصبة
اطنان من اليورانيوم الطبيعي يتم تخصيبها تحت الماء للتحكم في سرعة الأنشطار النووي لحيلولة دون وقوع انفجارات اثناء التخصيب
قنابل
المواد المخصبة عبارة عن نوع من الأسلحة النووية ويعتبر تحديدا من نوع
الأسلحة النووية الأنشطارية ويتم تصنيعها على الأغلب من تخصيب مادتي
اليورانيوم-235 او البلوتونيوم-239 ويعتبر الحصول على هذه المواد المخصبة
من اصعب الخطوات في بناء ترسانة نووية فعلى سبيل المثال خصصت الولايات
المتحدة 90% من الميزانية الأجمالية لبدايات مشروعها النووي للحصول على
اليورانيوم المخصب. ويعتقد ان الهند تمتلك هذا النوع من القنابل.
عملية
التخصيب عبارة عن عزل نظائر عناصر كيميائية محددة Isotope separation من
عنصر ما لغرض زيادة تركيز نظائر اخرى للحصول على مادة تعتبر مشبعة بالنظير
المطلوب على سبيل المثال عزل نظائر معينة من اليورانيوم الطبيعي للحصول
على اليورانيوم المخصب و اليورانيوم المنضب. وتتم عملية التخصيب على مراحل
حيث يتم في كل مرحلة عزل كميات اكبر من النظائر الغير مرغوبة حيث يزداد
العنصر تخصيبا بعد كل مرحلة لحد الوصول إلى نسبة النقاء المطلوبة.
على
سبيل المثال اليورانيوم المخصب عبارة عن يورانيوم تمت زيادة نسبة نظائر
اليورانيوم-235 فيه وازالة النظائر الأخرى. وعملية التخصيب هذه صعبة و
مكلفة وتكمن الصعوبة ان النظائر الذي يراد ازالتها من اليورانيوم شبيهة
جدا من ناحية الوزن للنظائر الذي يرغب بالابقاء عليها و تخصيبها ويتم
عملية التخصيب باستخدام الحرارة عبر سائل او غاز لتساهم في عملية عزل
النظائر الغير المرغوبة وهناك طرق اخرى اكثر تعقيدا كاستعمال الليزر او
الأشعة الكهرومغناطيسية.(وهذا تم شرحه من قبل)
وتبلغ نسبة
اليورانيوم-235 الذي يراد تخصيبه من اجمالي ذرة اليورانيوم الطبيعي نسبة
0.7% فقط ولكن هذا الجزء هو المرغوب فيه لكونه اخف من ناحية الكتلة من
الأجزاء الأخرى من اليورانيوم الطبيعي . الجزء المتبقي من اليورانيوم
الطبيعي بعد استخلاص جزء اليورانيوم-235 يسمى اليورانيوم-238 . تم تخصيب
اليورانيوم لأول مرة في الولايات المتحدة بعد الحرب العالمية الثانية حيث
تم بناء 3 من المفاعلات النووية في ولايات تينيسي و أوهايو و كنتاكي وكانت
الطريقة المستعملة عبارة عن ضخ كميات كبيرة من اليورانيوم على شكل غاز
يورانيوم هيكسافلوريد uranium hexafluoride إلى حواجز ضخمة تحوي على
ملايين الثقوب الصغيرة جدا وبهذه الطريقة يتم انتشار اليورانيوم-235 (وهو
الجزء المطلوب) بسرعة اكبر نسبة إلى اليورانيوم-238 (وهو الجزء الغير
مرغوب فيه لكونه اثقل من حيث الكتلة) وتم استغلال الفرق في سرعة الأنتشار
وجمع كميات هائلة من اليورانيوم-235 وتمتلك الولايات المتحدة يورانيوم
مخصب من النوع العالي الخصوبة بنسبة 90%.
هناك ثلاث مستويات من اليورانيوم المخصب:
اليورانيوم ذو الخصوبة العالية Highly enriched uranium وتحتوي على 20% من اليورانيوم-235
اليورانيوم ذو الخصوبة الواطئة Low-enriched uranium وتحتوي على اقل من 20% من اليورانيوم-235
اليورانيوم ذو الخصوبة المحدودة Slightly enriched uranium وتحتوي على 0.9% إلى 2% من اليورانيوم-235 .
2-الأسلحة النووية الإندماجية:
الأسلحة
النووية الاندماجية منذ نشوء فكرة خلق كميات هائلة من الطاقة خلال عملية
الانشطار النووي. أدرك العلماء أن خلق نفس الكمية الهائلة من الطاقة ممكنة
من الناحية النظرية والعملية بإجراء عملية معاكسة تماما لعملية الانشطار
النووي ألا وهي فكرة اندماج نواتين لذرتين خفيفتي الكتلة في عمليات اندماج
متسلسلة تسمى بعملية الاندماج النووي وكانت ذرة الهيدروجين هو الاختيار
الأنسب لكونها خفيفة الكتلة
هناك 3 نظائر للهيدروجين، وهي
الديتيريم deuterium والتريتيم tritium والبروتيم protium، وعندما يتحد
الديتيريم مع التريتيم يتكون نتيجة لهذا الاندماج ذرة هيليوم (He)ويتكون
أثناء هذه العملية طاقة حركية هائلة ولكنها أقل بالمقارنة بعملية الانشطار
النووي وتتطلب هذه العمليات الاندماجية كميات كبيرة من الحرارة تصل إلى
ملايين الدرجات المئوية ولهذا السبب يطلق تسمية القنابل النووية الحرارية
على هذا النوع من الأسلحة النووية.
يمكن تعريف السلاح النووي
الاندماجي بأحد أنواع الأسلحة النووية التي تكمن مصدر قوتها مع عملية
الاندماج النووي عندما تتحد أنوية خفيفة الكتلة مثل عنصر الديتريوم
Deuterium وعنصراللثيوم (Li)لتكوين عناصر أثقل من ناحية الكتلة حيث تتم
تحفيز سلسلة من عمليات الاتحاد بين هذين العنصرين وتنتج من هذه السلسلة من
عمليات الاندماج كميات كبيرة من الطاقة الحركية. ويطلق على القنابل
المصنعة بهذه الطريقة اسم القنابل الهيدروجينية H-bombs أو القنابل
النووية الحرارية Thermonuclear Bombs لأن سلسلة الاندماج المحفزة بين
أنوية هذه العناصر الخفيفة تتطلب كميات كبيرة من الحرارة وتعتبر القنبلة
النيوترونية والهيدروجينية من أهم انواع الأسلحة النووية الاندماجية.
جربت
هذه النوعية من القنابل لأول مرة عام 1951 م في الولايات المتحدة وكانت
هناك مزاعم متبادلة بين الولايات المتحدة والاتحاد السوفيتي حول من توصل
إلى تفجير أول القنابل من هذا الطراز حيث تزعم الولايات المتحدة أنها فجرت
القنبلة الأولى تجريبيا في 1 نوفمبر 1952 م ثم تلاها الاتحاد السوفيتي في
1 مارس 1954 م وقد خلق الانفجار التجريبي السوفيتي ضجة إعلامية لم يحظى
بها الانفجار التجريبي الأمريكي حيث تشكلت سحابة إشعاعية ضخمة فوق سفينة
صيد يابانية كانت على بعد 160 كم من موقع الانفجار وقام العلماء
اليابانيون بتحليل الغبار على ملابس الصيادين بعد عودتهم وانتشر بعد ذلك
خبر امتلاك الاتحاد السوفيتي لهذا النوع من الأسلحة النووية.
القنبلة الهيدروجينية:
قنبلة هيدروجينية أثناء انفجارها
القنابل
الهيدروجينية عبارة عن أحد أنواع الأسلحة النووية وبالتحديد يعتبر من نوع
الأسلحة النووية الأندماجية ويعرف أيضا باسم H-bomb أو القنبلة النووية
الحرارية. تصنع هذه القنابل بواسطة تحفيز عملية الأندماج النووي بين نظائر
عناصر كيميائية لعنصر الهيدروجين وبالأخص النظيرين التريتيوم (Tritium)
والديتيريوم (Deuterium) حيث ينتج من اتحاد هذين النظيرين للهيدروجين ذرة
هيليوم مع نيوترون إضافي ويكون الهيليوم الناتج من هذه العملية أثقل كتلة
من الهيليوم الطبيعي ويبلغ القوة الأنفجارية لهذا النوع من القنابل
مايقارب انفجار 1 مليون طن من مادة تي إن تي. وتسريع هذا الاتحاد يتطلب
كميات هائلة من الحرارة لذلك جاءت التسمية القنابل النووية الحرارية. ينتج
عن انفجار القنبلة الهيدروجينية حرارة شديدة واهتزاز هائل ورياح عاتية
شديدة السرعة وانبعاث هائل لأشعة جاما.
لا يزال هناك جدل حول
من توصل أول مرة إلى اختراع هذا النوع من القنابل. حيث أنه في فترة زمنية
متقاربة جدا في عام 1955 م زعم أندريه ساخروف (Andrei Sakharo) من الاتحاد
السوفيتيوإدوارد تيلر (Edward Teller) مع ستانيسلو أولام (Stanislaw Ulam)
من الولايات المتحدة باختراعهم لأول قنبلة هيدروجينية
القنبلة
النيوترونية (تسمى أيضا رأس الحرب الإشعاعي المتطور)و تسمي ايضا القنبلة
النظيفة فلا تدمر المنشأت و لكنها تبيد جميع الكائنات الحية عبارة عن احد
انواع الأسلحة النووية والتي تم اختراعها من قبل عالم في الفيزياء من
الولايات المتحدة واسمه ساميول كوهين Samuel Cohen وهو من العلماء الذين
شاركوا في صنع القنابل ذو الأنشطار المصوب التي القيت احدها على هيروشيما
في اغسطس 1945. وهناك مزاعم ان كوهين اشرف على صنع 700 قنبلة نيوترونية في
عهد الرئيس الأمريكي السابق رونالد ريغان وهناك مزاعم ان الصين بواسطة
اجهزة مخابراتها تمكنت من الأستيلاء على الخطوط العريضة لصنع القنبلة
النيوترونية.الميزة الرئيسية لهذه القنبلة هي دقة تدميرها للهدف حيث تلحق
اضرار طفيفة في المناطق المجاورة للهدف الرئيسي.
القنبلة
النيوترونية هي قنبلة من نوع الأسلحة النووية الأندماجية وهو شبيه
بالقنابل الهيدروجينية حيث يتولد كميات هائلة من النيوترونات نتيجة لعملية
الأتحاد النووي عندما تتحد انوية خفيفة الكتلة لتكوين عناصر أثقل من ناحية
الكتلة ويسمح لهذه الكمية الهائلة من النيوترونات من الأبعاث خلال صفائح
القنبلة وتكون الصفيحة المغلفة للقنبلة مصنوعا عادة من مادة الکروم
Chromium او النيكل Nickel وبهذا تكمن القوة التدميرية لهذه القنبلة في
الكم الهائل من الطاقة الحركية الناتجة من عدد هائل من النيوترونات التي
تشكلت بتحفيز خارجي بواسطة اتحاد مصطنع بين انوية مواد خفيفة الكتلة مثل
التريتيم Tritium .
بالاضافة إلى استعمال القنبلة النيوترونية كاحد
الأسلحة النووية فان لها استخدامات اخرى في المعارك التقليدية حيث يمكن
استعمالها كصواريخ ضد الدبابات و المصفحات العسكرية التي يصعب اختراقها
بالاسلحة التقليدية وبامكان قذيفة نيوترونية اختراق اكثر الدبابات حصانة
بسهولة من على بعد 10 كم حتى وان لم تصب القذيفة هدفها فان انفجارها سيولد
جرعة عالية جدا من الأشعاع النووي كفيلة بقتل من يتعرض لها خلال 24 ساعة.
3-الأسلحة النووية التجميعية:
كرة من البلوتونيم محاط باداة لتسليط النيوترونات عليه لايصالة إلى حالة الكتلة الحرجة
الأسلحة
النووية التجميعية هي احد انواع الأسلحة النووية التي تتم صناعتها بخطوتين
، تكمن فكرة هذا النوع من السلاح في خلق مايسمى الكتلة الفوق حرجة ويتم
هذا بدمج كتلتين تعتباران ذو كتلة دون الحرجة ولغرض عملية الدمج هذه يسلط
ضغط هائل على الكتلتين لدمجهما في كتلة واحدة تعتبر فوق الحرجة وينشأ من
عملية الدمج هذه كميات هائلة من الطاقة الحركية.
بعد استكمال
مرحلة الكتلة فوق الحرجة تاتي الخطوة الثانية وهي اشعال الفتيلة التى اما
تكون على شكل تصويب طلقة من اليورانيوم كما هو الحال في القنابل ذو
الأنشطار المصوب Gun-type Fission Weapon او تفجير قنبلة تقليدة في وسط
المادة ذو الكتلة فوق الحرجة كما هو الحال في قنابل الأنشطار ذو الأنضغاط
الداخلي
القنابل ذات الإنشطار المصوب:
قنبلة الولد الصغير
تصميم يوضح قنبلة الولد الصغير التي هي قنبلة ذو اشطار مصوب
القنابل
ذو الأنشطار المصوب عبارة عن احد انواع الأسلحة النووية وبالتحديد من نوع
الأسلحة النووية التجميعية وهذه النوعية من القنابل هي التي اسقاطها على
مدينة هيروشيما وسميت القنبلة بقنبلة الولد الصغير. هذه النوعية من
القنابل تعتمد على عملية الأنشطار النووي بالأضافة إلى فكرة قنابل الكتلة
الحرجة . حيث يتم اطلاق رصاصة مصنوعة من اليورانيوم لايصال عنصر معين إلى
مرحلة من التحمل حيث تستمر عمليات الأنشطار النووي حتى بدون تسليط
نيوترونات خارجية عليه والتي تسمى بحالة الكتلة الفوق حرجة. احد مساوئ هذه
القنبلة هي انها تتطلب كميات كبيرة من اليورانيوم-235ويتطلب بناء القنبلة
وقتا كبيرا.
في قنبلة الولد الصغير كانت الطلقة المستخدمة لتحفيز
الأنشطار النووي و الوصول إلى مرحلة الكتلة فوق الحرجة عبارة عن 24 كغم من
اليورانيوم-235 وكان طول الطلقة 16 سم وعرضها 10 سم واطلقت هذه الطلقة عبر
برميل كان وزنه 450 كغم وطوله 180 سم وكانت سرعة الطلقة 300 متر في
الثانية وعندما اصابت الطلقة هدفها المصنوع من اليورانيوم-235 ادى هذا إلى
تحفيز سلسلة من عمليات الأنشطار النووي وبلغت قوة القنبلة 15 كيلوطن من
مادة تي إن تي .
قنابل الإنشطار ذات الانضغاط الداخلي:
قنبلة الولد السمين
رد مع اقتباس
مواقع النشر (المفضلة)