عشرة أسئلة مخزية عن الأسلحة النووية: أجاب الفيزيائي ديمتري بوبيدينسكي

في الجديد سلسلة المقالات يجيب الخبراء على الأسئلة التي عادة ما يكون من المحرج طرحها: يبدو أن الجميع يعرف ذلك بالفعل ، وسيبدو السائل غبيًا.

قبل العرض الأول لأوبنهايمر ، تحدثنا مع الفيزيائي ديمتري بوبيدينسكي عن القنابل الذرية. نأمل أن يكون الفيلم أوضح الآن.

1. كيف تختلف القنبلة الذرية عن القنبلة التقليدية؟

القنبلة ، من حيث المبدأ ، هي قذيفة محشوة بمتفجرات يمكنها أن تدخل في تفاعل كيميائي بسرعة كبيرة. عندما يحدث هذا ، يحدث انفجار - أي يتم إطلاق كمية كبيرة من الطاقة في وقت قصير.

قبل تفعيل القنبلة ، يتم تخزين هذه الطاقة في "حالة النوم" ، كما كانت. في القنابل العادية ، يتم تخزينها في شكل روابط بين ذرات الجزيئات. في القنبلة النووية - على شكل روابط بين جزيئات النواة والبروتونات والنيوترونات. إن الروابط بين الأخير أقوى بكثير ، لذا فإن الطاقة التي سيتم إطلاقها عند تنشيط القنبلة ستكون أكثر - مع افتراض ثبات العوامل الأخرى - حوالي مليون مرة.

2. ما هو الفرق بين القنابل الذرية والنووية والنووية الحرارية؟

غالبًا ما تكون مفاهيم القنبلة الذرية والنووية قابلة للتبادل وفي سياقنا تعني نفس الشيء: بالنسبة لانفجارها ، يتم استخدام تفاعل الانشطار النووي عناصر ثقيلةمثل اليورانيوم أو البلوتونيوم.

تستخدم القنابل النووية الحرارية مبدأً مختلفًا - الاندماج النووي الحراري ، الذي فيه مثل هذه الرئتين تندمج عناصر مثل الهيدروجين أو الليثيوم في عناصر أثقل ، بسبب الطاقة اللازمة لها انفجار.

فيما يتعلق بإطلاق الطاقة ، يمكن صنع القنابل النووية الحرارية ، على عكس القنابل النووية ، كبيرة جدًا. من الصعب جدًا مضاعفة قوة الشحنة النووية ، لكن من السهل نسبيًا زيادة قوة القنبلة النووية الحرارية.

حتى القنابل النووية الحرارية ليس لديها عامل ضار مثل الإشعاع. ولكن عندما تنفجر قنبلة نووية ، تتشكل العديد من العناصر غير المستقرة ويحدث تلوث إشعاعي للمنطقة.

ومع ذلك ، غالبًا ما تحتوي القنبلة النووية الحرارية على قنبلة نووية ، مما يؤدي إلى التلوث الإشعاعي ، وإن كان أقل.

كي تختصر:

• القنبلة الذرية والقنبلة النووية هي نفسها
• تستخدم القنابل الذرية تفاعلات العناصر الثقيلة ، والقنابل النووية الحرارية تستخدم القنابل الخفيفة ،
• من الأسهل زيادة قوة القنابل النووية الحرارية مقارنة بالقنابل الذرية ،
• مع انفجار نووي ونووي حراري بنفس القوة ، سيكون التلوث الإشعاعي أقل في الحالة الثانية.

3. كيف يتم تفعيل الأسلحة النووية وتوجيهها نحو الهدف؟

في المادة المشعة الموجودة داخل القنبلة الذرية ، يستمر التفاعل الانشطاري باستمرار في وضع الاحتراق. ومع ذلك ، فإن الطاقة المنبعثة في هذه الحالة ليست كافية لحدوث انفجار كبير.

من الممكن جعل العملية أكثر نشاطًا. لهذا ، يجب أن يكون تفاعل الانشطار متسلسلًا ومستدامًا ذاتيًا - أي ، بحيث يؤدي كسر رابطة بين جزيئات النواة إلى كسر أخرى ، وهكذا بترتيب متزايد. بعد ذلك ، سيؤدي هذا التأثير الشبيه بالانهيار الجليدي في أجزاء صغيرة من الثانية إلى إطلاق كمية كبيرة من الطاقة ، وبالتالي انفجار.

يوجد شيء مثل الكتلة الحرجة - الحد الأدنى من كتلة المادة اللازمة لبدء تفاعل تسلسلي انشطاري. أي ، لكي تنفجر القنبلة ، من الضروري تجاوز الكتلة الحرجة. لقد تم هذا بطريقتين:

1. قم بتوصيل شريطين متطابقين مع نفس المادة بداخلهما واضغطهما لفترة من الوقت. أي إذا كانت الكتلة الحرجة 10 كجم ، ويزن كل قضيب 6 كجم ، فعند توصيلها ، نحصل على قضيب يزن 12 كجم ، والذي سيتجاوز الكتلة الحرجة ، وسيبدأ تفاعل نووي متسلسل. هكذا ، على سبيل المثال ، فعل مبتكرو أول قنبلة "بيبي" ، والتي ألقيت على هيروشيما.
2. الكرة التي تقل كتلتها عن الحرجة تكون محاطة بالمتفجرات وتحدث انفجارًا موجهًا. تضغط موجة الصدمة هذه الكرة وتزداد كثافتها. تصبح كتلة هذه الكثافة الجديدة أعلى من الكتلة الحرجة ، ويبدأ التفاعل. تسمى هذه الطريقة بالانفجار الداخلي ، وقد تم استخدامها لتنشيط قنبلة الرجل السمين التي تم إسقاطها على ناغازاكي ، وكذلك بالنسبة للأداة ، وهي أول قنبلة تم تفجيرها في صحراء الولايات المتحدة. يظهر فيلم أوبنهايمر هذه اللحظة.

إن كيفية توجيه القنبلة إلى الهدف هي مسألة ديناميكية هوائية ومقذوفات فضائية. الآن هناك صواريخ باليستية برؤوس نووية أو نووية حرارية يتم إطلاقها في الهواء مثل صواريخ الفضاء ، لكنها لا تذهب إلى المدار. بدلاً من ذلك ، يبدأون في السقوط نحو الهدف على طول مسار معين محسوب مسبقًا.

4. ماذا يحدث بعد الانفجار؟

بعد انفجار القنبلة ، يتم إطلاق الكثير من الإشعاع الضوئي أولاً ، والذي يحرق كل شيء في دائرة نصف قطرها معينة. هذا الفلاش قوي للغاية بحيث يمكن مقارنته بإشعاع نجم في الفضاء. لذلك ، كل شيء في مركز الزلزال يحترق على الفور.

ثم تأتي موجة الصدمة. إنه يتحرك بسرعة أعلى من سرعة الصوت ، ولكن أقل من سرعة الضوء ، مجرفة كل شيء في طريقه: تدمير المباني ، اقتلاع الأشجار ، قلب السيارات.

بالتوازي مع ذلك ، فإن المنطقة ملوثة بالإشعاع. يمرض الناس بمرض الإشعاع ، فهم وأحفادهم يزيدون من نمو أمراض الأورام. النباتات والحيوانات تتحور. تصبح الحقول الزراعية غير صالحة للاستعمال.

5. هل الرؤساء النوويون لديهم حقًا زر أحمر؟

لا اعرف ذلك. أعتقد أنه عنوان رمزي. في الطائرة ، على سبيل المثال ، هناك أجهزة تُسجل عليها معلمات الرحلة ومحادثات الطيارين. يطلق عليهم الصناديق السوداء ، على الرغم من أنها مطلية باللون البرتقالي. وينطبق الشيء نفسه هنا - من غير المحتمل أن يصف "الزر الأحمر" التجسيد المادي.

لكن حقيقة وجود أسلحة نووية استراتيجية في حالة تأهب ، وجاهزة للاستخدام نسبيًا في أي لحظة ، هي حقيقة صحيحة. يمكن استخدامه عندما يكون هناك تهديد مباشر للدولة - من ضربة نووية إلى هجوم أجنبي ، على سبيل المثال. في هذه الحالة ، يعطي أول شخص في الدولة ، الرئيس ، أمرًا شخصيًا لإطلاقها.

بالإضافة إلى ذلك ، هناك أسلحة نووية تكتيكية غير معدة للاستخدام المباشر. يتم تخزينها في حالة "متوقفة" في الوحدات العسكرية.

6. هل الأسلحة النووية لها تاريخ انتهاء صلاحية؟

تستخدم القنابل النووية مادة مشعة غير مستقرة تخضع لعملية تحلل طبيعية. وبسبب هذا ، تصبح الخصائص النشطة للقنابل النووية أصغر وأصغر بمرور الوقت. لكن الحساب لا يستمر لسنوات ، ولكن لعشرات الآلاف من السنين.

على سبيل المثال ، يبلغ عمر النصف للبلوتونيوم 239 24000 سنة ، و عمر النصف لليورانيوم 235 هو 700000000 سنة. ماذا يعني ذلك؟ هذا يعني أنه بعد هذا الوقت فقط ستصبح المادة الفعالة في القنبلة نصف الكمية. أي ، في أفق مئات السنين ، لا تزال القنبلة النووية خطرة.

ومع ذلك ، بالإضافة إلى ذلك ، هناك عناصر إضافية في القنبلة ، لكل منها تاريخ انتهاء الصلاحية الخاص بها. أصبحت هذه العناصر أيضًا عفا عليها الزمن. على سبيل المثال ، يمكن أن تصبح المتفجرات الأكثر شيوعًا رطبة ، ويمكن أن تصبح الأجهزة الإلكترونية غير صالحة للاستعمال. لذلك ، فإن العمر الافتراضي لكل قنبلة معينة يعتمد على تصميمها.

7. هل يمكن للقنبلة الذرية أن تنفجر من تلقاء نفسها؟

غير محتمل أبدا. إن انفجار قنبلة نووية أو حرارية هو عملية يمكن أن يحدث فيها خطأ ما بسهولة. على سبيل المثال ، إذا سقطت قنبلة عن طريق الخطأ من طائرة على الرصيف ، فيمكن أن يتحرك شيء بداخلها ، انقر فوق ، ستبدأ عملية بدء الانفجار ، ولكن ، على الأرجح ، لن تكتمل بالكامل ولن تؤدي إلى عملاق إطلاق الطاقة. سيكون هناك "zilch" صغير.

على سبيل المثال ، في عام 1966 ، خلال الحرب الباردة ، أجرى سلاح الجو الأمريكي عملية Chrome Dome. كانت عدة قاذفات قنابل ذرية على متنها تحلق باستمرار في الهواء وكانت جاهزة في أي لحظة لضرب الاتحاد السوفياتي.

وقعت عدة حوادث خلال هذه العملية. ذات مرة ، سقطت قنبلة ذرية من الفتحة ، وسقطت شظاياها على قرية بالوماريس الإسبانية. اندلع حريق ولكن لحسن الحظ لم يحدث انفجار ولم يصب احد من السكان. كما سقطت القنبلة في البحر وتم سحبها بمشاركة الغواصين. كل من هذه الحالات ، على الرغم من العواقب السلبية الأخرى ، لم تؤد إلى تفعيل قنبلة نووية.

8. هل يمكن شراء أسلحة نووية؟

يكاد يكون من المستحيل الحصول على أسلحة نووية أو إنتاجها - فهي صعبة ومكلفة وغير قانونية.

في عام 1968 ، وقعت معظم الدول التي كانت قائمة في ذلك الوقت على معاهدة عدم انتشار الأسلحة النووية. يقيد إنتاج وبيع هذه الأسلحة. ومع ذلك ، يشتبه الآن في بعض الدول بانتهاكها. على سبيل المثال ، كانت هناك تقارير تفيد بأن إيران تريد الانضمام إلى نادي القوى النووية. يُزعم أن تطوير القنبلة الذرية جار على أراضيها.

ما يمكن قوله على وجه اليقين هو أن الشركات الخاصة بالكاد تستطيع تطوير أسلحة نووية. غالبًا ما تكون هذه مشروعات وطنية متاحة فقط للبلدان ذات الاقتصادات الكبيرة. في الواقع ، من أجل صنع قنبلة ذرية من الصفر ، يجب أولاً تخصيب الخام حتى يتم الحصول على النظير المطلوب من اليورانيوم العادي. بالإضافة إلى ذلك ، هناك حاجة إلى أدوات دقيقة للغاية لقياس وجود المتفجرات في الأسلحة.

بالإضافة إلى ذلك ، تراقب "شرطة مشعة" خاصة تداول العناصر المشعة. بعد كل شيء ، يترك الإشعاع دائمًا آثارًا. لذلك ، من الصعب التأكد من نقل كمية كبيرة من المواد المشعة في مكان ما بشكل غير محسوس.

9. كيف يختلف انفجار في محطة للطاقة النووية عن انفجار قنبلة ذرية؟

عندما تنفجر قنبلة نووية ، يحدث تفاعل متسلسل ، ويتم إطلاق الطاقة المخزنة في نواة الذرة. وفي حالة وقوع حادث في محطة للطاقة النووية ، ينشأ ضغط كبير داخل مفاعل نووي بمادة مشعة ، مما يؤدي إلى حدوث تمزق. تخيل أنك تغلي الحليب المكثف: إذا قمت بغلي إناء ، فسوف ينفجر.

نعم ، في كلتا الحالتين ، يحدث تلوث إشعاعي للمنطقة ، لكنه قد يختلف في الحجم. على سبيل المثال ، تمت إعادة إسكان هيروشيما وناجازاكي بعد سنوات قليلة من القصف. ولكن حول محطة تشيرنوبيل للطاقة النووية ، لا تزال منطقة الحظر محفوظة ، على الرغم من وقوع الحادث منذ وقت طويل - في عام 1986. لماذا؟

أولاً ، الحقيقة هي أن القنبلة الذرية في اليابان تم تفجيرها على ارتفاع عدة مئات من الأمتار فوق سطح الأرض ، وبالتالي "تجوَّر" الإشعاع بشكل أسرع. انفجر المفاعل في تشيرنوبيل على مستوى الأرض ، مما جعل التربة مشعة لسنوات عديدة. لقد بدأوا مؤخرًا في مقابلة الحيوانات والنباتات البرية دون علامات الطفرات.

ثانياً ، احتوت قنبلة "كيد" على حوالي 65 كيلوغراماً من اليورانيوم ، بينما احتوت قنبلة "الرجل السمين" على نحو 6 كيلوغرامات من البلوتونيوم. أطلق مفاعل تشيرنوبيل 180 طنًا من الوقود النووي. أي ، أثناء الحادث ، تم إطلاق قدر أكبر من المواد الضارة في الغلاف الجوي.

10. كم عدد القنابل الذرية اللازمة لتدمير الأرض؟ ماذا يحدث إذا اندلعت حرب نووية؟

ترسانة العالم النووية لديها الآن حوالي 13000 رأس نووي. هذا الاحتياطي لا يكفي ، على سبيل المثال ، لتحريك الأرض خارج مدارها وبالتالي تدمير الحياة عليها.

ومع ذلك ، إذا اندلعت حرب نووية ، فإن معظم سكان العالم سيعانون. إذا أخذنا في الاعتبار أن كل شخص خامس يعيش في مدينة يزيد عدد سكانها عن مليون ، فإن الضربات ضدهم ستؤدي إلى انخفاض كبير في عدد السكان.

بعد ذلك ، ستبدأ الحرائق في جميع أنحاء الأرض ، مما سيؤثر على المناخ. لذلك سيواجه الناجون الجفاف الهائل والأمطار الحمضية والمجاعة.