تصميم السلاح النووي: الفرق بين النسختين

 

ظهرت أغلب ابتكارات الاسلحة النووية من الولايات المتحدة الأمريكية، بالرغم من تطوير تصاميم أخرى من قبل دول غيرها لاحقاً. [٣] ويميز الوصف التالي التصاميم الأمريكية كانت تسمى الأسلحة الانشطارية في حساب صحفي في وقت مبكر بالقنبلة الذرية أو قنبلة أي نسبة لكلمة الذرة بالإنجليزية، ويمكمن الخطأ في التسمية من نشاط طاقة الذرة نفسها. تسمى الاسلحة المشمولة في عملية الاندماج بالقنبلة الهيدروجينية وهناك سبب آخر للخطأ في التسمية وهو الاعتقاد بالقوة التدميرية لطاقة القنبلة نظراً لعملية الاندماج. يفضل العاملون في هذا المجال استخدام مصطلحات مثل النووية والنووية الحرارية على التوالي.

{{الأسلحة النووية}}

==ردات الفعل النووية==

|title=Perfectionnements aux charges explosives (Improvements to explosive charges)

|url=http://worldwide.espacenet.com/publicationDetails/originalDocument?CC{{=}}FR&NR{{=}}971324&KC{{=}}&FT{{=}}E

 

ودرجة السخونة هذه تصل إلى مرحلة كافية لينبعث [[أشعة الجسم الأسود]] في الطيف الإشعاعي للأشعة السينية (أشعة اكس). هذه الأشعة السينية تُمتص بواسطة الهواء المحيط، فينتج النار والصوت العالي للانفجار النووي. معظم المنتجات الناتجة من الإنشطار النووي لها العديد من النيترونات فلا تكون مستقرة، فتكون مشعة بواسطة إنحلال بيتا، تحول النيترونات إلى بروتونات بواسطة [[اضمحلال بيتا]] (إلكترونات و أشعة غاما. مدى العمر النصف لها يتراوح من جزء من ألف من الثانيه إلى حوالي 200،0000 سنة. العديد يتحلل إلى نظائر تكون مشعة بنفسها، إذا من 1 إلى 6 ( متوسط 3) تحللات قد تكون متطلبة للوصول إلى الاستقرار<ref>Glasstone, ''Sourcebook'', p. 503.</ref>. في المتفاعلات، المنتجات المشعة تكون الفضلات النووية في الوقود المستهلك. في القنابل تصبح نثار ذري مشع، كلا المحلي والعالمي.

تركيب قنبلة انفجارية معا هو أعظم تحدي في تصميم سلاح الانشطار. حرارة الانشطار توسع تجويف اليورانيوم بسرعة لتفصل هدف النواة فتشكل مساحة للنيوترونات لتنبعث بدون أن تقبض. فتتوقف سلسلة ردات الفعل.

 

المواد التي يمكن أن تحمل سلسلة من ردات الفعل تسمى مواد انشطارية. اثنان من المواد الانشطارية المستخدمة في الأسلحة النووية هما:U-235 و يعرف أيضاً باليورانيوم عالي التخصيب (HEU)، أورالي (Oy) سبائك أوك ريدج. أو 25 ( آخر عدد من الإعداد الذرية، وهو 92 لليورانيوم و الوزن الذري هنا 235، على التوالي) ؛ و Pu-239، ويعرف أيضاً بالبلوتونيوم، أو 49 (من 94 و 239).

 

 

===اندماج النوى الذرية===

 

[[ملف:Deuterium-tritium fusion.svg|يسار|200بك]]

 

=== إنتاج التريتيوم===

:::<math>\ ^6\mathrm{Li} + n \longrightarrow ^4\!\!\mathrm{He} + ^3\!\mathrm{T} + 5\ \mathrm{MeV} </math>

 

 

انشطار ذرة واحدة من البلوتونيوم يطلق طاقة أكبر بعشر مرات من الطاقة الكلية لإنشطار ذرة واحدة من التريتيوم. لهذا السبب، يتم تضمين التريتيوم في مكونات الأسلحة النووية عندما تتسبب في انشطار أكبر من تضحيات إنتاجها، وتحديداً في حالة الانشطار المعزز بالانصهار. هناك أربعة أنواع رئيسية للأسلحة النووية، أولها الانشطار النقي و يستخدم التفاعل النووي الأول من الثلاث التفاعلات النووية المذكورة سابقاً. النوع الثاني هو الانشطار المعزز بالانصهار ويستخدم أول تفاعلين.النوع الثالث هو الانشطار النووي الحراري ذو مرحلتين و يستخدم جميع التفاعلات الثلاثة.

الاسلحة المدمرة -المواد القابلة للانشطار وأي عمليات عكسية أو عابثة مرتبطة به- تعرف بمسمى الحفرة (the pit). بعض هذه الأسلحة اختبرت خلال العام 1950م باستخدام أنواع مصنّعة من U-235 أو مركب البلوتنيوم<ref name="fact">[http://www.fas.org/sgp/othergov/doe/rdd-7.html "Restricted Data Declassification Decisions from 1945 until Present"] – "]دليل غلى إمكانية دمج الأورانيوم والبلاتينيو في نواة الأسلحة النووية.."</ref>، لكن الأنواع المصنّعة من البلوتنيوم كان الاصغر قطراً وأصبحت الأسلحة الرئيسية منذ بداية 1960.

 

 

لأن البولتونيوم يعتبر تفاعلاً كيميائيًا، فأنه من الشائع طلي الحفرة النهائية مع طبقة خفيفة من المعدن الخام، والتي بدورها تقلل من المخاطر السامة. وفي قنبلة ترينيتي تم استعمال طلاء الفضة المعدني، وبعد ذلك، وضع النيكل داخل أبخرة (النيكل رباعي الكربونيل) ولكن حاليًا يتم تفضيل الذهب.

التحسين الأول على تصميم قنبلة "الرجل البدين" كان بوضع مجال جوي بين الحفرة والوقود النووي لإنشاء تأثير "المطرقة والمسمار". والحفرة دُعمت بمخروط مجوّف داخل الوقود النووي لتكون مرفوعة. وفي الاختبارات الثلاثة لـ"عملية الحجر الرملي" في عام 1948م، اُستخدمت تصاميم "الرجل البدين" مع رفع الحفر. والنتيجة الكبيرة كانت بالحصول على 49 كيلو طن مما يعني أكثر بضعفين من محصول "الرجل البدين" من دون رفع الحفر<ref>مصدر العلومات حول الأسلحة النووية هو متاب تشك هانسون، "سيوف القيامة: تطور الأسلحة النووية الأميركية من٫ عام 1945م، ياٌنكليزية ''The Swords of Armageddon: U.S. Nuclear Weapons Development since 1945'', أكتوبر 1995, Chucklea Productions, المجلد 8 , ص. 154, جدول A-1, "U.S. Nuclear Detonations and Tests, 1945–1962."</ref>. وقد اتضح فورًا أن "الانفجار الداخلي" كان أفضل تصميم لسلاح الانشطار النووي، ولكن العيب الوحيد فيها هو قطرها. فقنبلة "الرجل البدين" كان عرضها 5 أقدام (1.5 متر) مقابل قدمين (0 سم) لقنبلة "الولد الصغير".

 

جهاز فات مان بموديل Pu-239 بت كان قطره يساوي 3.6 انش (9 سم) اي انه بحجم كرة السوفتبول بيسبول. الجزء الاكبر منه كان في الية الانفجار و بالتحديد في طبقات U-238، الألمنيوم، و المتفجرات الشديدة. السبب من تقليل الحجم كان تصميم (انهيار، تفجير النقطتين) العامل المهم في تقليل الحجم هو التصميم الثنائي النقاط للمتفجرات.

 

===انفجار خطي ثنائي النقاط===

 

===النظام الفعالي الجديد هو استخدام نقطتان للانفجار الداخلي===

 

 

توضيح جيد لاثنين من الملامح التي وردت في رسم توضيحي لبرنامج الأسلحة النووية السويدي عام 1956م (الذي تم انهاؤه قبل عمل تفجير تجريبي). الرسم التوضيحي يبيّن العناصر الأساسيّة في تصميم "نقطتين - حفرة جوفاء".

{{مقال رئيسي|أسلحة نووية انشطارية}}

 

* بما أن التجويف الداخلي المضغوط للحفرة لا يحتاج لأن يبقوا معاً، فيمكن استبدال التلاعب الهائل ل U-238 بقذيفة البيريليوم خفيفة الوزن (لكي تعكس النيترونات الهاربة إلى الحفرة مرة أخرى) ويتم تقليل القطر.

* حجم تجويف الحفرة يمكن تقليله إلى النصف دون أن يقل الإنتاج. ويقل القطر مرة أخرى.

[[ملف:Nuclear Weapon Miniaturization.png|400بك|يسار]]

 

 

==لأسلحة النووية الحرارية الثنائية المراحل==

في الأربعينات الميلادية، أعتقد مصمموا القنبلة النووية في [[مختبر لوس ألاموس الأمريكي]] بأن المرحلة الثانية ستكون بواسطة مادة الديوتيريوم بوضعها على هيئة مادة منصهرة أو على هيئة مركب الهيدريد. وهذا يجعل ردة فعل الاندماج النووي D-D، وهو أصعب من الحصول على D-T، لكنه أقل تكلفة. والقنبلة الذرية حينها ستتركز على جهة واحدة فقط مما يسبب اصصطدام وانضغاط يتسببان بسخونة الجهة القريبة وببداية التكاثر مع الجهة البعيدة. ولكن المحاكاة الرياضية برهنت على عدم إمكانية عمل هذه الطريقة حتى مع إضافة كميات كبيرة من مادة التريتيوم المكلفة ماديًا.

 

 

لقد تم اختبار مفهوم الانفجار النووي لأول مره في شهر مايو 9 من عام 1951 في جورج شوت لعمليات المنازل الخضراء في مدينة إينويتوكوالتي انتج عنه 225 كيلو طن. ولكن الاختبار الشامل الاول قد تم في الاول من نوفمبر من عام 1952 في مايك شوت لعمليات اللبلاب في اينويتوكو والذي نتج عنه 10.4 ميجا طن.

 

===مابين الاطوار (أو المراحل):===

 

المستويين الداخلي والثانوي مغطيان معا داخل غشاء فولاذي مقاوم للصدأ لتكوين جمعية فرعية معلبة، هذا الترتيب والذي لم يتصوره أحد في أي رسم مفتوح المصدر. التوضيح الأكثر تفصيلا للانترستيج يظهر سلاح نووي حراري بريطاني مع مجموعة من العناصر بين الأساسية والثانوية الأسطوانية سميت "عدسات النهاية وتركيز النيترون" و "عاكس/ نيترون حامل السلاح" و"الغلاف العاكس".

بينما تصب كل تصاميم القنابل النووية في احد التصنيفات السابقة، تصبح بعض التصاميم الخاصة بين الفينة والأخرى مثار لتقارير جديدة ونقاشات العامة، غالباً بتوصيفات خاطئة حول كيفية عملها وماذا ستعمل. مثال:

===القنابل الهيدروجينية===

 

أثارت فكرة القنبلة الهيدروجينية الأولى اهتمام الرأي العام في عام 1949 عندما أعلن علماء بارزين موقفهم الرافض من بناء قنابل نووية أقوى من نموذج الانشطار القياسي النقي لأسباب أخلاقية وعملية. كان افتراضهم أن اعتبارات الكتلة الحرجة سوف تحد من حجم الانفجارات الانشطارية بينما الانفجار الانصهاري من الممكن أن تكون قوته بكبر امداده بالوقود الذي ليس له حد للكتلة الحرجة. في عام 1949 فجر الاتحاد السوفيتي أول قنبلة انشطارية لهم وفي عام 1950 انهى الرئيس الأمريكي هاري ترومان الجدل حول القنبلة الهيدروجينية حين أصدر أمر للمصممين في لوس ألاموس لبناء واحدة. في عام 1952 تم اعلان انفجار آيفي مايك بقوة 10.4 ميجاطن كأول اختبار لقنبلة هيدروجينية معززة بذلك فكرة أن القنابل الهيدروجينية أقوى ألف مرة من القنابل الانشطارية.

 

في عام 1954 عُرف روبرت أوبنهايمر بمعارضته للقنابل الهيدروجينية، في ذلك الوقت لم يكن معروفاً لدى العامة بأن هناك نوعان آخران من القنابل الهيدروجينية -غير النوع الموصوف بدقة بأنه قنبلة هيدروجينية-. وفي الثالث والعشرين من شهر مايو عندما تم إلغاء تصريحه الأمني؛ كان البند الثالث من بنود الأحكام الأربعة العامة المتعارضة معه هو "مبدأه في برنامج الأسلحة الهيدروجينية". وفي عام 1949 قام روبرت بدعم المرحلة الأولية لتعزيز انشطار القنابل المنشطرة لتحقيق أقصى قدر من القوة التفجيرية في الترسانة بإعطاء المفاضلة بين منتجات البلاتنيوم و التراتيوم. و يذكر أيضاً بأنه كان ضد القنابل النووية الحرارية ثنائية المرحلة حتى عام 1951 حينما حدث الانهيار الإشعاعي الذي وصفه بأنه "التقنية الحلوة"، موضحاً ذلك بشكل عملي في البداية. ولم يُكشف عن موقفه حتى عام 1976، وذلك بعد تسع سنوات بعد وفاته<ref name="Advisor">Herbert York, ''The Advisors: Oppenheimer, Teller and the Superbomb )المستشارون: أوبنهايمر، تيللر والمتفجرة الفائقة القوة)'' (1976).</ref>.

 

===ساعة النداء/سلويكا===

استجابةً لمخاوف العامة على تداعيات الغبار النووي، فقد بُذلت جهود كبيرة لتصميم سلاح نووي نظيف متعدد الميجاطن، ويبقى الاعتماد الكامل على الاندماج النووي تقريبًا. يمكن للطاقة الناتجة عن طريق اندماج اليورانيوم الغير مخصب طبيعيًا، عندما يستخدم كمادة وقود نووي في المراحل الثانوية والمراحل المتعاقبة كما في تصميم "تيللر-أولام" من تقليل المحصول النهائي بشكل واضح كما كان في اختبار قلعة برافو {{إنك|Castle Bravo}}، حيث أدرك العلماء بأن وضع الوقود النووي كمادة في قنبلة غير قابلة للانشطار هو شرط أساسي في انفجار قنبلة 'نظيفة'، ومن الواضح أن في مثل هذه القنابل ستكون هناك كمية هائلة نسبيًا من المواد التي لا تجري فيها أي تحولات من كتلية إلى طاقة على الإطلاق، وذلك لحجم معين. والأسحلة "القذرة" مع أكثر من وقود نووي انشطاري يُعتبر أقوى بكثير من الأسلحة 'النظيفة' (أو، للحصول على عائد في النواتج، لذا هي أخف بكثير من الأسلحة 'النظيفة'). وأقدم حادثة معروفة لجهاز مكون من ثلاث مراحل يجرى اختبارها مع المرحلة الثالثة، هو الجهاز الذي سُمي الثلاثي، والموقودة بالمرحة الثانية كانت في 27 مايو 1956م في جهاز الباسون. وهذا الجهاز أُختبر في طلقة زوني إحدى عمليات الجناح الأحمر. هذه الطلقة استخدمت وقود نووي غير قابلة للاندماج مع مادة عازلة مثل:التنجستن أو الرصاص. وقد كان المحصول النهائي 3.4 ميجاطن مما يعني 85% اندماج وفقط 15% انشطار. وكما تؤكد السجلات العامة للأجهزة التي أنتجت أن النسبة الأعلى من محصولهم عن طريق الاندماج فقط هو 50 ميجاطن وكان ذلك في "قنبلة قيصر" ووصلت نسبة الاندماج إلى 97% من القنبلة الكلية<ref>[http://nuclearweaponarchive.org/Nwfaq/Nfaq4-5.html 4.5 Thermonuclear Weapon Designs and Later Subsections]. Nuclearweaponarchive.org. Retrieved on 2011-05-01.</ref>. والـ 9.3 ميجاطن في اختبار (Hardtack Poplar) حيث وصلت نسبة الاندماج إلى 95.2%. [32] والـ4.5 ميجاطن في اختبار نافاجو (Navajo) وصلت نسبة الاندماج فيه إلى 95%.

 

 

وعلى هذا النحو تبدو القنابل النظيفة ذات العائد المرتفع مجرد تجارب في العلاقات العامة فالأسلحة المنتشرة فعليا هي الإصدارات القذرة التي ضاعفت العائد لنفس حجم الجهاز. تصاميم الجيل الرابع والخامس الحديثة من الأسلحة النووية بما في ذلك أسلحة الانصهار النقية وأجهزة دفع الذبذبة النووية للمادة المضادة المحفزة

{{مقال رئيسي|قنبلة الكوبالت}}

 

 

طُلبت مثل هذه الأسلحة "المالحة" من قبل القوات الجوية الأمريكية وتم فحصها بدقة، ربما لدرجة صنعها وتجربتها، ولكن لم تنشر. في نسخة 1964م من كتاب "دي او دي/أي إي سي تأثير الأسلحة النووية، تم توضيح الموضوع في باب جديد بعنوان الحرب الإشعاعية. فنواتج الإنشطار مميتة بقدر الكوبلت المنشطر بالنيوترون. السلاح عالي-الإنشطار الحراري النووي الموحد هو سلاح تلقائي للحرب الإشعاعية، ببشاعة قنبلة الكوبلت. في البداية، تُكافئ أشعة الجاما الناتجة عن الإنشطار حجم قنبلة الانشطار الانصهار-الانشطار أكثر شدة من كوبلت - 60. 15000 مرة أكثر شدة في ساعة، 35 مرة أكثر شدة في اسبوع، 5 مرات أكثر شدة في شهر، وتقريبا مكافئ في ستة أشهر. ثم ينحدر الإنشطار بسرعة حتى يتكون التهدم النووي لكوبلت -60 الذي يكون أكثر شدة بثمانية مرات من نواتج الإنشطار في سنة و 150 مرة أشد في خمس سنوات.النظير طويل العمر الذي نتج بالإنشطار سيتجاوز الكوبلت -60 بعد 75 سنة تقريبا.

الثلاثي( 3مراحل) التصميم مثل يوآس ب41 سلاح نووي وقنبلة السوفييت تسار (تمت مناقشتها سابقاً) التي تم تطويرها في اواخر 1950 م وأوائل 1960م، التي تم الاستغناء عنها جميعها، مثل النموذج لمنتجات عديده قوية كالقنابل الثلاثيه التي لا تدمر الاهداف بكفاءه. عندما تهدر الطاقة في المجال فوق الأرض وتحتها. لذا، تُتيح جميع الأسلحة الثلاثيه وسيلة في الترسانات النوويه الحديثة لاستخدام عدة تكتيكات صغيره لاسلحة المرحلتين (على سبيل المثال ام أي آر في) بعض هذه القنابل ذو مرحلتين، حتى في المجال الأقل فعاليه، ومع ذلك فهو مدمر بشكل أكبر نظراً لمجموع وزن القنبله، حيث يمكنها أن توزع مايقارب بعدين من الأراضي عن النقطة الهدف.

 

 

 

لا يستخدم غطاء الانشطار في الأسلحة الإشعاعية المطورة او القنبلة النيوترونية كما سيتم مناقشتها لاحقاً.

 

إن كل اي ار دبليو كانت نوويات حرارية ثنائية المرحلة مع كل اليورانيوم المزال الغير ضروري لتقليل محصلة الانشطار، حيث يُنتِج النصهار النيترونات. لقد تم تطويرها في الخمسينات الميلادية من القرن العشرين، بينما نُشرت لأول مرة في فترة السبعينات بواسطة القوات الأمريكية في أوروبا، وسُحبت في فترة التسعينات الميلادية.

 

===اسلحة اورالوي الحرارية===

تم عقد أول اجتماع تصنيفي لتصاميم الأسلحة النووية في منتصف عام 1942م ب[[جامعة كاليفورنيا، بركلي|جامعة كاليفورنيا في بركلي]] وقد تم العثور على إكتشافات مهمه مبكرة من قبل [[مختبر لورنس بيركلي الوطني]] القريب. ففي في عام 1940م، مثلاً، تم إنتاج جهاز تحطيم الذرة وعزل البلوتونيوم واكتشفوا للتو الجهود السرية لصناعة اسلحة وطنية، وفي هذه الأثناء تم توظيف البروفيسور [[روبرت أوبنهايمر]]، وكان أول عمل له الدعوة لعقد مؤتمر صيف عام 1942م.

 

===مخبر لوس ألموس===

في لوس ألموس، في شهر أبريل من عام 1944، لقد اكتشف العالم [[إميليو سيغري]] أن تركيب القنبلة المدفعية المقترحة بإسم "الرجل النحيل" لن يعمل باستخدام عنصر بلوتونيوم لمشاكل في وحدة الكتلة الذرية الذي تسببه الشوائب الموجودة في بي يو-240. إذ أن القنبلة الإنفجارية باسم "الرجل السمين" كان لها الأفضلية لأن تصبح الخيار الوحيد لإستخدام عنصر بلوتونيوم. لقد ولدت المناقشات في بيركلي احصائيات نظرية للكتلة الحرجة ولكن لم يُحسم شيء في هذا الأمر.

يظهر في الصورة أدناه الجهاز الروبيان، انفجرت في 1 مارس 1954 في بيكيني، كاختبار قلعة برافو. كان لها انفجار 15 مليون طن أكبر من أي وقت مضى من قبل الولايات المتحدة. يظهر خيال رجل للمقياس. ويدعم الجهاز من الأسفل، في النهايات.

 

[[ملف:Castle Bravo Shrimp composite.png|600 بك|centre]]

 

 

تغطي حفر خامدة قسم مسطح يوكا من ال (أن تي أس)، نتيجة لانهيار الأرض فوق الكهوف المشعة تحت الارض التي تكونت بفعل الانفجارات النووية (أنظر الصورة).

 

==مرافق الانتاج==

 

قام معمل (واي-12) بتصنيع وقود الاندماج ليثيوم-6 ديوترايد و أجزاء يورانيوم-238، وهما المكونان الاخران لجهاز المرحلة الثانية (للثانوي).

 

==تصميم رأس صاروخ وقائي==

 

===وصلة العمل الاختياري===

 

==المراجع==