نخستین سلاح هسته‌ای دنیا، یعنی بمب اتمی، در سال ۱۹۴۵ منجر به ویرانی شهرهای هیروشیما و ناکازاکی ژاپن شد. قوت انفجار این بمب‌ها به ترتیب حدود ۱۶ کیلوتن (۱۶,۰۰۰ تن) و ۲۱ کیلوتن تی ان تی بود و باعث مرگ صدها هزار نفر به دنبال انفجار و تأثیرات رادیواکتیو شد.
با این حال، تنها هفت سال پس از رها کردن بمب‌های اتمی در ژاپن، ایالات متحده یک سلاح هسته‌ای قدرتمندتر را آزمایش کرد: بمب هیدروژنی. بمب هیدروژنی یا بمب گرماهسته‌ای، قادر به ایجاد نیروی انفجاری صدها یا حتی هزاران برابر بزرگتر از بمب‌های اتمی است. قدرت این بمب‌ها به واسطه یک نوع واکنش هسته‌ای است که همان منبع اصلی انرژی در خورشید است، به نام همجوشی.
بمب‌های هسته‌ای اتمی برای ایجاد انرژی از واکنش شکافت هسته‌ای استفاده می‌کنند. اما قدرت اصلی بمب‌های هیدروژنی از واکنش همجوشی هسته‌ای نشأت می‌گیرد. این بمب‌ها از دو ایزوتوپ هیدروژن، یعنی دوتریوم و تریتیوم، به عنوان سوخت استفاده می‌کنند و به همین دلیل به آن‌ها بمب هیدروژنی می‌گویند.
با تشکیل همجوشی، عناصر سبک تحت دما و فشار بسیار بالا قرار گرفته و با ترکیب یا همجوشی، عناصر سنگین‌تری تشکیل می‌دهند و مقدار زیادی انرژی آزاد می‌شود. به ادعای روزنامه سان، نسبت به جرم مشابه سوخت، واکنش همجوشی انرژی بسیار بیشتری نسبت به واکنش شکافت هسته‌ای ایجاد می‌کند. این واکنش همجوشی در خورشید و دیگر ستاره‌ها به طور معمول اتفاق می‌افتد.
از آنجا که برای دستیابی به واکنش همجوشی، دما و فشار بسیار بالایی لازم است، تولید بمب هیدروژنی برای دانشمندان بسیار پیچیده‌تر از ساخت بمب اتمی بود. در نهایت، به دلیل دسترسی نداشتن به شرایط همجوشی، دانشمندان به واکنش شکافت روی آوردند. در نتیجه، قدرت بمب‌های هیدروژنی هم از شکافت و هم از همجوشی به دست می‌آید.
برای آغاز واکنش همجوشی، بمب هیدروژنی از دو مرحله تشکیل شده است: مرحله اولیه و مرحله ثانویه. در مرحله اولیه، ابتدا برای ایجاد واکنش شکافت، اورانیوم یا پلوتونیوم با مواد منفجره شیمیایی منفجر می‌شوند. سپس اشعه‌های ایکس به عنوان نتیجه واکنش شکافت، از محفظه‌ی اورانیوم بمب منعکس می‌شوند و آن‌ها را به سمت مرحله ثانویه هدایت می‌کنند.
حرارتی که از این واکنش بدست می‌آید، به دمایی حدود ۱۰۰ میلیون درجه سلسیوس می‌رسد، که تقریباً چهار برابر داغ‌تر از هسته خورشید است، و این دما کافی است تا فرآیند همجوشی در مرحله دوم آغاز شود. بخش اصلی انرژی بمب در مرحله دوم آزاد می‌شود، جایی که گرما و فشار شدید از انفجار شکافت، دوتریوم و تریتیوم را با هم ترکیب می‌کند.
| بیشتر بخوانید : چه چیز هایی از رویداد معرفی سری آیفون ۱۵ اپل انتظار داشته باشیم ؟ |
همچنین، فشار بسیار زیاد، سوخت همجوشی را در اطراف “شمع جرقه” اورانیوم یا پلوتونیوم فشرده می‌کند که انفجار شکافت را آغاز می‌کند و سوخت را به طور فزاینده‌ای داغ‌تر می‌کند و واکنش همجوشی را بهبود می‌بخشد. و بعد از همه این‌ها، هنوز یک انفجار دیگر باقی مانده است. انرژی عظیم حاصل از واکنش همجوشی منجر به آزاد شدن نوترون‌ها می‌شود – ذرات زیراتمی که معمولاً درون هسته‌های اتم‌ها مشتاق زندگی می‌کنند، اما در این حالت از مکان خود جدا شده و آزاد شده‌اند.
نوترون‌ها به طور آزاد به سوی لایه‌ای از پوشش اورانیوم که سوخت همجوشی را احاطه کرده است، حرکت می‌کنند – این عمل باعث واکنش شکافت دیگری می‌شود و بیش از نیمی از کل انرژی انفجاری بمب را به خود اختصاص می‌دهد. این ترکیب از واکنش‌های شکافت و همجوشی به صورت تقریباً فوری و همزمان اتفاق می‌افتد و نیروی مخرب بی‌نظیر یک بمب هیدروژنی را تولید می‌کند.
در نظریه، یک بمب هیدروژنی می‌تواند از بیش از دو مرحله استفاده کند – انفجار مرحله دوم می‌تواند برای ایجاد همجوشی در میزان بیشتری از سوخت در هر مرحله بعدی مورد استفاده قرار گیرد. در واقع، بزرگ‌ترین بمب تا به حال ساخته شده، یعنی بمب تزار، یک بمب هیدروژنی سه مرحله‌ای بوده است. این بمب که در سال ۱۹۶۱ توسط اتحاد جماهیر شوروی تست شد، یک انفجار با قدرت ۵۰ مگاتون ایجاد کرد، تقریباً ۱,۵۰۰ برابر قدرت بمب‌های اتمی است که بر هیروشیما و ناکازاکی منفجر شدند، و بیش از ۴۰ برابر قدرت بزرگ‌ترین سلاح هسته‌ای ذخیره شده در زرادخانه‌های آمریکا را دارد. این بمب باعث ایجاد یک آتش‌گرفتگی عظیم با شعاع حدود ۱۰ کیلومتر شد و ابر قارچی‌ای با ارتفاع بیش از ۶۷ کیلومتر و عرض ۹۶ کیلومتر ایجاد کرد.
چرا دانشمندان به ایجاد بمب هیدروژنی روی آوردند؟
چرا دانشمندان به ایجاد بمب هیدروژنی روی آوردند؟
در ابتدای دهه ۱۹۴۲، محققان فیزیک مانند جی. رابرت اوپنهایمر متوجه شدند که انرژی تولید شده از واکنش‌های همجوشی هسته‌ای می‌تواند یک سلاح بسیار قدرتمند به وجود آورد. اما در آن زمان، توسعه بمب‌های شکافتی اتمی در راستای پروژه منهتن به دلیل جنگ جهانی دوم در اولویت قرار گرفت.
با این حال، گروهی از محققان در آزمایشگاه لوس آلاموس به ادامه تحقیقات بر روی بمب هیدروژنی پرداختند و پس از پایان جنگ، به توسعه آن ادامه دادند. در سال ۱۹۴۹، پس از آزمایش شوروی با بمب شکافتی خود (به مراتب سریع‌تر از توقعات محققان آمریکایی و مقامات دولتی)، بحث‌ها در مورد تسریع توسعه بمب هیدروژنی جدی شد.
بعضی از محققان فیزیک، از جمله اوپنهایمر، نگران پتانسیل ویران‌کنندگی بیشتر بمب‌های هیدروژنی نسبت به بمب‌های اتمی بودند و به توسعه آن‌ها مخالفت کردند. انریکو فرمی و ایزیدور ایزاک رابی در گزارشی به کمیسیون انرژی اتمی نوشته‌اند:
«ضرورتاً چنین سلاحی بسیار فراتر از هر هدف نظامی قرار دارد و منجر به خسارات طبیعی بسیار بزرگ‌تری می‌شود. این سلاح به طور ذاتی نمی‌تواند به یک هدف نظامی محدود شود؛ بلکه به اصطلاح یک ابزار نسل کشی تبدیل می‌شود.»
اما در سال ۱۹۵۰، در محیط تنش‌های افزایش یافته اوایل دوره جنگ سرد، رئیس‌جمهور هری اس. ترومن از تخصیص منابع بیشتر برای تسریع توسعه بمب هیدروژنی حمایت کرد. در آن زمان، هنوز چالش‌های فنی در راه مهار همجوشی و ساخت یک بمب وجود داشت. اما موفقیت‌های اساسی در سال ۱۹۵۱ حاصل شد و ادوارد تلر، فیزیک‌دانی که در پروژه منهتن فعالیت می‌کرد و به توسعه بمب هیدروژنی پایبند بود، به همراه استانیسلاو اولام طرحی عملی برای ساخت بمب هیدروژنی تدوین کردند.
این طرح، اصول مرحله‌بندی و بهره‌گیری از انرژی اشعه ایکس برای آغاز همجوشی را معرفی کرد. این روش هنوز هم در تسلیحات هسته‌ای گرماهسته‌ای مدرن به کار می‌رود. طرح تلر-اولام به عنوان یک طرح کلاسیک شناخته می‌شود و ممکن است تنها روش کارآمد برای تولید بمب هیدروژنی باشد. ادوارد تلر به دلیل حمایت قوی از بمب هیدروژنی و نقش اساسی‌اش در طراحی این سلاح، اغلب به عنوان “پدر بمب هیدروژنی” شناخته می‌شود.
| بیشتر بخوانید : همکاری هوش مصنوعی و انسان؛ ChatGPT اولین ربات خود را طراحی کرد |
در ۱ نوامبر ۱۹۵۲، ایالات متحده اولین بمب هیدروژنی خود را در جزایر مارشال، به نام “مایک”، منفجر کرد. این بمب توانایی تولید انرژی معادل ۱۰ مگاتن یا ۱۰ میلیون تن TNT را داشت.
آزمایش‌های بمب هیدروژنی ادامه داشته و در سال ۱۹۵۴، آمریکا بزرگ‌ترین بمب هیدروژنی خود را به نام “کسل براوو” (Castle Bravo) آزمایش کرد. این انفجار توانایی تولید انرژی ۱۵ مگاتن را داشت و بیش از ۱,۰۰۰ برابر قوی‌تر از بمب‌های اتمی بود که روی هیروشیما انفجار یافتند.
این انفجار بسیار بزرگتر از توقعات دانشمندان بود و علاوه بر آنکه بزرگ‌ترین فاجعه رادیولوژیکی در تاریخ آمریکا را ایجاد کرد، مقدار زیادی پرتو به جو آزاد رها کرد.
بارش اتمی بر روی جزایر مسکونی باعث تخلیه مردم آن‌ها شد، همچنین یک قایق ماهیگیری ژاپنی به نام “اژدهای خوش‌شانس” که ۸۶ مایل دورتر بود، نیز تحت تاثیر قرار گرفت. تمامی افراد خدمه این کشتی دچار تشعشعات اتمی شدند و یکی از آن‌ها چند ماه بعد جان خود را از دست داد.
“اژدهای خوش‌شانس” هیچ‌گونه اطلاعاتی از پخش شدن هشدارهای اطرافیانی را نداشت، بنابراین از منطقه اطراف جزایر بیکینی دور نمی‌شدند. این خدمه کشتی به ژاپن سفر کردند و در طی یک هفته بسیار بیمار شدند. ماهی‌های آن‌ها نیز با تشعشع آلودگی وارد بازار ژاپن شدند. داستان “اژدهای خوش‌شانس” توسط رسانه‌های جهانی پوشش گسترده‌ای یافت و خطرات ناشی از تاثیرات هسته‌ای را در چشم افراد عمومی قرار داد.
آزمایش‌های تسلیحات هسته‌ای در نزدیکی جزایر مارشال تا سال ۱۹۵۸ ادامه یافت. در مجموع، آمریکا ۶۷ آزمایش هسته‌ای انجام داد که به تغییر مکان ساکنان محلی و ایجاد تأثیرات منفی بر سلامتی – از جمله افزایش خطر سرطان و نقص‌های مادرزادی – منجر شد و به محیط زیست آسیب زد.
در سال ۱۹۶۳، ایالات متحده، بریتانیا و اتحاد جماهیر شوروی پیمان منع آزمایشات محدود در تسلیحات هسته‌ای را امضا کردند و انجام آزمایش‌های هسته‌ای در فضا، زیرآب یا در جو ممنوع شد. این در حالی است که ذخائر تسلیحات هسته‌ای جهان – که بسیاری از آن‌ها بمب‌های هیدروژنی هستند – حدود ۱۲,۵۰۰ کلاهک هسته‌ای را شامل می‌شود و آمریکا و روسیه ۸۹ درصد از این ذخائر را در اختیار دارند.
