[زهرة الياسمينا]

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:



قنبلة نيترونية لحظة وقوعها








نفس القنبلة بعد أجزاء من الثانية





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




تصميم يوضح قنبلة الولد السمين التي هي من نوع قنابل الأنشطار ذو الأنضغاط الداخلي


قنابل الانشطار ذو الانضغاط الداخلي عبارة عن نوع من الأسلحة النووية وبالتحديد من نوع الأسلحة النووية التجميعية وهي القنبلة التي اسقطت على مدينة ناكاساكي في اليابان واطلق عليها تسمية قنبلة الولد السمين وتعتبر اكثر تطورا من القنابل ذو الأنشطار المصوب علما ان كلا القنبلتين تعتمدان على فكرة الأسلحة النووية التجميعية Combination Methods . وقد بلغت قوة قنبلة الولد السمين مايعادل 20 كيلوطن من مادة تي إن تي . في هذه القنابل يتم تحفيز عمليات الأنشطار النووي باستخدام ضغط شديد على مادة معينة يراد توصيلها إلى مرحلة من التحمل حيث تستمر عمليات الأنشطار النووي حتى بدون تسليط نيوترونات خارجية عليه وهي نفس فكرة قنابل الكتلة الحرجة ولكن هنا يستعمل الضغط كمحفز لعملية الأنشطار النووي . عادة مايستعمل تفجير قنابل تقليدية في حاويات مغلقة مليئة باليورانيوم-235 او البلوتونيوم-239.

تعتبر هذه القنبلة عالية الكفاءة لأن النيوترونات الناجمة من الأنشطار هي اكثر عددا و اكبر كثافة.