لماذا لا يزال من الصعب جدًا صنع أسلحة نووية؟

أول تجربة لسلاح نووي، تحمل الاسم الرمزي “”الثالوث“، تم إجراؤه في صحراء نيو مكسيكو في الساعة 5:30 صباحًا يوم 16 يوليو 1945. وكان هذا الاختبار بمثابة دليل على مفهوم العلوم النووية السرية التي تجري في لوس ألاموس كجزء من مشروع مانهاتن خلال الحرب العالمية الثانية وسيؤدي إلى إلقاء القنابل الذرية عليها هيروشيما وناغازاكيواليابان، بعد بضعة أسابيع فقط.

منذ تلك التفجيرات، تسارع تطوير الأسلحة النووية. قامت الدول في جميع أنحاء العالم ببناء منشآتها الخاصة المخزونات النوويةبما في ذلك أكثر من 5000 رأس نووي تمتلكها الولايات المتحدة

ومع ذلك، وعلى الرغم من أن المكونات الأساسية لهذه التكنولوجيا لم تعد سرية، إلا أن تطوير الأسلحة النووية يظل تحديًا علميًا وهندسيًا. ولكن لماذا لا يزال إنتاج الأسلحة النووية أمراً بالغ الصعوبة؟

جزء كبير من الصعوبة يأتي من استخلاص العناصر الكيميائية المستخدمة داخل هذه الأسلحة لإحداث انفجار، هانز كريستنسنقال مدير مشروع المعلومات النووية في اتحاد العلماء الأمريكيين لموقع Live Science في رسالة بالبريد الإلكتروني.

وقال “الفكرة الأساسية للانفجار النووي هي أن المواد النووية (الانشطارية) يتم تحفيزها لإطلاق طاقتها الهائلة”. “إن إنتاج مواد انشطارية ذات درجة نقاء كافية وكمية كافية يشكل تحدياً (و) يتطلب هذا الإنتاج قدرة صناعية كبيرة”.

متعلق ب: كم عدد القنابل النووية التي تم استخدامها؟

يطلق على الإطلاق الهائل للطاقة اسم أ رد فعل الانشطار النووي. عندما يحدث هذا التفاعل، يبدأ التفاعل المتسلسل حيث الذرات يتم فصلها لإطلاق الطاقة. وهذا هو نفس النوع من رد الفعل الذي يحدث الطاقة النووية ممكن.

تخصيب اليورانيوم والبلوتونيوم

المواد الانشطارية الموجودة داخل القنبلة النووية هي في المقام الأول نظائر اليورانيوم والبلوتونيوم، وهي عناصر مشعة، ماثيو زيرفيوقال أستاذ الممارسة في الهندسة النووية في ولاية بنسلفانيا لـ Live Science. يتكون اليورانيوم الطبيعي من نظائر مختلفة، بما في ذلك كمية كبيرة من اليورانيوم 238 (U-238) وكمية أصغر من اليورانيوم 235 (U-235)، وهو قابل للانشطار بسهولة أكبر. وللوصول إلى هذا النظائر الأكثر قابلية للانشطار، يتم استخراج خام اليورانيوم ثم يمر بعدة عمليات “للتخصيب” يتم فيها زيادة تركيز اليورانيوم 235 بحيث يمكن استخدامه في صنع الأسلحة النووية.

وقال زيرفي: “إحدى طرق تخصيب اليورانيوم هي تحويله إلى غاز وتدويره بسرعة كبيرة في أجهزة الطرد المركزي”. “بسبب الفرق في الكتلة بين اليورانيوم 235 واليورانيوم 238، تنقسم النظائر، ويمكنك فصل اليورانيوم 235.”

وقال زيرفي إنه بالنسبة لليورانيوم المستخدم في صنع الأسلحة، فإن هذا الفصل يستمر حتى تركيزات تزيد عن 90% من اليورانيوم 235. الجزء الأكثر تحديًا في هذه العملية، والذي قد يستغرق أسابيع إلى أشهر، هو التحول الكيميائي للعنصر نفسه، الأمر الذي يتطلب طاقة مكثفة ومعدات متخصصة. واحد خطر كيميائي خلال هذه العملية، من المحتمل أن يتم إطلاق سداسي فلوريد اليورانيوم (UF₆)، أ مادة شديدة السمية والتي، إذا تم استنشاقها، يمكن أن تلحق الضرر بالكلى والكبد والرئتين والدماغ والجلد والعينين.

وقال إن عملية إنتاج البلوتونيوم المستخدم في صنع الأسلحة أكثر تعقيدا، لأن هذا العنصر لا يتواجد بشكل طبيعي مثل اليورانيوم. وبدلاً من ذلك، يعد البلوتونيوم منتجًا ثانويًا للمفاعلات النووية التي تستخدم وقود اليورانيوم، مما يعني أنه لإنتاج البلوتونيوم، يحتاج العلماء إلى التعامل مع الوقود النووي المشع والمستنفد ومعالجة المواد من خلال المعالجة الكيميائية “المكثفة”. يمكن أن تشكل معالجة هذه المواد أيضًا خطرًا على السلامة إذا أ الكتلة الحرجة وقال زيرفي إنه يتم جمعها عن طريق الخطأ، وهي أصغر كمية من المواد الانشطارية اللازمة للحفاظ على تفاعل انشطاري مستدام ذاتيًا.

وقال: “ستكون حريصًا جدًا على عدم حدوث ذلك أثناء قيامك بتصنيع هذه المكونات للتأكد من عدم جمع الأشياء معًا عن غير قصد ودخولها في نوع من الأهمية”، مما قد يؤدي إلى انفجار عرضي.

متعلق ب: لماذا تركت القنبلة الذرية التي أسقطت على هيروشيما ظلال الناس محفورة على الأرصفة؟

على الرغم من أن المبادئ العلمية لجمع هذه المكونات معًا مفهومة جيدًا، إلا أن إنشاء هذا التفاعل والتحكم فيه في جزء من الثانية قد يكون أمرًا صعبًا.

وقال زيرفي: “تم تصميم الأسلحة بحيث يتم إنشاء كتلة “فوق حرجة” من المواد الانشطارية بسرعة كبيرة عند تفجيرها… في مساحة صغيرة جدًا”. “يسبب هذا زيادة هائلة في عدد الانشطارات المنتشرة في جميع أنحاء المادة بشكل فوري تقريبًا.”

وقال إن هذا الانتشار السريع للانشطار الذري هو جزء كبير مما يجعل التفاعل النووي مدمرا للغاية.

في حالة الأسلحة النووية الحرارية، التي تم تطويرها بعد الحرب العالمية الثانية وتستخدم مزيجًا من السلاحين النوويين الانشطار والانصهار ولإحداث انفجار أقوى، يجب أن يؤدي تفاعل الانشطار القياسي إلى إثارة تفاعل اندماج ثانوي وأقوى. رد الفعل الاندماجي هذا هو نفس نوع الطاقة الموجودة في مركز الشمس.

تجارب الأسلحة النووية

وبمجرد تصنيع هذه الأسلحة، يحتاج العلماء والمهندسون إلى التأكد من أن الأسلحة ستعمل حسب الحاجة، في حالة استخدامها. عندما تم تطوير الأسلحة النووية لأول مرة، كان العلماء يختبرون الأسلحة بأنفسهم في مواقع الاختبار (التي دمرت بيئة المناطق “المهجورة” حيث تم اختبارها كذلك الناس والحيوانات التي تعيش في مكان قريب). وفي المقابل، تعتمد اختبارات الأسلحة الحديثة على نماذج الكمبيوتر. وهذا جزء من العمل الذي تقوم به الإدارة الوطنية للأمن النووي (NNSA).

قال متحدث باسم NNSA لـ Live Science في رسالة بالبريد الإلكتروني: “تطوّر NNSA أدوات لتأهيل مكونات الأسلحة وإصدار شهادات للأسلحة، مما يضمن بقائها وفعاليتها في سيناريوهات مختلفة”. “يتضمن ذلك عمليات محاكاة متقدمة باستخدام أنظمة الحوسبة الفائقة وعلوم المواد والهندسة الدقيقة لضمان عمل الأسلحة على النحو المنشود.”

في نهاية المطاف، قد تفسر التعقيدات والتحديات المرتبطة ببناء هذه الأسلحة سبب وجود عدد قليل جدًا من القوى النووية العظمى في العالم اليوم.

ملاحظة المحرر: تم تحديث هذه المقالة الساعة 12:54 ظهرًا بالتوقيت الشرقي يوم 20 مارس لملاحظة أن الأسلحة النووية لها تفاعلات نووية، وليست تفاعلات كيميائية، كما ذكرنا سابقًا في التعليق العلوي للصورة. تم تحديثه مرة أخرى الساعة 7:05 مساءً بالتوقيت الشرقي في 31 مارس لتوضيح كيفية تخصيب اليورانيوم الطبيعي لزيادة تركيزات اليورانيوم 235.

---