الأسلحة النووية الأنشطارية

الأسلحة النووية الأنشطارية هي احد انواع الأسلحة النووية التي تكمن قوتها في عملية الأنشطار النووي لعنصر ثقيل مثل اليورانيوم ذو كتلة ذرية رقم 235 (يورانيوم-235) و بلوتونيوم ذو كتلة ذرية رقم 239 (بلوتونيوم-239) حيث تحفز هذه العناصر التقيلة على الأنشطار بواسطة تسليط حزمة من النيوترونات على نواتها والتي تؤدي الى انشطارها الى عدة اجزاء وكل جزء مكون بعد الأنشطار الأولي تمتلك من النيوترونات الخاصة بها ماتكفي لتحفيز انشطار اخر وتستمر هذه السلسلة من الأنشطارات التي تتم اجراءها عادة في المفاعلات النووية وكل عملية انشطار يؤدي الى خلق كميات كبيرة من الطاقة الحركية.

ترجع بداية هذه الفكرة الى العالم الفيزيائي ألبرت أينشتاين حيث قام في عام 1905 بنشر فكرة النظرية النسبية الخاصة , وحسب هذه النظرية فان الطاقة تساوي كتلة المادة مضروبا في مربع سرعة الضوء E = mc2 وحسب هذه المعادلة الشهيرة فان كمية قليلة من الكتلة تكون مساوية الى كمية هائلة من الطاقة فعلى سبيل المثال يمكن تحويل كغم واحد من المادة كاملة الى طاقة مساوية الى الطاقة الناتجة من تفجير 22 ميغاطن من مادة تي إن تي ولتوضيح اكثر فان هذه المعادلة تعني ان اي جسم له كتلة يكون له طاقة حتى اذا كان الجسم في حالة ثبات, هذه المعادلة كانت العامل الرئيسي الذي تمحور حوله فكرة االأسلحة النووية فبقياس كتل الانوية لذرات عناصر مختلفة يمكن تقدير الطاقة الموجودة فيها بمجرد ضربها في سرعة الضوء التي هي عدد ثابت (1,079,252,848.8 كم في الساعة او تقريبا 300,000 كم في الثانية).

في عام 1938 تمكن عالم من المانيا اسمه أوتو هان من شطر ذرة يورانيوم الى جزئين عن طريق تسليط حزمة من النيوترونات عليه وبعد هذه التجربة اصبحت فكرة الأسلحة النووية في متناول اليد. ويعتبر قنابل المواد المخصبة و قنابل الكتلة الحرجة اهم انواع الأسلحة النوويةالأنشطارية

الأنشطار النووي Nuclear fission هي عملية انشطار نواة ذرة ما الى قسمين او اكثر ويتحول بهذه العملية مادة معينة الى مادة اخرى وينتج عن عملية الأنشطار هذه نيوترونات و فوتونات حرة( بالاخص اشعة گاما) ودقائق نووية مثل دقائق ألفا alpha particles ودقائق بيتا beta particles. يؤدي انشطار العناصر الثقيلة الى تكوين كميات ضخمة من الطاقة المتحركة.

تستعمل عملية الأنشطار النووي لتزويد الوقود لمولدات الطاقة النووية وتحفيز انفجار الأسلحة النووية واذا امكن اخضاع عنصر ثقيل الى سلسلة من الأنشطارات النووية فان ذلك سيؤدي الى تكوين ما يسمى بالوقود النووي ويتم تحفيز هذه السلسلة المتاعقبة من الأنشطارات النووية في المفاعلات النووية ويعتبر اليورانيوم-235 و البلوتونيوم - 239 من اكثر انواع الوقود النووي استعمالا. تبلغ كمية الطاقة الناتجة من كمية معينة من الوقود النووي ملايين اضعاف الطاقة الناتجة من نفس الكمية من البنزين.

النيوترون جسيم أولي (دون ذري) يحمل شحنة كهربائية متعادلة، كتلته تساوي تقريباً كتلة البروتون، يوجد في أنوية الذرات، كما يمكن أن يوجد خارجها حيث يدعى بالنيوترون الحر. النيوترون الحر غير مستقر له متوسط عمر قدره حوالي 886 ثانية ( حوالي 15 دقيقة)، حيث يتحلل بعد هذه الفترة القصيرة يتحلل إلى بروتون والكترون. كون النيوترونات غير مشحونة يجعل من الصعب كشفها أو التحكم بها، الأمر الذي أدى لتأخر اكتشافها. فقد تم اكتشافها من قبل عالم الفيزياء حامل جائزة نوبل "جيمس شادويك".

كما أن النيوتونات الحرة (الإشعاعات النيوترونية) لها قدرتها عالية على النفاذ. الطريقة الوحيدة لتغيير مسار النيوترون هي بوضع نواة في مساره، حيث يتم تصادم تام المرونة. لكن احتمال اصطدام نيوترون حر متحرك بنواة ما ضمن المادة ضعيف جداً بسبب الفرق الهائل بين حجم النيوترون أو النواة بالنسبة للذرة (أي أن الذرة تحوي فراغاً كبيراً)، مما يعطي النيوترونات قدرة كبيرة على الاختراق.

تستخدم النيوترونات في شطر أنوية العناصر الثقيلة في المفاعلات النووية الانشطارية.

وقد تم اكتشاف النيوترون من خلال التفاعل
ان اثر الاشعاع اقل خطورة الى حد بعيد من اثار العصف والحرارة، ففي هيروشيما وناجازاكي، حيث قتل ما يزيد على مئة الف شخص مباشرة، كان 20-30% من الوفيات بسبب الحروق الاساسية، و50-60% من الاصابات الميكانيكية والحروق الثانوية و15% من الاصابات الاشعاعية، وادى الضغط الناتج من العصف الى تدمير هائل في المباني الى مسافات 2-3 كم من منطقة الانفجار. ان اثار الاشعاع تعتبر من الاثار غير المباشرة والتي تتضمن اثار الاشعة المؤينة على الاشخاص المتعرضين له في منطقة الانفجار والنبضة الكهرومغناطيسية.

الاشعة المؤينة الاولية:

تنطلق لحظة الانفجار النووي كمية كبيرة من طاقة الانفجار على شكل اشعة مؤينة: اشعة جاما وهي امواج كهرومغناطيسية تسير بسرعة الضوء، واشعة الفا وبيتا (او الكترونات) ونيوترونات وجميعها جسيمات تسير بسرعات مرتفعة جدا ولكن اقل كثيرا من سرعة الضوء. تنتج النيوترونات تحديدا من عمليتي الانشطار او الاندماج النوويتين، اما اشعة جاما فتنتج من العمليتين المذكورتين، وينتج معها اشعة بيتا من تحلل المواد العديدة من نواتج الانشطار النووي ذات اعمار النصف القصيرة جدا. بعد التفجير بلحظات، تتناقص كثافة الاشعاع النووي الاولي الناتج، ونتيجة للسرعات العالية التي تسير بها الانواع المختلفة من الاشعاعات مبتعدة عن نقطة الانفجار، تنتشر على مسافات شاسعة ولكن بتركيز مخفف جدا، كما ان امتصاص الغلاف الجوي لها يساهم في تخفيفها.

ان وصف الاشعاع الذي يمكن ان يوجد في مكان ما يتغير اعتمادا على المسافة من مكان التفجير. ففي قرب نقطة الانفجار تكون كثافة النيوترونات اكثر من كثافة اشعة جاما، ولكن مع ازدياد المسافة فان تناسب كثافة النيوترونات واشعة جاما يتغير حيث تزداد كثافة اشعة جاما وتقل كثافة النيوترونات الى ان تصبح كثافة النيوترونات صفرا بالمقارنة مع كثافة اشعة جاما. ومن الجدير ذكره هنا ان ازدياد قوة القنبلة لا يؤدي الى ازدياد مستوى الاشعاع الاولي بشكل يتناسب مع ازدياد قوة القنبلة، وفي النتيجة يصبح الخطر الاشعاعي اقل شأنا، مقارنة بالحرارة والعصف، في القنابل الاكبر قوة، فلقنابل بقوة تزيد على 50 كيلوطن يكون العصف والحرارة اكثر اهمية ويصبح التأثير الاشعاعي مهملا.

تكمن خطورة النيوترونات المنبعثة من التفجير النووي في انها تحول مواد الوسط المحيط بمكان التفجير الى مواد مشعة، فللنيوترونات قدرة كبيرة على التفاعل مع انوية ذرات المواد فتزيد من عدد النيوترونات اي تغير من النسبة بين عدد البروتونات الى عدد النيوترونات داخل النواة فتصبح الاخيرة نواة مشعة. واذا اضفنا المواد المشعة المتحولة بسبب النيوترونات الى المواد المشعة الناتجة اصلا من عمليات الانشطار التي ادت الى انفجار القنبلة النووية نفسها، فان كمية كبيرة من المواد المشعة تشكل تلوثا اشعاعيا يكون ما يعرف بالمتساقطات النووية وتشكل الخطر الاشعاعي الاساسي في الاسلحة النووية. ومن الضروري الاشارة هنا الى ان هذه المتساقطات هي مواد كيماوية تمتص من قبل النبات او يتم تناولها من قبل الانسان والحيوان حسب مواصفاتها الكيميائية والفيزيائية التي لا زالت الى الان تتقاذفها الشكوك، وان العديد من الاسئلة حولها لا تزال غير مجابة، مما يجعل توقعنا لمضارها بعيد عن الواقع وغير ذي صدقية علمية. كما الاشخاص الذين يكونون قريبين من منطقة الانفجار فقد يتلقون جرعات اشعاعية قاتلة ولكن الحرارة العالية والتدمير الناتج عن العصف سيكونان الاسبق الى التسبب بوفاتهم. اما الاشخاص الابعد عن مكان الانفجار فان الاثر الاشعاعي فيهم سيكون مهملا.

النبضة الكهرومغناطيسية:

تؤدي اشعة جاما المنبعثة من التفجير النووي الى انتاج الكترونات ذات طاقة عالية بسبب ظاهرة فيزيائية تعرف بتشتت كومبتن. تتأثر هذه الالكترونات بالمجال المغناطيسي للارض وتحجز على ارتفاع بين عشرين الى اربعين كيلومترا حيث تتتحرك جيئة وذهابا في هذا النطاق مشكلة تيارا كهربائيا متناوبا ينتج بدوره نبضة كهرومغناطيسية مترابطة تدوم حوالى جزء من الف جزء من الثانية، بينما تدوم اثارها الثانوية اكثر من ثانية.

بالرغم من عدم وجود اي اثر في الكائنات الحية من هذه النبضة، الا ان اثرها يكون مدمرا للاجهزة الالكترونية. فالنبضة الكهربائية ذات قوة كبيرة يمكن ان تجعل الاجسام المعدنية التي تمر بها كالكوابل تقوم بدور الهوائي منتجة جهوداً (فولتيات) مرتفعة جدا. يمكن لهذه الجهود والتيارات الكهربائية المصاحبة لها ان تدمر الاجهزة الالكترونية واسلاك التوصيل العادية التي لا تتحمل مثل هذه الجهود والتيارات العالية. كما ان الهواء الجوي الذي اصبح مؤينا يعطل البث الاذاعي والتلفزيوني ويعطل كل نظم الاتصالات اللاسلكية. في هذه الحالة يمكن حماية الاجهزة الالكترونية من خلال تغطيتها بالكامل بشبكة موصلة او ما يعرف بشبكة فارادي وهي عبارة عن جسم معدني مجوف يوضع في داخله اي جهاز كهربائي يراد حمايته. ان اجهزة الاتصال او اجهزة الراديو اذا وضعت في داخل هذا الجسم المعدني لا يمكنها العمل لعدم امكانية وصول الامواج الكهرومغناطيسية اليها.

ملخص التأثيرات:

تعتبر الاسلحة النووية وسائل قتل وتدمير وحرق شديدة الفاعلية، الا ان اثار التفجير النووي يمكن التقليل منها بصور كبيرة اذا كان رد الفعل الاني مناسبا، كما ان هذه الاثار وظروف التفجير قد لا تخضع للحسابات الرقمية المتوقعة، فالقاء القنبلة في ارض مستوية يفوق كثيرا القاءها في منطقة جبلية وتأخر او تقدم انفجارها لاجزاء من الثانية يساهم بشكل كبير في تقليل اثارها او زيادتها عشرات الاضعاف، اما ظروف الطقس من سرعة رياح ودرجة حراره وكمية رطوبة فانها تساهم بشكل مهم في فاعلية اثر القنبلة النووية، نستعرض الاثار المتوقعة للتفجيرات النووية في ظروف محددة بشكل مثالي بحيث يؤدي التفجير الى اكبر ضرر ممكن الا وهي الظروف التالية:

1- ارض مستوية،

2- طقس صحو ورؤية ممتازة،

3- ان يتم التفجير على ارتفاع مثالي منتجا ضغطا مقداره (103) كيلوباسكال، هذه الاثار ملخصة في الجدول أعلاه.

محددات عملية للقنبلة النووية الانشطارية:

من الناحية العملية فان قدرة القنبلة النووية الانشطارية محددة بقوة لا تتجاوز عدة مئات من الكيلوطن باستخدام كمية كبيرة جدا من المادة الانشطارية اللازمة لصنع سلاح نووي كبير. من الناحية التقنية فانه من الصعوبة بمكان الاحتفاظ بكمية كبيرة جدا من المادة الانشطارية في حالة دون الحرجة بانتظار تفجيرها عند الضرورة المؤدية لاستخدامها، كما انه من الصعوبة ايضا تحويل القنبلة المخزنة لفترة طويلة من الحالة دون الحرجة الى الحالة فوق الحرجة بسرعة كافية وقت الحاجة بحيث تنفجر بشكلها المناسب فمن المحتمل بشكل كبير ان يكون انفجارا «خداجا» بحيث ان غالبية المادة الانشطارية في القنبلة لا تنشطر بشكل مناسب وبالتالي لا يكون الانفجار فعالا على النحو المطلوب.

ان اكثر القنابل النووية الانشطارية فاعلية هي تلك التي يستهلك حوالي ربع محتواها من المادة الانشطارية قبل ان تنفجر فتبتعد مكونات القنبلة عن بعضها وتتطاير الثلاثة ارباع المتبقية من المادة الانشطارية بحيث لا يمكن الاستفادة منها، وفي الكثير من الحالات فان الفاعلية تكون اقل من ذلك بكثير، فالقنبلة التي القيت على هيروشيما والتي رمز لها بالولد الصغير كانت بفاعلية 1,4% فقط من محتواها من المادة الانشطارية اما تلك التي القيت على ناجازاكي فقد كانت فاعليتها 14% من محتواها الانشطاري. ان القنابل النووية الانشطارية ذات القوة الكبيرة غير محببة بسبب وزنها وحجمها والتكلفة المرتفعة لاستخدام كميات كبيرة من المواد الانشطارية ذات التخصيب العالي فيها.

من المحددات الاخرى في بعض انواع القنابل الانشطارية ان تصميمها يتطلب ابقاء درجة حرارة الدوائر الالكترونية ضمن مدى معين والا ادى ذلك الى اخفاق التفجير عندما يراد تفجيرها او ان تنفجر في الزمن والمكان غير المناسبين.