القنابل النووية... من الانشطار والاندماج إلى الانفجار

خرجت الولايات المتحدة مع نهاية الحرب العالمية الثانية متوجة بلقب القوة العظمى الوحيدة في العالم التي تمتلك قدرات نووية، لكن ذلك لم يدم طويلاً، فقد نجح الاتحاد السوفياتي بمساعدة شبكة من الجواسيس الذين سرقوا أسراراً نووية أميركية في اختبار قنبلته الذرية عام 1949، وعززت الدولتان في ما بعد خلال الحرب الباردة ترساناتهما من الرؤوس الحربية النووية.
بحلول أواخر ستينيات القرن الماضي امتلكت دول أخرى أسلحة نووية، وبنت الحكومات ملاجئ للحماية من الإشعاعات النووية، واعتمدت الدول إياها استراتيجية "التدمير المتبادل المؤكد"، بحيث إنه حتى لو شنت دولة ما هجوماً نووياً مباغتاً ناجحاً أودى بحياة الملايين وأحدث دماراً واسع النطاق، ستظل لدى الدولة الأخرى أسلحة كافية لشن هجوم مضاد وإلحاق عقاب وحشي بالدولة المهاجمة بالقدر نفسه.
وفي حين أن المشهد السياسي للحرب النووية تغير بصورة كبيرة على مر الأعوام، فإن علم السلاح نفسه لا سيما العمليات الذرية التي تطلق العنان لكل هذه القوة المدمرة ما زال يجذب الاهتمام حول العالم، ويفرض المراقبة على البرامج النووية السلمية لعدم تحويلها لأغراض عسكرية، فكيف انطلقت باكورة البحوث النووية العسكرية عبر التاريخ، والأهم من ذلك كيف تعمل القنابل النووية؟
البنية الذرية والنشاط الإشعاعي
تتكون الذرة من ثلاثة جسيمات دون ذرية وهي بروتونات ونيوترونات وإلكترونات، ويتكون مركز الذرة، المسمى النواة، من بروتونات ونيوترونات، وعادة ما تكون البروتونات موجبة الشحنة والنيوترونات معدومة الشحنة والإلكترونات سالبة الشحنة.
أما نسبة البروتونات إلى الإلكترونات فهي دائماً واحد إلى واحد، لذا فإن الذرة متعادلة الشحنة، إذ تحوي ذرة الكربون ستة بروتونات وستة إلكترونات.
وتتغير خصائص الذرة بصورة كبيرة بناءً على عدد كل جسيم فيها، فإذا غيرت عدد البروتونات ستحصل على عنصر مختلف تماماً، وإذا غيرت عدد النيوترونات في الذرة ستحصل على نظير. وعلى سبيل المثال، للكربون ثلاثة نظائر ألا وهي الكربون (-12) ويتكون من (ستة بروتونات + ستة نيوترونات)، وهو شكل مستقر وشائع الوجود، والكربون (-13) ويحوي (ستة بروتونات + سبعة نيوترونات)، وهو مستقر ولكنه نادر، على جانب الكربون (-14) ويتكون من (ستة بروتونات + ثمانية نيوترونات)، وهو نادر وغير مستقر أو مشع.
الانشطار والاندماج النوويان
تعتمد القنابل النووية على الحركة القوية والضعيفة التي تربط نواة الذرة معاً، وبخاصة الذرات ذات النوى غير المستقرة، وهناك طريقتان أساسيتان لإطلاق الطاقة النووية من الذرة وهما الانشطار والاندماج.
في الانشطار النووي، يقسم العلماء نواة الذرة إلى جزءين أصغر حجماً باستخدام نيوترون، أما الاندماج النووي فهو العملية التي تنتج بها الشمس الطاقة وتنطوي على جمع ذرتين أصغر حجماً لتكوين ذرة أكبر، وفي كلتا العمليتين تطلق كميات كبيرة من الطاقة الحرارية والإشعاعية.
يمكننا أن نعزو اكتشاف الانشطار النووي إلى عمل الفيزيائي الإيطالي إنريكو فيرمي، فخلال ثلاثينيات القرن الـ20 أثبت فيرمي أن العناصر المعرضة للقصف النيوتروني يمكن تحويلها إلى عناصر جديدة، ونتج من هذا العمل اكتشاف نيوترونات بطيئة، إضافة إلى عناصر جديدة غير موجودة في الجدول الدوري.
وبعد اكتشاف فيرمي بفترة وجيزة، قذف العالمان الألمانيان أوتو هان وفريتز ستراسمان اليورانيوم بالنيوترونات، مما أنتج نظير باريوم مشعاً، واستنتج بعدها هان وستراسمان أن النيوترونات منخفضة السرعة تسببت في انشطار نواة اليورانيوم، أو تفككها، إلى قطعتين أصغر.
أثار عملهما نشاطاً مكثفاً في مختبرات البحوث حول العالم. وفي جامعة "برينستون" الأميركية، عمل العالم الدنماركي نيلز بور مع العالم الأميركي جون ويلر على تطوير نموذج افتراضي لعملية الانشطار، وتكهن بور وويلر بأن نظير اليورانيوم "اليورانيوم 235"، وليس "اليورانيوم 238"، هو الذي يتعرض للانشطار.
وفي الوقت نفسه تقريباً، اكتشف علماء آخرون أن عملية الانشطار تنتج عدداً أكبر من النيوترونات، ودفع هذا الأمر بور وويلر إلى طرح سؤال جوهري عما إذا كان بإمكان النيوترونات الحرة الناتجة من الانشطار أن تطلق تفاعلاً متسلسلاً يطلق كمية هائلة من الطاقة، مستنتجين أنه قد يكون من الممكن بناء سلاح ذي قوة تفوق الخيال.
الوقود النووي
خلال مارس (آذار) 1940، أكد فريق من العلماء العاملين في جامعة كولومبيا الأميركية فرضية بور وويلر القائلة بأن نظير "اليورانيوم 235" هو المسؤول عن الانشطار النووي، وحاول فريق كولومبيا بدء تفاعل تسلسلي باستخدام "اليورانيوم 235" في خريف عام 1941 لكنه فشل، ثم انتقل العمل إلى جامعة شيكاغو الأميركية، إذ حقق إنريكو فيرمي أخيراً أول تفاعل تسلسلي نووي متحكم به في العالم، وبذلك بدأ مسار تطوير قنبلة نووية، باستخدام "اليورانيوم 235" كوقود.

يحتوي هذا القسم على المقلات ذات صلة, الموضوعة في (Related Nodes field)
يعد "اليورانيوم 235" من المواد القليلة التي يمكن أن تخضع للانشطار المستحث، وهذا يعني أنه بدلاً من انتظار اليورانيوم لأكثر من 700 مليون عام ليتحلل بصورة طبيعية، يمكن أن يتحلل العنصر أسرع بكثير إذا اصطدم نيوترون بنواته، ستمتص النواة النيوترون دون تردد، وتصبح غير مستقرة وتنقسم على الفور.
بمجرد أن تلتقط النواة النيوترون، تنقسم إلى ذرتين أخف وزناً وتطلق نيوترونين أو ثلاثة نيوترونات جديدة، ثم تصدر الذرتان الأخف وزناً أشعة "غاما" أثناء استقرارهما في حالتيهما الجديدة.
لكي تعمل خصائص "اليورانيوم 235" هذه، يجب تخصيب عينة من اليورانيوم، أي يجب زيادة كمية "اليورانيوم 235" في العينة إلى ما يتجاوز المستويات الطبيعية، ويتكون اليورانيوم المستخدم في صنع الأسلحة من 90 في المئة في الأقل من "اليورانيوم 235".
واكتشف علماء جامعة كاليفورنيا الأميركية عام 1941 عنصراً آخر وهو "العنصر 94" الذي يمكن استخدامه كوقود نووي، وأطلقوا عليه اسم "البلوتونيوم"، وخلال العام التالي أُنتج ما يكفي منه لإجراء التجارب، وفي النهاية حددوا خصائص انشطار البلوتونيوم، وعدوه وقوداً ثانياً محتملاً للأسلحة النووية.
تصميم القنبلة الانشطارية
في القنبلة الانشطارية يجب حفظ الوقود في كتل لا تدعم الانشطار وذلك لمنع الانفجار المبكر، ويؤدي حفظ الوقود في كتل حرجة منفصلة إلى تحديات تصميمية يجب حلها لكي تعمل القنبلة الانشطارية بصورة صحيحة، ويكمن التحدي الأول بجمع كتلتين لتكوين كتلة فوق حرجة، والتي ستوفر عدداً كافياً من النيوترونات لدعم تفاعل انشطاري وقت التفجير.
بعد ذلك، يجب إدخال نيوترونات حرة في الكتلة فوق الحرجة لبدء الانشطار، وتُدخل النيوترونات من طريق إنشاء مولد نيوترونات، وهذا المولد عبارة عن حبيبات صغيرة من البولونيوم والبريليوم، مفصولة برقاقة معدنية داخل نواة الوقود الانشطاري.
وداخل هذا المولد تنكسر الرقاقة المعدنية عندما تتجمع الكتلتان ويصدر البولونيوم تلقائياً جسيمات "ألفا"، تصطدم جسيمات "ألفا" هذه بعد ذلك بـ"البريليوم 9" لإنتاج "البريليوم 8" والنيوترونات الحرة، وتبدأ النيوترونات بالانشطار.
قنابل الاندماج
ولا بد لنا من أن نشير هنا إلى أن قنابل الانشطار كتلك التي استخدمتها الولايات المتحدة في هيروشيما وناغازاكي حققت قوة تدميرية هائلة، لكن لم يمض وقت طويل حتى تساءل العلماء عما إذا كانت العملية النووية المعاكسة، أي الاندماج، قد تكون أفضل.
يحدث الاندماج عندما تتحد نواتا ذرتين لتكوين ذرة واحدة أثقل عند درجات حرارة عالية جداً، ويمكن لنواة نظائر الهيدروجين، الديوتيريوم والتريتيوم، أن تندمج بسهولة، مطلقة كميات هائلة من الطاقة، وتعرف الأسلحة التي تستفيد من هذه العملية باسم قنابل الاندماج أو القنابل النووية الحرارية أو القنابل الهيدروجينية.
لفهم تصميم القنبلة هذه، تخيل أن غلاف القنبلة يحوي قنبلة انشطارية انفجارية وغلافاً أسطوانياً من "اليورانيوم 238"، ويوجد داخل المدك ديوتيرايد الليثيوم (الوقود) وقضيب مجوف من "البلوتونيوم 239" في وسط الأسطوانة، ويفصل الأسطوانة عن قنبلة الانفجار الداخلي درع من "اليورانيوم 238" ورغوة بلاستيكية تملأ الفراغات المتبقية في غلاف القنبلة.
يحدث التفاعل بين كل هذه العناصر، مولداً انفجاراً هائلاً بقوة 10 آلاف كيلوطن، أي أقوى بـ700 مرة من انفجار هيروشيما.
أنظمة التوصيل
يختلف بناء قنبلة نووية عن إيصال السلاح إلى هدفه المقصود وتفجيره بنجاح. وبحسب العلماء، كانت القنابل الثلاث التي ألقيت عام 1945، أي القنبلة التجريبية في "مشروع مانهاتن" والقنبلتان اللتان ألقيتا على اليابان، أقرب إلى معدات مختبرية معقدة منها إلى أسلحة موثوقة.
اعتمدت الولايات المتحدة على القاذفات لقصف اليابان بقنبلتين نوويتين خلال الحرب العالمية الثانية، ولا تزال الطريقة المستخدمة في الحرب العالمية الثانية ضد اليابان، أي قنابل الجاذبية المحمولة جواً اليوم، طريقة فعالة لإطلاق الأسلحة النووية، ولكن على مر الأعوام ومع تناقص حجم الرؤوس الحربية أصبحت خيارات أخرى متاحة، وبات عدد من الدول يمتلك صواريخ باليستية وصواريخ "كروز" مسلحة بأجهزة نووية.
تطلق معظم الصواريخ الباليستية من منصات أرضية أو غواصات وتخرج من الغلاف الجوي للأرض، وتقطع آلاف الأميال إلى أهدافها، ثم تعود إلى الغلاف الجوي لضرب هدفها، فيما تتميز صواريخ "كروز" بمدى أقصر ورؤوس حربية أصغر من الصواريخ الباليستية، إلا أن اكتشافها واعتراضها أصعب ويمكن إطلاقها من الجو، ومن منصات إطلاق متحركة على الأرض، ومن السفن الحربية.
وازدادت شعبية الأسلحة النووية التكتيكية خلال الحرب الباردة التي صممت لاستهداف مناطق أصغر، وتشمل صواريخ قصيرة المدى، وقذائف مدفعية، وقنابل عمق.
ومع تطوير هذه الصواريخ وامتلاكها بكميات كبيرة، باتت الدول النووية اليوم قادرة افتراضياً على ضرب أهداف بعيدة من حدودها، والتسبب في كارثة مهولة داخل أراضي الأعداء.

جرب ميزات الذكاء الاصطناعي لدينا

اكتشف ما يمكن أن يفعله Daily8 AI من أجلك:

التعلم مع الذكاء الاصطناعيالتحقق من الحقائقتحويل النص إلى كلامملخص الذكاء الاصطناعي

أخبار ذات صلة

Independent عربية

منذ 8 ساعات

• Independent عربية

ترمب يوقع أوامر تنفيذية لتعزيز الطاقة النووية الأميركية

وقع الرئيس الأميركي دونالد ترمب أمس الجمعة، أربعة أوامر تنفيذية تهدف، بحسب مستشاره، إلى إطلاق "نهضة" الطاقة النووية المدنية في الولايات المتحدة، مع طموح بزيادة إنتاج الطاقة النووية أربع مرات خلال السنوات الـ25 المقبلة. ويريد الرئيس الأميركي الذي وعد بإجراءات "سريعة للغاية وآمنة للغاية"، ألا تتجاوز مدة دراسة طلب بناء مفاعل نووي جديد 18 شهرا، ويعتزم إصلاح هيئة التنظيم النووي، مع تعزيز استخراج اليورانيوم وتخصيبه. وصرح ترمب للصحافيين في المكتب البيضوي: "الآن هو وقت الطاقة النووية"، فيما قال وزير الداخلية دوغ بورغوم إن التحدي هو "إنتاج ما يكفي من الكهرباء للفوز في مبارزة الذكاء الاصطناعي مع الصين". وقال مسؤول كبير في البيت الأبيض طلب عدم الكشف عن هويته للصحافيين: "نريد أن نكون قادرين على اختبار ونشر المفاعلات النووية" بحلول يناير (كانون الثاني) 2029. اقرأ المزيد يحتوي هذا القسم على المقلات ذات صلة, الموضوعة في (Related Nodes field) وتظل الولايات المتحدة أول قوة نووية مدنية في العالم، إذ تمتلك 94 مفاعلاً نووياً عاملاً، لكن متوسط أعمار هذه المفاعلات ازداد حتى بلغ 42 سنة. ومع تزايد الاحتياجات على صعيد الكهرباء، والتي يحركها خصوصاً تنامي الذكاء الاصطناعي، ورغبة بعض البلدان في الاستغناء عن الكربون في اقتصاداتها، يزداد الاهتمام بالطاقة النووية في جميع أنحاء العالم. والعام 2022، أعلنت فرنسا التي تبقى صاحبة أعلى معدل طاقة نووية للفرد بواقع 57 مفاعلا، برنامجا جديدا يضم ستة إلى 14 مفاعلا. ومن المتوقع أن يبدأ تشغيل أول هذه المفاعلات العام 2038. وتظل روسيا المصدر الرئيسي لمحطات الطاقة، إذ لديها 26 مفاعلا قيد الإنشاء، بينها ستة مفاعلات على أراضيها.

المدينة

منذ 2 أيام

• المدينة

التطورات في المجال الفضائي

أحد أبرز الأحداث في عام 2024، كان هبوط المركبة الفضائيَّة اليابانيَّة على سطح القمر؛ ممَّا يُعدُّ إنجازًا مهمًّا في تاريخ الفضاء، هذه المهمَّة تأتي في إطار سعي اليابان لتوسيع استثماراتها في استكشاف الفضاء، حيث تم إطلاق المركبة من أجل جمع عيِّنات من سطح القمر وتحليلها، هذا الهبوط يعكس الطموحات الفضائيَّة المتزايدة للدول الآسيويَّة، ويضع اليابان في مصاف الدول المتقدِّمة في استكشاف القمر.التطوُّرات في استكشاف كوكب المريخ، قد تكون الأكثر إثارة في السنوات الأخيرة، ففي عام 2024 أطلقت وكالة الفضاء الأمريكيَّة «ناسا» مهمَّة جديدة لاستكشاف المريخ، تهدف إلى فهم بيئة الكوكب بشكل أفضل، وإمكانيَّة وجود الحياة فيه، وبالإضافة إلى ذلك، تشهد تقنيات الروبوتات تطوُّرًا سريعًا؛ ممَّا يساعد في إجراء اكتشافات دقيقة في هذا الكوكب البعيد، وقد تمكَّنت أجهزة الاستشعار على سطح المريخ، من إرسال بيانات مثيرة تتعلَّق بوجود المياه في حالتها السائلة في الماضي؛ ممَّا يعزِّز فرص البحث عن علامات حياة سابقة أو مستقبليَّة.أصبح قطاع الفضاء يشهد تحوُّلًا كبيرًا نحو الاستثمارات التجاريَّة، شركات مثل «سبيس إكس»، و»بلو أوريجين»، تواصل دفع الحدود في مجال السفر الفضائيِّ التجاريِّ، حيث أطلقت «سبيس إكس» عدَّة رحلات إلى محطة الفضاء الدوليَّة (ISS)، مع روَّاد فضاء من القطاع الخاص، هذه التحرُّكات تشير إلى أنَّ الفضاء لم يعدْ مجالًا حكوميًّا بحتًا، بل أصبح قطاعًا يمكن للقطاع الخاص أنْ يسهم بشكل كبير في تطويره.تسعى العديد من الوكالات الفضائية الدولية، إلى تقليل تأثيرات استكشاف الفضاء على البيئة الأرضية، فقد تم تطوير تقنيات جديدة، تهدف إلى استخدام الطاقة المتجددة في المحطات الفضائية، مثل الطاقة الشمسية، والتي تساعد في تقليل تكاليف الطاقة، والتقليل من انبعاثات الكربون في الفضاء، بالإضافة إلى ذلك، يتم البحث في طرق لإعادة استخدام المركبات الفضائية لتقليل النفايات الفضائية.في إطار تعزيز التعاون بين الدول في مجال الفضاء، تعمل العديد من الدول الكُبْرى على تنفيذ مشروعات مشتركة، مثال على ذلك، هو التعاون بين وكالة الفضاء الأوروبيَّة (ESA)، ووكالة ناسا في مشروع «أرتيميس»، الذي يهدف إلى العودة إلى القمر بحلول عام 2025، هذا المشروع يتضمَّن بناء قاعدة دائمة على سطح القمر؛ لاستخدامها كنقطة انطلاق لاستكشاف الفضاء العميق.

سعورس

منذ 4 أيام

• سعورس

البصمة الكربونية للمباني.. الفرص والتحديات

تتكون البصمة الكربونية للمباني من مراحل عدة: 1. مرحلة البناء: تشمل استخراج المواد الخام (مثل الأسمنت والصلب)، وتصنيعها، ونقلها إلى موقع البناء. الأسمنت، على سبيل المثال، يُعد من أكثر المواد استهلاكًا للطاقة وإنتاجًا للانبعاثات بسبب العمليات الكيميائية المرتبطة بإنتاجه. 2. مرحلة التشغيل: تتعلق بالطاقة المستخدمة في تدفئة المباني، والتبريد، والإضاءة، وتشغيل الأجهزة الكهربائية. هذه المرحلة غالبًا ما تكون الأكثر تأثيرًا في البصمة الكربونية، خاصة إذا كانت مصادر الطاقة تعتمد على الوقود الأحفوري. 3. مرحلة الهدم وإعادة التدوير: تشمل استهلاك الطاقة في عمليات الهدم، وإدارة النفايات، وإعادة استخدام أو تدوير المواد. التحديات في تقليل البصمة الكربونية 1. ارتفاع تكاليف المواد المستدامة: المواد الصديقة للبيئة، مثل الأسمنت المنخفض الكربون أو الخشب المعتمد، غالبًا ما تكون أغلى من المواد التقليدية، مما يحد من تبنيها في مشاريع البناء. 2. الاعتماد على الطاقة غير المتجددة: في العديد من الدول، لا تزال مصادر الطاقة تعتمد بشكل كبير على الفحم والغاز الطبيعي، مما يزيد من البصمة الكربونية لتشغيل المباني. 3. نقص الوعي والتشريعات: في بعض المناطق، يفتقر المطورون والمصممون إلى الوعي الكافي بأهمية التصميم المستدام. كما أن التشريعات البيئية قد تكون غير كافية أو غير مطبقة بفعالية. 4. التحديات التقنية: تحديث المباني القائمة لتكون أكثر كفاءة في استهلاك الطاقة يتطلب استثمارات كبيرة وخبرات تقنية. حلول مبتكرة لتقليل البصمة الكربونية 1. التصميم المستدام: يمكن للتصميم المعماري الذكي أن يقلل من استهلاك الطاقة. على سبيل المثال، استخدام النوافذ الكبيرة للإضاءة الطبيعية، والعزل الحراري الفعال، والتهوية الطبيعية يمكن أن يقلل من الحاجة إلى التدفئة والتبريد. 2. استخدام مواد بناء منخفضة الكربون: تشمل هذه المواد الأسمنت المصنوع من مواد معاد تدويرها، والخرسانة الخضراء، والخشب المستدام. كما يمكن استخدام تقنيات الطباعة الثلاثية الأبعاد لتقليل النفايات في أثناء البناء. 3. التحول إلى الطاقة المتجددة: تثبيت الألواح الشمسية أو توربينات الرياح الصغيرة في المباني يمكن أن يقلل من الاعتماد على الوقود الأحفوري. 4. إدارة دورة الحياة: اعتماد إستراتيجيات إعادة التدوير وإعادة الاستخدام في نهاية عمر المبنى يساعد على تقليل النفايات والانبعاثات. 5. التكنولوجيا الذكية للمباني: استخدام أنظمة إدارة المباني الذكية التي تراقب استهلاك الطاقة، وتتحكم في الإضاءة والتدفئة بشكل تلقائي، يعزز الكفاءة. تقليل البصمة الكربونية للمباني ليس مجرد خيار بيئي، بل ضرورة ملحة لمواجهة التغيرات المناخية. من خلال الجمع بين التصميم المستدام، واستخدام المواد الصديقة للبيئة، والتحول نحو الطاقة المتجددة، تحتاج الحكومات والشركات والأفراد إلى العمل معًا لتعزيز الوعي، وتطبيق السياسات التي تدعم البناء الأخضر، وهناك ممارسات محلية وعالمية خضراء، مثل تطبيق المعيار الوطني مستدام للمباني أو LEED المعيار العالمي، حيث يمكننا بناء مستقبل أكثر استدامة وازدهارا.