بمب اتمي سلاحي است که نيروي آن از انرژي اتمي و بر اثر شکاف هسته (فيسيون ) اتمهاي پلوتونيوم يا اورانيوم ايجاد مي شود .در فرآيند شکافت هسته اي ، اتمهاي ناپايدار شکافته و به اتمهاي سبکتر تبديل مي شوند .
نخستين بمب از اين نوع ، در سال 1945 م در ايالات نيو مکزيکو در ايالات متحده آمريکا آزمايش شد . اين بمب ، انفجاري با قدرت 19 کيلو تن ايجاد کرد ( يک کيلو تن برابر است باانرژي اتمي آزاد شده 190 تن ماده منفجره تي . ان . تي ) انفجار بمب اتمي موج بسيار نيرومند پرتوهاي شديد نوراني ، تشعشعات نفوذ کننده اشعه گاما و نوترونها و پخش شدن مواد راديو اکتيو را همراه دارد . انفجار بمب اتمي چندين هزار ميليارد کالري حرارت را در چند ميليونيوم ثانيه ايجاد مي کند .
اين دماي چند ميليون درجه اي با فشار بسيار زياد تا فاصله 1200 متري از مرکز انفجار به افراد بدون پوشش حفاظتي صدمه مي زند و سبب مرگ و بيماري انسان و جانوران مي شود . همچنين زمين ، هوا آب و همه چيز را به مواد راديو اکتيو آلوده مي کند .
بمب هاي اتمي شامل نيروهاي قوي و ضعيفي اند که اين نيروها هسته يک اتم را به ويژه اتم هايي که هسته هاي ناپايداري دارند، در جاي خود نگه مي دارند. اساسا دو شيوه بنيادي براي آزادسازي انرژي از يک اتم وجود دارد:
1) شکافت هسته اي: مي توان هسته يک اتم را با يک نوترون به دو جزء کوچک تر تقسيم کرد. اين همان شيوه اي است که در مورد ايزوتوپ هاي اورانيوم (يعني اورانيوم 235 و اورانيوم 233) به کار مي رود.
براي توليد يک بمب اتمي موارد زير نياز است:
ـ يک منبع سوخت که قابليت شکافت يا همجوشي را داشته باشد.
ـ دستگاهي که همچون ماشه آغازگر حوادث باشد.
راهي که به کمک آن بتوان بيشتر سوخت را پيش از آنکه انفجار رخ دهد دچار شکافت يا همجوشي کرد.
در اولين بمب هاي اتمي از روش شکافت استفاده مي شد. اما امروزه بمب هاي همجوشي از فرآيند همجوشي به عنوان ماشه آغازگر استفاده مي کنند.بمب هاي شکافتي (فيزيوني): يک بمب شکافتي از ماده اي مانند اورانيوم 235 براي خلق يک انفجار هسته اي استفاده مي کند. اورانيوم 235 ويژگي منحصر به فردي دارد که آن را براي توليد هم انرژي هسته اي و هم بمب هسته اي مناسب مي کند. اورانيوم 235 يکي از نادر موادي است که مي تواند زير شکافت القايي قرار بگيرد.اگر يک نوترون آزاد به هسته اورانيوم 235 برود،هسته بي درنگ نوترون را جذب کرده و بي ثبات شده در يک چشم به هم زدن شکسته مي شود. اين باعث پديد آمدن دو اتم سبک تر و آزادسازي دو يا سه عدد نوترون مي شود که تعداد اين نوترون ها بستگي به چگونگي شکسته شدن هسته اتم اوليه اورانيوم 235 دارد. دو اتم جديد به محض اينکه در وضعيت جديد تثبيت شدند از خود پرتو گاما ساطع مي کنند. درباره اين نحوه شکافت القايي سه نکته وجود دارد که موضوع را جالب مي کند.
1) احتمال اينکه اتم اورانيوم 235 نوتروني را که به سمتش است، جذب کند، بسيار بالا است. در بمبي که به خوبي کار مي کند، بيش از يک نوترون از هر فرآيند فيزيون به دست مي آيد که خود اين نوترون ها سبب وقوع فرآيندهاي شکافت بعدي اند. اين وضعيت اصطلاحا «وراي آستانه بحران» ناميده مي شود.
2) فرآيند جذب نوترون و شکسته شدن متعاقب آن بسيار سريع و در حد پيکو ثانيه (12-10 ثانيه) رخ مي دهد.
3) حجم عظيم و خارق العاده اي از انرژي به صورت گرما و پرتو گاما به هنگام شکسته شدن هسته آزاد مي شود. انرژي آزاد شده از يک فرآيند شکافت به اين علت است که محصولات شکافت و نوترون ها وزن کمتري از اتم اورانيوم 235 دارند. اين تفاوت وزن نمايان گر تبديل ماده به انرژي است که به واسطه فرمول معروف mc2= E محاسبه مي شود. حدود نيم کيلوگرم اورانيوم غني شده به کار رفته در يک بمب هسته اي برابر با چندين ميليون گالن بنزين است. نيم کيلوگرم اورانيوم غني شده انداز ه اي معادل يک توپ تنيس دارد. در حالي که يک ميليون گالن بنزين در مکعبي که هر ضلع آن 17 متر (ارتفاع يک ساختمان 5 طبقه) است، جا مي گيرد. حالا بهتر مي توان انرژي آزاد شده از مقدار کمي اورانيوم 235 را متصور شد.براي اينکه اين ويژگي هاي اروانيوم 235 به کار آيد بايد اورانيوم را غني کرد. اورانيوم به کار رفته در سلاح هاي هسته اي حداقل بايد شامل نود درصد اورانيوم 235 باشد.در يک بمب شکافتي، سوخت به کار رفته را بايد در توده هايي که وضعيت «زير آستانه بحران» دارند، نگه داشت. اين کار براي جلوگيري از انفجار نارس و زودهنگام ضروري است. تعريف توده اي که در وضعيت «آستانه بحران» قرار داد چنين است: حداقل توده از يک ماده با قابليت شکافت که براي رسيدن به واکنش شکافت هسته اي لازم است. اين جداسازي مشکلات زيادي را براي طراحي يک بمب شکافتي با خود به همراه مي آورد که بايد حل شود.
1) دو يا بيشتر از دو توده «زير آستانه بحران» براي تشکيل توده «وراي آستانه بحران» بايد در کنار هم آورده شوند که در اين صورت موقع انفجار به نوترون بيش از آنچه که هست براي رسيدن به يک واکنش شکافتي، نياز پيدا خواهد شد.
2) نوترون هاي آزاد بايد در يک توده «وراي آستانه بحران» القا شوند تا شکافت آغاز شود.
3) براي جلوگيري از ناکامي بمب بايد هر مقدار ماده که ممکن است پيش از انفجار وارد مرحله شکافت شود براي تبديل توده هاي «زير آستانه بحران» به توده هايي «وراي آستانه بحران» از دو تکنيک «چکاندن ماشه» و «انفجار از درون» استفاده مي شود.تکنيک «چکاندن ماشه» ساده ترين راه براي آوردن توده هاي «زير بحران» به همديگر است. بدين صورت که يک تفنگ توده اي را به توده ديگر شليک مي کند. يک کره تشکيل شده از اورانيوم 235 به دور يک مولد نوترون ساخته مي شود. گلوله اي از اورانيوم 235 در يک انتهاي تيوپ درازي که پشت آن مواد منفجره جاسازي شده، قرار داده مي شود.کره ياد شده در انتهاي ديگر تيوپ قرار مي گيرد. يک حسگر حساس به فشار ارتفاع مناسب را براي انفجار چاشني و بروز حوادث زير تشخيص مي دهد:
1) انفجار مواد منفجره و در نتيجه شليک گلوله در تيوپ
2) برخورد گلوله به کره و مولد و در نتيجه آغاز واکنش شکافت
3) انفجار بمب
در «پسر بچه» بمبي که در سال هاي پاياني جنگ جهاني دوم بر شهر هيروشيما انداخته شد، تکنيک «چکاندن ماشه» به کار رفته بود. اين بمب 5/14 کيلو تن برابر با 500/14 تن TNT بازده و 5/1 درصد کارآيي داشت. يعني پيش از انفجار تنها 5/1 درصد ازماده مورد نظر شکافت پيدا کرد.
در همان ابتداي «پروژه منهتن»، برنامه سري آمريکا در توليد بمب اتمي، دانشمندان فهميدند که فشردن توده ها به همديگر و به يک کره با استفاده از انفجار دروني مي تواند راه مناسبي براي رسيدن به توده «وراي آستانه بحران» باشد. البته اين تفکر مشکلات زيادي به همراه داشت. به خصوص اين مسئله مطرح شد که چگونه مي توان يک موج شوک را به طور يکنواخت، مستقيما طي کره مورد نظر، هدايت و کنترل کرد؟افراد تيم پروژه «منهتن» اين مشکلات را حل کردند. بدين صورت، تکنيک «انفجار از درون» خلق شد. دستگاه انفجار دروني شامل يک کره از جنس اورانيوم 235 و يک بخش به عنوان هسته است که از پولوتونيوم 239 تشکيل شده و با مواد منفجره احاطه شده است. وقتي چاشني بمب به کار بيفتد حوادث زير رخ مي دهند:
1) انفجار مواد منفجره موج شوک ايجاد مي کند.
2) موج شوک بخش هسته را فشرده مي کند.
3) فرآيند شکافت شروع مي شود.
4) بمب منفجر مي شود.
در «مرد گنده» بمبي که در سال هاي پاياني جنگ جهاني دوم بر شهر ناکازاکي انداخته شد، تکنيک «انفجار از درون» به کار رفته بود. بازده اين بمب 23 کيلو تن و کارآيي آن 17درصد بود.شکافت معمولا در 560 ميلياردم ثانيه رخ مي دهد.بمب هاي همجوشي: بمب هاي همجوشي کار مي کردند ولي کارآيي بالايي نداشتند. بمب هاي همجوشي که بمب هاي «ترمونوکلئار» هم ناميده مي شوند، بازده و کارآيي به مراتب بالاتري دارند. براي توليد بمب همجوشي بايد مشکلات زير حل شود:دوتريوم و تريتيوم مواد به کار رفته در سوخت همجوشي هر دو گازند و ذخيره کردنشان دشوار است. تريتيوم هم کمياب است و هم نيمه عمر کوتاهي دارد بنابراين سوخت بمب بايد همواره تکميل و پر شود.دوتريوم و تريتيوم بايد به شدت در دماي بالا براي آغاز واکنش همجوشي فشرده شوند. در نهايت «استانسيلا اولام» دريافت که بيشتر پرتو به دست آمده از يک واکنش فيزيون، اشعه X است که اين اشعه X مي تواند با ايجاد درجه حرارت بالا و فشار زياد مقدمات همجوشي را آماده کند. بنابراين با به کارگيري بمب شکافتي در بمب همجوشي مشکلات بسياري حل شد. در يک بمب همجوشي حوادث زير رخ مي دهند:
1) بمب شکافتي با انفجار دروني ايجاد اشعه X مي کند.
2) اشعه X درون بمب و در نتيجه سپر جلوگيري کننده از انفجار نارس را گرم مي کند.
3) گرما باعث منبسط شدن سپر و سوختن آن مي شود. اين کار باعث ورود فشار به درون ليتيوم - دوتريوم مي شود.
4) ليتيوم - دوتريوم 30 برابر بيشتر از قبل تحت فشار قرار مي گيرند.
5) امواج شوک فشاري واکنش شکافتي را در ميله پولوتونيومي آغاز مي کند.
6) ميله در حال شکافت از خود پرتو، گرما و نوترون مي دهد.
7) نوترون ها به سوي ليتيوم - دوتريوم رفته و با چسبيدن به ليتيوم ايجاد تريتيوم مي کند.
8) ترکيبي از دما و فشار براي وقوع واکنش همجوشي تريتيوم - دوتريوم ودوتريوم - دوتريوم و ايجاد پرتو، گرما و نوترون بيشتر، بسيار مناسب است.
9) نوترون هاي آزاد شده از واکنش هاي همجوشي باعث القاي شکافت در قطعات اورانيوم 238 که در سپر مورد نظر به کار رفته بود، مي شود.
10) شکافت قطعات اروانيومي ايجاد گرما و پرتو بيشتر مي کند.
11) بمب منفجر شود.