بمب اتمی سلاحی است که نیروی آن از انرژی اتمی و بر اثر شکاف هسته (فیسیون ) اتمهای پلوتونیوم یا اورانیوم ایجاد می شود .در فرآیند شکافت هسته ای ، اتمهای ناپایدار شکافته و به اتمهای سبکتر تبدیل می شوند .

نخستین بمب از این نوع ، در سال 1945 م در ایالات نیو مکزیکو در ایالات متحده آمریکا آزمایش شد . این بمب ، انفجاری با قدرت 19 کیلو تن ایجاد کرد ( یک کیلو تن برابر است با انرژی اتمی آزاد شده 190 تن ماده منفجره تی . ان . تی ) انفجار بمب اتمی موج بسیار نیرومند پرتوهای شدید نورانی ، تشعشعات نفوذ کننده اشعه گاما و نوترونها و پخش شدن مواد رادیو اکتیو را همراه دارد . انفجار بمب اتمی چندین هزار میلیارد کالری حرارت را در چند میلیونیوم ثانیه ایجاد می کند .

این دمای چند میلیون درجه ای با فشار بسیار زیاد تا فاصله 1200 متری از مرکز انفجار به افراد بدون پوشش حفاظتی صدمه می زند و سبب مرگ و بیماری انسان و جانوران می شود . همچنین زمین ، هوا آب و همه چیز را به مواد رادیو اکتیو آلوده می کند .

بمب های اتمی شامل نیروهای قوی و ضعیفی اند که این نیروها هسته یک اتم را به ویژه اتم هایی که هسته های ناپایداری دارند، در جای خود نگه می دارند. اساسا دو شیوه بنیادی برای آزادسازی انرژی از یک اتم وجود دارد: 1- شکافت هسته ای: می توان هسته یک اتم را با یک نوترون به دو جزء کوچک تر تقسیم کرد. این همان شیوه ای است که در مورد ایزوتوپ های اورانیوم (یعنی اورانیوم 235 و اورانیوم 233) به کار می رود.

برای تولید یک بمب اتمی موارد زیر نیاز است:

یک منبع سوخت که قابلیت شکافت یا همجوشی را داشته باشد.

دستگاهی که همچون ماشه آغازگر حوادث باشد.

راهی که به کمک آن بتوان بیشتر سوخت را پیش از آنکه انفجار رخ دهد دچار شکافت یاهمجوشی کرد.

در اولین بمب های اتمی از روش شکافت استفاده می شد. اما امروزه بمب های همجوشی از فرآیند همجوشی به عنوان ماشه آغازگر استفاده می کنند.بمب های شکافتی (فیزیونی): یک بمب شکافتی از ماده ای مانند اورانیوم 235 برای خلق یک انفجار هسته ای استفاده می کند. اورانیوم 235 ویژگی منحصر به فردی دارد که آن را برای تولید هم انرژی هسته ای و هم بمب هسته ای مناسب می کند. اورانیوم 235 یکی از نادر موادی است که می تواند زیر شکافت القایی قرار بگیرد.اگر یک نوترون آزاد به هسته اورانیوم 235 برود،هسته بی درنگ نوترون را جذب کرده و بی ثبات شده در یک چشم به هم زدن شکسته می شود. این باعث پدید آمدن دو اتم سبک تر و آزادسازی دو یا سه عدد نوترون می شود که تعداد این نوترون ها بستگی به چگونگی شکسته شدن هسته اتم اولیه اورانیوم 235 دارد. دو اتم جدید به محض اینکه در وضعیت جدید تثبیت شدند از خود پرتو گاما ساطع می کنند. درباره این نحوه شکافت القایی سه نکته وجود دارد که موضوع را جالب می کند.

1 - احتمال اینکه اتم اورانیوم 235 نوترونی را که به سمتش است، جذب کند، بسیار بالا است. در بمبی که به خوبی کار می کند، بیش از یک نوترون از هر فرآیند فیزیون به دست می آید که خود این نوترون ها سبب وقوع فرآیندهای شکافت بعدی اند. این وضعیت اصطلاحا «ورای آستانه بحران» نامیده می شود.

2 - فرآیند جذب نوترون و شکسته شدن متعاقب آن بسیار سریع و در حد پیکو ثانیه (12-10 ثانیه) رخ می دهد.

3 - حجم عظیم و خارق العاده ای از انرژی به صورت گرما و پرتو گاما به هنگام شکسته شدن هسته آزاد می شود. انرژی آزاد شده از یک فرآیند شکافت به این علت است که محصولات شکافت و نوترون ها وزن کمتری از اتم اورانیوم 235 دارند. این تفاوت وزن نمایان گر تبدیل ماده به انرژی است که به واسطه فرمول معروف mc2= E محاسبه می شود.
حدود نیم کیلوگرم اورانیوم غنی شده به کار رفته در یک بمب هسته ای برابر با چندین میلیون گالن بنزین است. نیم کیلوگرم اورانیوم غنی شده انداز ه ای معادل یک توپ تنیس دارد. در حالی که یک میلیون گالن بنزین در مکعبی که هر ضلع آن 17 متر (ارتفاع یک ساختمان 5 طبقه) است، جا می گیرد. حالا بهتر می توان انرژی آزاد شده از مقدار کمی اورانیوم 235 را متصور شد.برای اینکه این ویژگی های اروانیوم 235 به کار آیدبایداورانیوم را غنی کرد. اورانیوم به کار رفته در سلاح های هسته ای حداقل باید شامل نود درصد اورانیوم 235 باشد.در یک بمب شکافتی، سوخت به کار رفته را باید در توده هایی که وضعیت «زیر آستانه بحران» دارند، نگه داشت. این کار برای جلوگیری از انفجار نارس و زودهنگام ضروری است. تعریف توده ای که در وضعیت «آستانه بحران» قرار داد چنین است: حداقل توده از یک ماده با قابلیت شکافت که برای رسیدن به واکنش شکافت هسته ای لازم است. این جداسازی مشکلات زیادی را برای طراحی یک بمب شکافتی با خود به همراه می آورد که باید حل شود.

1 - دو یا بیشتر از دو توده «زیر آستانه بحران» برای تشکیل توده «ورای آستانه بحران» باید در کنار هم آورده شوند که در این صورت موقع انفجار به نوترون بیش از آنچه که هست برای رسیدن به یک واکنش شکافتی، نیاز پیدا خواهد شد.

2 - نوترون های آزاد باید در یک توده «ورای آستانه بحران» القا شوند تا شکافت آغاز شود.

3 - برای جلوگیری از ناکامی بمب باید هر مقدار ماده که ممکن است پیش از انفجار واردمرحله شکافت شود برای تبدیل توده های «زیر آستانه بحران» به توده هایی «ورای آستانه بحران» از دو تکنیک «چکاندن ماشه» و «انفجار از درون» استفاده می شود.تکنیک «چکاندن ماشه» ساده ترین راه برای آوردن توده های «زیر بحران» به همدیگر است. بدین صورت که یک تفنگ توده ای را به توده دیگر شلیک می کند. یک کره تشکیل شده از اورانیوم 235 به دور یک مولد نوترون ساخته می شود. گلوله ای از اورانیوم 235 در یک انتهای تیوپ درازی که پشت آن مواد منفجره جاسازی شده، قرار داده می شود.کره یاد شده در انتهای دیگر تیوپ قرار می گیرد. یک حسگر حساس به فشار ارتفاع مناسب را برای انفجار چاشنی و بروز حوادث زیر تشخیص می دهد:

1 - انفجار مواد منفجره و در نتیجه شلیک گلوله در تیوپ

2 - برخورد گلوله به کره و مولد و در نتیجه آغاز واکنش شکافت

3 - انفجار بمب

در «پسر بچه» بمبی که در سال های پایانی جنگ جهانی دوم بر شهر هیروشیما انداخته شد،تکنیک «چکاندن ماشه» به کار رفته بود. این بمب 5/14 کیلو تن برابر با 500/14 تن TNT بازده و 5/1 درصد کارآیی داشت. یعنی پیش از انفجار تنها 5/1 درصد ازماده مورد نظر شکافت پیدا کرد.

در همان ابتدای «پروژه منهتن»، برنامه سری آمریکا در تولید بمب اتمی، دانشمندان فهمیدند که فشردن توده ها به همدیگر و به یک کره با استفاده از انفجار درونی می تواند راه مناسبی برای رسیدن به توده «ورای آستانه بحران» باشد. البته این تفکر مشکلات زیادی به همراه داشت. به خصوص این مسئله مطرح شد که چگونه می توان یک موج شوک را به طور یکنواخت، مستقیما طی کره مورد نظر، هدایت و کنترل کرد؟افراد تیم
پروژه «منهتن» این مشکلات را حل کردند. بدین صورت، تکنیک «انفجار از درون» خلق شد. دستگاه انفجار درونی شامل یک کره از جنس اورانیوم 235 و یک بخش به عنوان هسته است که از پولوتونیوم 239 تشکیل شده و با مواد منفجره احاطه شده است. وقتی چاشنی بمب به کار بیفتد حوادث زیر رخ می دهند:

1 - انفجار مواد منفجره موج شوک ایجاد می کند.

2 - موج شوک بخش هسته را فشرده می کند.

3 - فرآیند شکافت شروع می شود.

4- بمب منفجر می شود.

در «مرد گنده» بمبی که در سال های پایانی جنگ جهانی دوم بر شهر ناکازاکی انداخته شد، تکنیک «انفجار از درون» به کار رفته بود. بازده این بمب 23 کیلو تن و کارآیی آن 17درصد بود.شکافت معمولا در 560 میلیاردم ثانیه رخ می دهد.بمب های همجوشی: بمب های همجوشی کار می کردند ولی کارآیی بالایی نداشتند. بمب های همجوشی که بمب های «ترمونوکلئار» هم نامیده می شوند، بازده و کارآیی به مراتب بالاتری دارند. برای تولید بمب همجوشی باید مشکلات زیر حل شود:دوتریوم و تریتیوم مواد به کار رفته در سوخت همجوشی هر دو گازند و ذخیره کردنشان دشوار است. تریتیوم هم کمیاب است و هم نیمه عمر کوتاهی دارد بنابراین سوخت بمب باید همواره تکمیل و پر شود.دوتریوم و تریتیوم باید به شدت در دمای بالا برای آغاز واکنش همجوشی فشرده شوند. در نهایت «استانسیلا اولام» دریافت که بیشتر پرتو به دست آمده از یک واکنش فیزیون، اشعه X است که این اشعه X می تواند با ایجاد درجه حرارت بالا و فشار زیاد مقدمات همجوشی را آماده کند. بنابراین با به کارگیری بمب شکافتی در بمب همجوشی مشکلات بسیاری حل شد.
در یک بمب همجوشی حوادث زیر رخ می دهند:

1 - بمب شکافتی با انفجار درونی ایجاد اشعه X می کند.

2 - اشعه X درون بمب و در نتیجه سپر جلوگیری کننده از انفجار نارس را گرم می کند.

3 - گرما باعث منبسط شدن سپر و سوختن آن می شود. این کار باعث ورود فشار به درون لیتیوم - دوتریوم می شود.

4 - لیتیوم - دوتریوم 30 برابر بیشتر از قبل تحت فشار قرار می گیرند.

5 - امواج شوک فشاری واکنش شکافتی را در میله پولوتونیومی آغاز می کند.

6 - میله در حال شکافت از خود پرتو، گرما و نوترون می دهد.

7 - نوترون ها به سوی لیتیوم - دوتریوم رفته و با چسبیدن به لیتیوم ایجاد تریتیوم می کند.

8 - ترکیبی از دما و فشار برای وقوع واکنش همجوشی تریتیوم - دوتریوم ودوتریوم - دوتریوم و ایجاد پرتو، گرما و نوترون بیشتر، بسیار مناسب است.

9 - نوترون های آزاد شده از واکنش های همجوشی باعث القای شکافت در قطعات اورانیوم 238 که در سپر مورد نظر به کار رفته بود، می شود.

10 - شکافت قطعات اروانیومی ایجاد گرما و پرتو بیشتر می کند.

11 - بمب منفجر شود.

مادون در لغت به معنای زیر دست و قرمز به معنای هر چه به رنگ خون باشد، است. پس میتوان گفت که مادون قرمز اشعه بسیار ریز و قرمز رنگ است.
 اشعه مادون قرمز
مادون در لغت به معنای زیر دست و قرمز به معنای هر چه به رنگ خون باشد، است. پس میتوان گفت که مادون قرمز اشعه بسیار ریز و قرمز رنگ است.

اطلاعات اولیه

کشف هرسل اولن گام در ایجاد پدیده‌ای که ما آن را طیف الکترومغناطیسی مینامیم. نور مرئی و پرتوهای مادون قرمز دو نمونه اشکال فراوانی از انرژی هستند که توسط تمام اجسام موجود در زمین و اجرام آسمانی تابانده میشوند. مادون قرمز در طیف الکترومغناطیسی دارای محدوده طول موجی بین 0.78 تا 1000 میکرو متر است. تنها با مطالعه این تشعشعات است که میتوانیم اجرام آسمانی را تشخیص و تمیز دهیم و تصویری کامل از چگونگی ایجاد جهان و تغییرات آن بدست آوریم. در سال 1800 سر ویلیام هرشل یک نمونه نامرئی از تشعشعات را کشف کرد که این نمونه دقیقا زیر بخش قرمز طیف مرئی قرار داشت. او این شکل از تشعشعات را مادون قرمز نامید.

سیر تحولی و رشد

Greathouse و همکارانش طی مطالعه‌ای تاثیر لیزر مادون قرمز را به انتقال عصبی ، عصب رادیال بررسی کردند. زمان تاخیر ، دامنه پتانسیل عمل و دما ، متغیرهای مورد آزمایش مشاهده نشد.Lynn Snyder و همکارانش اثر لیزر کم توان هلیوم - نئون را بر زمان تاخیر شاخه حسی عصب رادیال در دو گروه لیزر و پلاسبو بررسی نمودند و مشاهده کردند که در گروه لیزر ، افزایش معنی دارا در زمان تاخیر حسی پس از بکارگیری لیزر ایجاد گردیده است.

Bas Ford و همکارانش طی مطالعه‌ای اثر لیزر کم توان هلیوم - نئون را بر شاخه حسی اعصاب رادیال و مدین بررسی کردند. هیچ اختلاف معنی داری در دامنه پتانسیل عمل ، زمان تاخیر و دما ساعد بعد از بکارگیری لیزر مشاهده نشد.Baxter و همکارانش افزایش معنی دار در زمان تاخیر عصب مدین بعد از بکارگیری لیزر گرارش کردند. Low و همکارانش کاهش دما را به دنبال تابش لیزر کم توان مادون قرمز دیدند.

نتایج اشعه مادون قرمز

گرمایی که ما از خورشید یا از یک محیط گرم احساس میکنیم، همان تشعشعات مادون قرمز یا به عبارتی انرژی گرمایی است. حتی اجسامی ‌که فکر میکنیم خیلی سرد هستند، نیز از خود انرژی گرمایی منتشر میسازند (یخ و بدن انسان). سنجش و ارزیابی انرژی مادون قرمز ساطع شده از اجرام نجومی ‌به علت اینکه بیشترین جذب را در اتمسفر زمین دارند مشکل است. بنابراین بیشتر ستاره شناسان برای مطالعه انتشار گرما از این اجرام از تلسکوپهای فضایی استفاده میکنند.

مادون قرمز در نجوم

تلسکوپها و آشکارسازهایی که توسط ستاره شناسان مورد استفاده قرار میگیرند نیز از خودشان انرژی گرمایی منتشر میسازند. بنابراین برای به حداقل رساندن این تاثیرات نامطلوب و برای اینکه بتوان حتی تشعشعات ضعیف آسمانی را هم آشکار ساخت، اخترشناسان معمولا تلسکوپها و تجهیزات خود را به درجه حرارتی نزدیک به 450?F ، یعنی درجه حرارتی حدود صفر مطلق ، میرسانند. مثلا در یک ناحیه پرستاره ، نقاطی که توسط نور مرئی قابل رویت نیستند، با استفاده از تشعشعات مادون قرمز بخوبی نشان داده میشود. همچنین مادون قرمز میتواند چند کانون داغ و متراکم را همره با ابرهایی از گاز و غبار نشان دهد. این کانونها شامل مناطق پرستاره‌ای هستند که در واقع میتوان آنها را محل تولد ستاره‌ای جدید دانست. با وجود این ابرها ، رویت ستاره‌های جدید با استفاده از نور مرئی به سختی امکانپذیر است.

اما انتشار گرما باعث آشکار شدن آنها در تصاویر مادون قرمز میشود. اختر شناسان با استفاده از طول موجهای بلند مادون قرمز میتوانند به مطالعه توزیع غبار در مراکزی که محل شکل گیری ستاره‌ها هستند، بپردازند. با استفاده از طول موجهای کوتاه میتوان شکافی در میان گازها و غبارهای تیره و تاریک ایجاد کرد تا بتوان نحوه شکل گیری ستاره‌های جدید را مورد مطالعه قرار داد. فضای بین ستاره‌ای در کهکشان راه شیری ما نیز از توده‌های عظیم گاز و غبار تشکیل شده است. این فضاهای بین ستاره‌ای یا از انفجارهای شدید نواخترها ناشی شده‌اند و یا از متلاشی شدن تدریجی لایه‌های خارجی ستاره‌هایی جدید از آن شکل میگیرند. ابرهای بین ستاره‌ای که حاوی گاز و غبار هستند، در طول موجهای بلند مادون قرمز خیلی بهتر آشکار میشوند (100 برابر بیشتر از نور مرئی).

اخترشناسان برای دیدن ستاره‌های جدید که توسط این ابرها احاطه شده‌اند، معمولا از طول موجهای کوتاه مادون قرمز برای نفوذ در ابرهای تاریک استفاده میکنند. اخترشناسان با استفاده از اطلاعات بدست آمده از ماهوارهای نجومی ‌مجهز به مادون قرمز صفحات دیسک مانندی از غبار را کشف کردند که اطراف ستاره‌ها را احاطه کرده‌اند. این صفحات احتمالا حاوی مواد خامی ‌هستند که تشکیل دهنده منظومه‌های شمسی هستند. وجود آنها خود گویای این است که سیاره‌ها در حال گردش حول ستاره‌ها هستند.

مادون قرمز در پزشکی

اگر نگاه دقیق و علمی ‌به یک طیف الکترومغناطیسی بیندازیم، میبینیم که از یک طرف طیف تا سوی دیگر آن ، انواع تشعشعات و پرتوها بر اساس طول موج و فرکانس‌های مختلف قرار دارند، از آن جمله میتوان به تشعشعات گاما ، اشعه ایکس ، ماورای بنفش ، نور مرئی ، مادون قرمز و امواج رادیویی اشاره کرد. هر کدام از این پرتوها و تشعشعات همگام با پیشرفت بشر ، به نوبه خود چالش‌هایی را در زمینه‌های علمی ‌پدید آورده‌اند که در اینجا علاوه بر کاربرد مادون قرمز در شاخه ستاره شناسی ، اشاره‌ای به کارآیی چشمگیری این پرتو در رشته پزشکی خواهیم داشت.

کاربرد درمانی مادون قرمز

بکار بردن گرما یکی از متداولترین روشهای درمان فیزیکی است. از موارد استعمال درمانی مادون قرمز موارد زیر را میتوان ذکر کرد.

تسکین درد

با وجود حرارت ملایم ، کاهش درد به احتمال زیاد بواسطه اثر تسکینی بر روی پایانه‌های عصبی ، حسی ، سطحی است. همچنین به علت بالا رفتن جریان خون و متعاقب آن متفرق ساختن متابولیتها و مواد دردزای تجمع در بافتها ، درد کاهش مییابد.

استراحت ماهیچه

تابش این اشعه راه مناسبی برای درمان اسپاسم و دستیابی به استراحت عضلانی میباشد.

افزایش خون رسانی

در درمان زخمهای سطحی و عفونتهای پوستی ، برای اینکه فرآیند ترمیم به خوبی انجام گیرد، باید به مقدار کافی خون به ناحیه مورد نظر برسد و در صورت وجود عفونت نیز افزایش گردش خون سبب افزایش تعداد گلبولهای سفید و کمک به نابودی باکتریها میکند. از این پرتو میتوان برای درمان مفصل آرتوریتی و ضایعات التهابی نیز استفاده کرد.

کاربرد تشخیصی مادون قرمز

از مهمترین کابردهای تشخیصی آن میتوان توموگرافی را نام برد. اصطلاح ترموگرافی به عمل ثبت و تفسیر تغییراتی که در درجه حرارت سطح پوست بدن رخ میدهد، اطلاق میشود. تصویر حاصل از این روش که توموگرام نامیده میشود، بخش الگوی حرارتی سطح بدن را نشان میدهد. در توموگرافی ، آشکار ساز ، تشعشع حرارتی دریافت شده توسط دوربین را به یک سیگنال الکترونیکی تبدیل میکند و سپس آن را علاوه بر تقویت بیشتر ، پردازش میکند تا اینکه یک صفحه کاتودیک مثل مونیتور تلویزیون آشکار شود.

تصاویر بدست آمده به صورت سایه‌های خاکستری رنگ میباشند، بدین معنی که سطوح سردتر به صورت سایه‌های خاکستری روشن دیده میشوند و در نوع رنگی آن نیز نواحی گرم ، رنگ قرمز و نواحی سرد ، رنگ روشن خواهند داشت. درجه حرارت پوست بدن در نتیجه فرآیندهای فیزیکی ، فیزیولوژیک طبیعی یا بیماری تغییر میکند. از این خاصیت تغییر گرمایی در عضوی خاص یا در سطح بدن برای آشکارسازی یک بیماری استفاده میشود که مهمترین آنها به قرار زیر است.

- بیماری پستان : وسیع ترین جنبه کاربردی توموگرافی در آشکار سازی سرطانهای پستانی است.

زیرا روشی کاملا مطمئن و بدون آزار است.

از پرتوهای یونیزان استفاده نمیشود.

روشی کاملا سریع ، راحت و ارزان است.

به دلیل بی ضرر بودن از قابلیت تکراری بسیار زیادی برخوردار است.

کاربرد ترموگرافی در مامائی

چون جفت از فعالیت بیولوژیکی زیادی برخوردار است. درجه حرارت حاصله در این محل بطور قابل ملاحظه‌ای از بافتهای اطراف بیشتر است. پس میتوان از توموگرافی برای تعیین محل جفت استفاده کرد.

ضررهای مادون قرمز

از طرف دیگر خطرهایی نیز در استفاده از مادون قرمز وجود دارد که میتوان به سوختگی الکتریکی (در اثر اتصال بدن به مدارات الکتریکی دستگاه) سر درد ، تولید ضعیف در بیمار و آسیب به چشمها در اثر تابش مستقیم پرتو اشاره کرد.

استخراج اورانیوم از معدن

اورانیوم که ماده خام اصلی مورد نیاز برای تولید انرژی در برنامه های صلح آمیز یا نظامی هسته ای است، از طریق استخراج از معادن زیرزمینی یا سر باز بدست می آید. اگر چه این عنصر بطور طبیعی در سرتاسر جهان یافت میشود اما تنها حجم کوچکی از آن بصورت متراکم در معادن موجود است.

هنگامی که هسته اتم اورانیوم در یک واکنش زنجیره ای شکافته شود مقداری انرژی آزاد خواهد شد.

برای شکافت هسته اتم اورانیوم، یک نوترون به هسته آن شلیک میشود و در نتیجه این فرایند، اتم مذکور به دو اتم کوچکتر تجزیه شده و تعدادی نوترون جدید نیز آزاد میشود که هرکدام به نوبه خود میتوانند هسته های جدیدی را در یک فرایند زنجیره ای تجزیه کنند.

مجموع جرم اتمهای کوچکتری که از تجزیه اتم اورانیوم بدست می آید از کل جرم اولیه این اتم کمتر است و این بدان معناست که مقداری از جرم اولیه که ظاهرا ناپدید شده در واقع به انرژی تبدیل شده است، و این انرژی با استفاده از رابطه E=MC? یعنی رابطه جرم و انرژی که آلبرت اینشتین نخستین بار آنرا کشف کرد قابل محاسبه است.

اورانیوم به صورت دو ایزوتوپ مختلف در طبیعت یافت میشود. یعنی اورانیوم U??? یا U??? که هر دو دارای تعداد پروتون یکسانی بوده و تنها تفاوتشان در سه نوترون اضافه ای است که در هسته U??? وجود دارد. اعداد ??? و ??? بیانگر مجموع تعداد پروتونها و نوترونها در هسته هر کدام از این دو ایزوتوپ است.

برای بدست آوردن بالاترین بازدهی در فرایند زنجیره ای شکافت هسته باید از اورانیوم ??? استفاده کرد که هسته آن به سادگی شکافته میشود. هنگامی که این نوع اورانیوم به اتمهای کوچکتر تجزیه میشود علاوه بر آزاد شدن مقداری انرژی حرارتی دو یا سه نوترون جدید نیز رها میشود که در صورت برخورد با اتمهای جدید اورانیوم بازهم انرژی حرارتی بیشتر و نوترونهای جدید آزاد میشود.

اما بدلیل "نیمه عمر" کوتاه اورانیوم ??? و فروپاشی سریع آن، این ایزوتوپ در طبیعت بسیار نادر است بطوری که از هر ???? اتم اورانیوم موجود در طبیعت تنها هفت اتم از نوع U??? بوده و مابقی از نوع سنگینتر U??? است.

فراوری

 سنگ معدن اورانیوم بعد از استخراج، در آسیابهائی خرد و به گردی نرم تبدیل میشود. گرد بدست آمده سپس در یک فرایند شیمیائی به ماده جامد زرد رنگی تبدیل میشود که به کیک زرد موسوم است. کیک زرد دارای خاصیت رادیو اکتیویته است و ?? تا ?? درصد آنرا اورانیوم تشکیل میدهد.

دانشمندان هسته ای برای دست یابی هرچه بیشتر به ایزوتوپ نادر U??? که در تولید انرژی هسته ای نقشی کلیدی دارد، از روشی موسوم به غنی سازی استفاده می کنند. برای این کار، دانشمندان ابتدا کیک زرد را طی فرایندی شیمیائی به ماده جامدی به نام هگزافلوئورید اورانیوم تبدیل میکنند که بعد از حرارت داده شدن در دمای حدود ?? درجه سانتیگراد به گاز تبدیل میشود. 
 کیک زرد دارای خاصیت رادیو اکتیویته است و ?? تا ?? درصد آنرا اورانیوم تشکیل میدهد

هگزافلوئورید اورانیوم که در صنعت با نام ساده هگز شناخته میشود ماده شیمیائی خورنده ایست که باید آنرا با احتیاط نگهداری و جابجا کرد. به همین دلیل پمپها و لوله هائی که برای انتقال این گاز در تاسیسات فراوری اورانیوم بکار میروند باید از آلومینیوم و آلیاژهای نیکل ساخته شوند. همچنین به منظور پیشگیری از هرگونه واکنش شیمیایی برگشت ناپذیر باید این گاز را دور از معرض روغن و مواد چرب کننده دیگر نگهداری کرد.

غنی سازی

هدف از غنی سازی تولید اورانیومی است که دارای درصد بالایی از ایزوتوپ U??? باشد.

اورانیوم مورد استفاده در راکتورهای اتمی باید به حدی غنی شود که حاوی ? تا ? درصد اورانیوم ??? باشد، در حالی که اورانیومی که در ساخت بمب اتمی بکار میرود حداقل باید حاوی ?? درصد اورانیوم ??? باشد.

یکی از روشهای معمول غنی سازی استفاده از دستگاههای سانتریفوژ گاز است.

سانتریفوژ از اتاقکی سیلندری شکل تشکیل شده که با سرعت بسیار زیاد حول محور خود می چرخد. هنگامی که گاز هگزا فلوئورید اورانیوم به داخل این سیلندر دمیده شود نیروی گریز از مرکز ناشی از چرخش آن باعث میشود که مولکولهای سبکتری که حاوی اورانیوم ??? است در مرکز سیلندر متمرکز شوند و مولکولهای سنگینتری که حاوی اورانیوم ??? هستند در پایین سیلندر انباشته شوند.

اورانیوم ??? غنی شده ای که از این طریق بدست می آید سپس به داخل سانتریفوژ دیگری دمیده میشود تا درجه خلوص آن باز هم بالاتر رود. این عمل بارها و بارها توسط سانتریفوژهای متعددی که بطور سری به یکدیگر متصل میشوند تکرار میشود تا جایی که اورانیوم ??? با درصد خلوص مورد نیاز بدست آید.

آنچه که پس از جدا سازی اورانیوم ??? باقی میماند به نام اورانیوم خالی یا فقیر شده شناخته میشود که اساسا از اورانیوم ??? تشکیل یافته است. اورانیوم خالی فلز بسیار سنگینی است که اندکی خاصیت رادیو اکتیویته دارد و از آن برای ساخت گلوله های توپ ضد زره پوش و اجزای برخی جنگ افزار های دیگر از جمله منعکس کننده نوترونی در بمب اتمی استفاده میشود.

یک شیوه دیگر غنی سازی روشی موسوم به دیفیوژن یا روش انتشاری است.

دراین روش گاز هگزافلوئورید اورانیوم به داخل ستونهایی که جدار آنها از اجسام متخلخل تشکیل شده دمیده میشود. سوراخهای موجود در جسم متخلخل باید قدری از قطر مولکول هگزافلوئورید اورانیوم بزرگتر باشد.

در نتیجه این کار مولکولهای سبکتر حاوی اورانیوم ??? با سرعت بیشتری در این ستونها منتشر شده و تفکیک میشوند. این روش غنی سازی نیز باید مانند روش سانتریفوژ بارها و باره تکرار شود.

راکتور هسته ای
راکتور هسته ای وسیله ایست که در آن فرایند شکافت هسته ای بصورت کنترل شده انجام میگیرد. انرژی حرارتی بدست آمده از این طریق را می توان برای بخار کردن آب و به گردش درآوردن توربین های بخار ژنراتورهای الکتریکی مورد استفاده قرار داد.

اورانیوم غنی شده ، معمولا به صورت قرصهائی که سطح مقطعشان به اندازه یک سکه معمولی و ضخامتشان در حدود دو و نیم سانتیمتر است در راکتورها به مصرف میرسند. این قرصها روی هم قرار داده شده و میله هایی را تشکیل میدهند که به میله سوخت موسوم است. میله های سوخت سپس در بسته های چندتائی دسته بندی شده و تحت فشار و در محیطی عایقبندی شده نگهداری میشوند.

در بسیاری از نیروگاهها برای جلوگیری از گرم شدن بسته های سوخت در داخل راکتور، این بسته ها را داخل آب سرد فرو می برند. در نیروگاههای دیگر برای خنک نگه داشتن هسته راکتور ، یعنی جائی که فرایند شکافت هسته ای در آن رخ میدهد ، از فلز مایع (سدیم) یا گاز دی اکسید کربن استفاده می شود.

 
1- هسته راکتور
2-پمپ خنک کننده
3- میله های سوخت
4- مولد بخار
5- هدایت بخار به داخل توربین مولد برق

برای تولید انرژی گرمائی از طریق فرایند شکافت هسته ای ، اورانیومی که در هسته راکتور قرار داده میشود باید از جرم بحرانی بیشتر (فوق بحرانی) باشد. یعنی اورانیوم مورد استفاده باید به حدی غنی شده باشد که امکان آغاز یک واکنش زنجیره ای مداوم وجود داشته باشد.

برای تنظیم و کنترل فرایند شکافت هسته ای در یک راکتور از میله های کنترلی که معمولا از جنس کادمیوم است استفاده میشود. این میله ها با جذب نوترونهای آزاد در داخل راکتور از تسریع واکنشهای زنجیره ای جلوگیری میکند. زیرا با کاهش تعداد نوترونها ، تعداد واکنشهای زنجیره ای نیز کاهش میابد.

حدودا ??? نیروگاه هسته ای در سرتاسر جهان فعال هستند که تقریبا ?? درصد کل برق مصرفی در جهان را تامین میکنند. از جمله کاربردهای دیگر راکتورهای هسته ای، تولید نیروی محرکه لازم برای جابجایی ناوها و زیردریایی های اتمی است.

باز فراوری

برای بازیافت اورانیوم از سوخت هسته ای مصرف شده در راکتور از عملیات شیمیایی موسوم به بازفراوری استفاده میشود. در این عملیات، ابتدا پوسته فلزی میله های سوخت مصرف شده را جدا میسازند و سپس آنها را در داخل اسید نیتریک داغ حل میکنند. 
 در نتیجه این عملیات، ?% پلوتونیوم ، ?% مواد زائد به شدت رادیو اکتیو و ??% اورانیوم بدست می آید که دوباره میتوان آنرا در راکتور به مصرف رساند.

راکتورهای نظامی این کار را بطور بسیار موثرتری انجام میدهند. راکتور و تاسیسات باز فراوری مورد نیاز برای تولید پلوتونیوم را میتوان بطور پنهانی در داخل ساختمانهای معمولی جاسازی کرد. به همین دلیل، تولید پلوتونیوم به این طریق، برای هر کشوری که بخواهد بطور مخفیانه تسلیحات اتمی تولید کند گزینه جذابی خواهد بود.

بمب پلوتونیومی
استفاده از پلوتونیوم به جای اورانیوم در ساخت بمب اتمی مزایای بسیاری دارد. تنها چهار کیلوگرم پلوتونیوم برای ساخت بمب اتمی با قدرت انفجار ?? کیلو تن کافی است. در عین حال با تاسیسات بازفراوری نسبتا کوچکی میتوان چیزی حدود ?? کیلوگرم پلوتونیوم در سال تولید کرد.

 بمب پلوتونیومی
 
1- منبع یا مولد نوترونی
2- هسته پلوتونیومی
3- پوسته منعکس کننده (بریلیوم)
4- ماده منفجره پرقدرت
5- چاشنی انفجاری

کلاهک هسته ای شامل گوی پلوتونیومی است که اطراف آنرا پوسته ای موسوم به منعکس کننده نوترونی فرا گرفته است. این پوسته که معمولا از ترکیب بریلیوم و پلونیوم ساخته میشود، نوترونهای آزادی را که از فرایند شکافت هسته ای به بیرون میگریزند، به داخل این فرایند بازمی تاباند.

استفاده از منعکس کننده نوترونی عملا جرم بحرانی را کاهش میدهد و باعث میشود که برای ایجاد واکنش زنجیره ای مداوم به پلوتونیوم کمتری نیاز باشد.

برای کشور یا گروه تروریستی که بخواهد بمب اتمی بسازد، تولید پلوتونیوم با کمک راکتورهای هسته ای غیر نظامی از تهیه اورانیوم غنی شده آسانتر خواهد بود. کارشناسان معتقدند که دانش و فناوری لازم برای طراحی و ساخت یک بمب پلوتونیومی ابتدائی، از دانش و فنآوری که حمله کنندگان با گاز اعصاب به شبکه متروی توکیو در سال ???? در اختیار داشتند پیشرفته تر نیست.

چنین بمب پلوتونیومی میتواند با قدرتی معادل ??? تن تی ان تی منفجر شود، یعنی ?? مرتبه قویتر از قدرتمندترین بمبگزاری تروریستی که تا کنون در جهان رخ داده است.

بمب اورانیومی

هدف طراحان بمبهای اتمی ایجاد یک جرم فوق بحرانی ( از اورانیوم یا پلوتونیوم) است که بتواند طی یک واکنش زنجیره ای مداوم و کنترل نشده، مقادیر متنابهی انرژی حرارتی آزاد کند.

یکی از ساده ترین شیوه های ساخت بمب اتمی استفاده از طرحی موسوم به "تفنگی" است که در آن گلوله کوچکی از اورانیوم که از جرم بحرانی کمتر بوده به سمت جرم بزرگتری از اورانیوم شلیک میشود بگونه ای که در اثر برخورد این دو قطعه، جرم کلی فوق بحرانی شده و باعث آغاز واکنش زنجیره ای و انفجار هسته ای میشود.

کل این فرایند در کسر کوچکی از ثانیه رخ میدهد.

جهت تولید سوخت مورد نیاز بمب اتمی، هگزا فلوئورید اورانیوم غنی شده را ابتدا به اکسید اورانیوم و سپس به شمش فلزی اورانیوم تبدیل میکنند. انجام این کار از طریق فرایندهای شیمیائی و مهندسی نسبتا ساده ای امکان پذیر است.

قدرت انفجار یک بمب اتمی معمولی حداکثر ?? کیلو تن است، اما با کمک روش خاصی که متکی بر مهار خصوصیات جوش یا گداز هسته ای است میتوان قدرت بمب را افزایش داد.

در فرایند گداز هسته ای ، هسته های ایزوتوپهای هیدروژن به یکدیگر جوش خورده و هسته اتم هلیوم را ایجاد میکنند. این فرایند هنگامی رخ میدهد که هسته های اتمهای هیدروژن در معرض گرما و فشار شدید قرار بگیرند. انفجار بمب اتمی گرما و فشار شدید مورد نیاز برای آغاز این فرایند را فراهم میکند.

طی فرایند گداز هسته ای نوترونهای بیشتری رها میشوند که با تغذیه واکنش زنجیره ای، انفجار شدیدتری را بدنبال می آورند. اینگونه بمبهای اتمی تقویت شده به بمبهای هیدروژنی یا بمبهای اتمی حرارتی موسومند.

مقدمه:
یکی  از عجیب ترین کشفیات انسان دسترسی به فضا است که پیچیدگی و مشکلات خاص خود را دارد. راه یابی به فضا پیچیده است، چرا که باید با بسیاری از مشکلات روبرو شد. مثلا:

- وجود خلا در فضا                                                                                                                

- مشکلات گرما و حرارت

- مشکل ورود مجدد به زمین

- مکانیک مدارها

- ذرات و باقی مانده های فضا

- تابش های کیهانی و خورشیدی

- طراحی امکانات برای ثابت نگه داشتن اشیا در بی وزنی

ولی بزرگترین مشکل ایجاد انرژی لازم برای بالا بردن فضاپیما از زمین است که برای درک این موضوع باید به بررسی طرز کار موتورهای موشک پرداخت.

در یک دیدگاه ساده، می توان موتورهای موشک را به آسانی و با هزینه ای نسبتا کم طراحی کرد و حتی آن را به پرواز درآورد اما اگر بخواهیم مسئله را در سطح کلان بررسی کنیم با مشکلات و پیچیدگی های بسیاری مواجه هستیم و این موتورهای موشک (و به خصوص سیستم سوخت آن ها) آنقدر پیچیده است که تا به حال تنها سه کشور توانسته اند با استفاده از این فناوری انسان را در مدار زمین قرار دهند.

در این مقاله ما موتورهای موشک های فضایی را مورد بررسی قرار می دهیم تا با طرز کار و پیچیدگی های آن ها آشنا شویم.

نکات پایه ای:

عموما وقتی کسی درباره موتورها فکر می کند، خود به خود مطالبی درباره چرخش برایش تداعی می شود.برای مثال حرکت متناوب پیستون در موتور بنزینی که انرژی چرخشی برای به حرکت در آوردن چرخ ها را تولید می کند. و یا موتور الکتریکی که با تولید میدان الکتریکی که با تولید میدان مغناطیسی نیروی چرخشی برای پنکه یا سی دی رام تولید می کنند. موتور بخار هم به طور مشابه کار می کنند.

ولی موتور موشک از لحاظ ساختار متفاوت است. موتور موشک ها موتورهای واکنشی هستند.اساس کار موتور موشک برپایه ی قانون معروف نیوتون است که می گوید: "برای هر کنش واکنشی وجود دارد به مقدار مساوی ولی درجهت مخالف آن". موتور موشک نیز جرم را در یک جهت پرتاب می کند و از واکنش آن در جهت مخالف سود می برد.

البته تصور این اصل (پرتاب جرم و سود بردن از واکنش) ممکن است در ابتدا کمی عجیب به نظر بیاید، چرا که در عمل بسیار متفاوت می نمایاند. انفجار، صدا و فشار چیزهایی است که در ظاهر باعث حرکت موشک می شود و نه "پرتاب جرم".

بگذارید تا با بیان چند مثال تصویری بهتر از واقعیت را روشن کنم:

? اگر تا به حال با اسلحه ی(به خصوص سایز بزرگ آن) shotgun شلیک کرده باشید،  متوجه می شوید که ضربه ی بسیار قوی ای، با نیروی بسیار زیاد به شانه شما وارد می کند.

یک اسلحه مقدار 1 انس فلز را به یک جهت و با سرعت 700 مایل در ساعت شلیک می کند و در واکنش شما را به عقب حرکت می دهد.

? اگر تا به حال شیر آتش نشانی را دیده باشید، متوجه می شوید که برای نگه داشتن آن باید نیروی بسیار زیادی را صرف کنید (اگر دقت کرده باشید گاهی 2 یا 3 آتش نشان یک شیر را نگه می دارند) که در این جا شیر آتش نشانی مثل موتور موشک عمل می کند.

شیر آتش نشانی، آب را در یک جهت پرتاب میکند و آتش نشان ها از نیرو و وزن خود استفاده می کنند تا در برابر واکنش  آن مقاومت کنند. اگر آن ها اجازه بدهند تا شیر رها شود، شیر به این طرف و آن طرف پرتاب می شود.

حال اگر آتش نشان ها روی یک اسکیت برد ایستاده باشند شیر آتش فشانی آن ها را با سرعت زیادی به عقب می راند.

? اگر یک بادکنک را باد کنید و آن را رها کنید، بادکنک  به پرواز در می آید، تا وقتی که هوای داخل آن به طور کامل خالی شود. پس می توان گفت که شما یکم موتور موشک ساخته اید. در این جا چیزی که به بیرون پرتاب می شود مولکول های هوای درون بادکنک هستند.

بسیاری از مردم فکر می کنند که مولکول های هوا اهمیتی ندارند، در حالی که اینطور نیست. هنگامی که شما به آن ها اجازه می دهید تا از دریچه بادکنک به بیرون پرتاب شوند، بر اثر واکنش به وجود آمده بادکنک به جهت مخالف پرتاب می شود.

در ادامه برای درک بهتر موضوع، به مثالی دقیق تر اشاره می کنم:

? سناریوی توپ بیسبال در فضا:

شرایط زیر را تصور کنید،

مثلا شما لباس فضانوردان را پوشیده اید و در فضا در کنار فضاپیما معلق مانده اید و  چندین توپ بیسبال در دست دارید. حال اگر شما توپ بیسبال را پرتاب کنید، واکنش آن بدن شما را به جهت مخالف توپ حرکت می دهد.

سرعت شما پس از پرتاب توپ به وزن توپ و شتاب وارده بستگی دارد. همانطور که می دانیم حاصلضرب جرم در شتاب برابر نیرو است، یعنی:

F=m.a

همچنین میدانیم که هر نیرویی که شما به توپ وارد کنید، توپ نیز نیرویی مساوی ولی در جهت مخالف به بدن شما وارد میکند که همان واکنش است. پس می توان گفت:

m.a=m.a

حال فرض می کنیم که توپ بیسبال 1 کیلو گرم وزن داشته باشد و وزن شما و لباس فضایی هم 100 کیلوگرم باشد. پس با این حساب اگر شما توپ بیسبال را با سرعت 21 متر در ساعت پرتاب کنید. یعنی شما با دست خود به یک توپ بیسبال 1 کیلو گرمی، شتابی وارد کرده اید که سرعت 21 متر در ساعت گرفته است. واکنش آن روی بدن شما تاثیر می گذارد، ولی وزن بدن شما 100 برابر توپ بیسبال است. پس بدن شما با 100/1 سرعت توپ بیسبال (یا 0.21 متر بر ساعت) به عقب حرکت می کند.

حال اگر شما می خواهید از توپ بیسبال خود قدرت بیش تری بگیرید، شما دو انتخاب دارید: افزایش جرم یا افزایش شتاب وارده

شما می توانید یا یک توپ سنگین تر پرتاب کنید و یا اینکه شما می توانید توپ بیسبال را سریع تر پرتاب کنید (شتاب آن را افزایش دهید)، و این دو تنها کارهایی است که می توانید انجام دهید.

یک موتور موشک نیز به طور کلی جرم را در قالب گازهای پرفشار پرتاب می کند؛ موتور گاز را در یک جهت به بیرون پرتاب می کند تا از واکنش آن در جهت مخالف سود ببرد. این جرم از مقدار سوختی که در موتور موشک می سوزد بدست می آید.

عملیات سوختن به سوخت شتاب می دهد تا از دهانه خروجی موشک با سرعت زیاد بیرون بیاید.

وقتی سوخت جامد یا مایع می سوزد و به گاز تبدیل می شود، جرم آن تغییر نمی کند بلکه تغییر در حجم آن است. یعنی اگر شما مقدار یک کیلو سوخت مایع موشک را بسوزانید مقدار یک کیلو جرم با حجمی بیشتر، از دهانه خروجی موشک با دمای بالا و سرعت زیاد خارج می شود. عملیات سوختن، جرم را شتاب می دهد.
بیایید تا بیش تر درباره ی نیروی پرتاب بدانیم:

 نیروی پرتاب:

قدرت موتور یک موشک را نیروی پرتاب آن می گویند. نیروی پرتاب در آمریکا به صورت
(پوند) ponds of thrust
و در سیستم متریک با واحد نیوتون شناخته شده است (هر 4.45 نیوتون نیروی پرتاب برابر است با 1 پوند نیروی پرتاب).

هر یک پوند نیروی پرتاب (4.45 نیوتون) مقدار نیروی است که می تواند یک شی 1 پوندی (453.59 گرم) را در حالت ساکن مخالف نیروی جاذبه زمین نگه دارد.

بنابر این در روی زمین شتاب جاذبه 21 متر در ساعت در ثانیه (32 فوت در ثانیه در ثانیه) است.

سفر رهبر معظم انقلاب در هفته ولایت را به شهر کویریمان گرامی می داریم.

شمیم  و  رایحه ی خوشگوار  می آید                           مشام   داده خبـر   بوی  یار می آید
همین که دیده  به نور رخش  کنم روشن                     مراد   و   بخت خوشم  در کنار می آید
زمانه را چه عجب ! روی خوش نشانم داد                  گل  و شکوفه  چه بی رنج خار می آید
  فضای شهر معطّر کنید  و  مشک آمیز                         که ماه نو  شد  ه ،رشک بهار    می آید 
نگاه خضر(ع) یقین  باغ  را  تبرک   کرد                      که شاخ خشک زمستان به بار    می آید
چه قدر  قند  به  دل آب کرد  ،   آمدنش                      به دست   ما   سـند  افتخار     می آید
 نگار  از  دل مشتاق   می زداید  غم                            زسینه   غصّه رود   چون  نگار   می آید
هـزارشکر که  آرام جان  رسد ما را                                  قرار  بهر دل بی قـرار  می آید