القنبلة الرّهيبة

اِنبعاث كمّيّة هائلة من الطّاقة في فترة زمنية قصيرة جدًّا. أضرار القنبلة النّوويّة الّتي أُلقيت على مدينة ناجازاكي في اليابان، بعد مرور ثلاثة أعوام على إلقائها| المصدر: US NATIONAL ARCHIVES AND RECORDS ADMINISTRATION / SCIENCE PHOTO LIBRARY

تؤدّي إضافة نيوترون واحد إلى نواة اليورانيوم إلى انشطارها إلى نواتين (نواة الكريبتون ونواة الباريوم) وانطلاق الطّاقة وثلاثة نيوترونات | تخطيط: CLAUS LUNAU / SCIENCE PHOTO LIBRARY

من النّظرية إلى التّطبيق

العوامل الرّئيسيّة لإحداث التّفاعل المتسلسل هي كثافة المادّة القابلة للانشطار وكتلتها. يعود ذلك إلى أنّ جزءًا من النّيوترونات النّاتجة لا يؤدّي إلى انشطارات جديدة، بل يتسرّب إلى البيئة المحيطة. كلّما ازدادت كثافة المادّة ازداد احتمال اصطدام النّيوترون بذرّة قابلة للانشطار، لأنّ الذّرّات تكون قريبةً من بعضها البعض. ويزداد حجم المادّة المُعدّة للانشطار مع ازدياد كتلتها، ممّا يتطلّب من النّيوترون عبور مسافة أطول داخل المادّة قبل أن يخرج إلى البيئة المحيطة، فيقلّ بذلك احتمال خروجه من المادّة دون أن يؤدّي إلى حصول انشطار. 

إذا فرضنا أنّ كثافة المادّة المُعَدّة للانشطار ثابتة وشكلها كرويّ، يترتّب على ذلك وجود كتلة حرجة لكلّ مادة مُعدّة للانشطار، بحيث لا يحدث تفاعل متسلسل ومتعاظم تحتها، إنّما فوقها. يكون التّفاعل سريعًا جدًّا إذا كانت كتلة المادّة كبيرة فيحدث انفجار تتبعثر منه المادّة المعدّة للانشطار فتنهار الظّروف المؤاتية والضّروريّة لاستمرار حدوث التّفاعل ممّا يؤدّي إلى توقّفه في نهاية الأمر. تتراوح الكتلة الحرجة للموادّ القابلة للانشطار في الظّروف المناسبة ما بين عدّة كيلوجرامات وبضع عشرات من الكيلوجرامات (يمكن محاكاة الكتلة الحرجة في هذا الرّابط).

ما الّذي يجعل صنع القنبلة الانشطاريّة معقّدًا؟ السّبب الأوّل هو صعوبة الحصول على المادّة القابلة للانشطار. يجب بناء مفاعل نوويّ لإنتاج البلوتونيوم، أو عَزْل نظير اليورانيوم القابل للانشطار- 235، الّذي تحتوي نواته على 143 نيوترونًا، وهو نادر الانتشار في الطّبيعة، من خاماته. فقط 0.72 من الواحد بالمئة من إجماليّ اليورانيوم في الكرة الأرضيّة هو يورانيوم 235. تُسمّى عمليّة فصله عن خاماته بعمليّة "تخصيب اليورانيوم"، أي زيادة نسبة اليورانيوم 235 من إجماليّ اليورانيوم المستخرج، وهذه عمليّة صعبة التّنفيذ. 

المفاعل النّوويّ وسيلة مكلِفة وتشغيله معقّد، خاصّةً إذا كان مٌعَدًّا لإنتاج البلوتونيوم اللّازم للقنابل النّوويّة. أضف إلى ذلك أنّ فصل البلوتونيوم عن الوقود النّوويّ الّذي تمّ استخدامه في العمليّة ليس بالمهمّة السّهلة إذ يتطلّب ذلك معالجة موادّ نشِطة إشعاعيًّا وخطيرة جدًّا في مصنع كبير يصعب حجبه عن الأبصار. 

تخصيب اليورانيوم عمليّة معقّدة، لأنّ الصّفات الكيميائيّة للنّظائر متطابقة تقريبًا، كما أنّ الاختلاف في كتلها صغير جدًّا. تتطلّب عمليّة الفصل النّاجعة استخدام الآلاف من أجهزة الطّرد المركزيّ. منشآت التّخصيب كبيرة وتستهلك الكثير من الكهرباء، ومن الصّعب التّعتيم على وجودها. ليس من السّهل، إذًا، حتّى على الدّول ذات السّيادة، إنتاج المادّة القابلة للانشطار بشكل سرّيّ، ولا يمكن للمنظّمات الإرهابيّة بقواها الذّاتيّة  إنتاج مادّة قابلة للانشطار لاستخدامها في إعداد قنبلة، دون استخدام موارد دولة تدعمها. 

إذا نجحنا في إنتاج كمّيّة كافية من المادّة القابلة للانشطار فسوف نواجه التّحدّي التّقنيّ في تصنيع القنبلة. يبدو،  لأوّل وهلة، أنّ كلّ ما يستدعي الأمر هو إنتاج كتلة تزيد عن الكتلة الحرجة ثمّ إطلاق النّيوترونات باتّجاهها في اللّحظة المناسبة لتبدأ العمليّة المتسلسلة. تكمن المشكلة في أنّ النّيوترونات موجودة دائمًا في البيئة المحيطة وهي تنبعث من المادّة المعدّة للانشطار نتيجة للعمليّات الّتي تحدث داخلها. لذلك، من المحتّم أن يؤدّي أحد النّيوترونات إلى حدوث انفجار بعد تجميع الكتلة الحرجة الأوّليّة بوقت قصير. يؤدّي حدوث هذا الانفجار إلى تبعثر المادّة المنشطرة (والتّقنيّ المسكين الّذي أعدّها) ويكون انفجارًا صغيرًا نسبيًّا - تساوي شدّته انفجار بضع كيلوجرامات من المادّة المتفجّرة العاديّة.

واجهت هذه المشكلة العلماء والتّقنيّين الّذين عملوا في مشروع مانهاتن لتصنيع القنابل النّوويّة الأولى، الّذي أداره الفيزيائيّ روبرت أوبنهايمر، وطوّروا طريقتين للتّغلّب عليها. كانت الأولى طريقة المدفع الّتي تناسب اليورانيوم فقط. يتمّ في هذه الطّريقة إطلاق كتلة من اليورانيوم أصغر من الكتلة الحرجة باتّجاه كتلة أخرى مثلها فتَتّحد الكتلتان وتُكوّنان كتلةً أكبر من الكتلة الحرجة. استُخدمت هذه الطّريقة في قنبلة "الولد الصّغير" الّتي أُلقيت على مدينة هيروشيما في اليابان. اِنفجر 64 كيلوجرامًا من اليورانيوم المُنضّب (المُخصّب) بقوّة تساوي 15 ألف طن من الـ TNT- وهي المادّة المتفجّرة التّقليديّة الّتي تُستخدم مقياسًا لقياس قوّة الانفجارات. 

أمّا القنبلة الثّانية (الرّجل السّمين) الّتي أُلقيت على ناجازاكي، فقد استُخدمت فيها طريقة الانهيار. يقومون، بهذه الطّريقة، بتفجير كمّيّة كبيرة (حوالي 2.5 طن في قنبلة ناجازاكي) من المادّة المتفجّرة دفعةً واحدةً وذلك لضغط وزيادة كثافة كرةٍ من البلوتونيوم كتلتها أقلّ من الكتلة الحرجة لتصبح أكبر من الكتلة الحرجة. تمّ ضغط 6.5 كيلوجرامًا من البلوتونيوم لتزداد كثافتها عن الكثافة الأصليّة بضعفين ونصف فأصبحت 40 غرامًا للسّنتيمتر المكعّب الواحد. كانت قوّة الانفجار ما يعادل 21 ألف طن من الـ  TNT. تناسب هذه الطّريقة جميع الموادّ القابلة للانشطار، وتُعدُّ أكثر نجاعةً من طريقة المدفع.

نماذج لقنبلة "الرّجل السّمين"  (عن اليمين) و"الولد الصّغير"  في موقع مشروع مانهاتن في لوس ألاموس. يقف الفيزيائيّ الإيطاليّ - أمريكيّ إميليو سيغري، وهو أحد مخضرمي مشروع مانهاتن، جنب النماذج. | المصدر: EMILIO SEGRE VISUAL ARCHIVES / AMERICAN INSTITUTE OF PHYSICS /SCIENCE PHOTO LIBRARY

تنطلق من القنابل الهيدروجينيّة أيضًا كمّيّة هائلة من الطّاقة خلال وقت قصير. تنصهر ذرّات خفيفة وتندمج بدلًا من انشطار نويات ثقيلة: تندمج نويات الهيدروجين وتُكوّن نويات هيليوم وزنها أقلّ من مجموع أوزان النّويات الأصليّة. يتحوّل فارق الكتلة إلى كمّيّة هائلة من الطّاقة تنبعث خلال انفجار ضخم. تكمن أفضليّة هذا التّفاعل في سهولة إنتاج الوقود اللّازم للانصهار مقارنةً بالوقود اللّازم لعمليّات الانشطار النّوويّ. أمّا سلبيّة العملية فهي أنّها تحدث فقط في درجات حرارة عالية جدًّا وكثافة هائلة.  

يمكن الحصول على هذه الظّروف، من درجة الحرارة والكثافة، بواسطة تفجير نوويّ يعتمد على عمليّة الانشطار، عندما تحتوي القنبلة الهيدروجينيّة على قنبلة انشطار عاديّة تنفجر هي أوّلًا وتستغلّ الطّاقة المنبعثة منها في ضغط وتسخين الهيدروجين المستخدم كوقود للقنبلة الهيدروجينيّة. كمّيّة الطّاقة النّاجمة عن عمليّات الانصهار النّوويّ تعادل 10 إلى 50 ضعفًا من الطّاقة المنبعثة من قنبلة الانشطار. وتؤدّي عمليّات الانصهار إلى انبعاث النّيوترونات الّتي تؤدّي إلى حدوث انشطار آخر. من هنا، فإنّ قنابل الانصهار المتطوّرة قادرة على تحرير كمّيّات من الطّاقة أكبر بعشرين ضعفًا وأكثر من الطّاقة الّتي نجمت عن قنبلة الانشطار الّتي أُلقيت على ناجازاكي، في حين أنّ وزنها أصغر بعشرين مرّة. 

يؤدّي الانشطار النّوويّ المصاحب لعمليّة الاندماج النّوويّ إلى تكوين كمّيّة كبيرة جدًّا من الغبار النّوويّ المشعّ، علمًا أنّ عمليّة الانصهار ذاتها لا تُكوّن موادّ نشطة إشعاعيًّا.

عسكريًّا، توجد للقنبلة الهيدروجينيّة أفضليّة على قنبلة الانشطار النّوويّ من حيث الحجم. تقرّر الكتلة الحرجة حجم قنبلة الانشطار، أمّا الشّرط الوحيد الّذي يحّدد حجم وقوّة قنبلة الانصهار النّوويّ فيعود إلى اعتبارات عمليّة تعود إلى قدرة الطّائرات والصّواريخ على حمل هذه الكتلة. على الرّغم من ذلك فإنّ بناء القنبلة الهيدروجينيّة مَهمّة أكثر تعقيدًا من بناء القنبلة العاديّة. تشهد على ذلك الإخفاقات الكثيرة الّتي حصلت في التّجارب النّوويّة الأولى الّتي أُجريت على القنابل الهيدروجينيّة. بالمقابل، لم تُخفِق أيّ من الدّول العظمى النّوويّة في تجربتها الأولى على قنبلة الانشطار النوويّ، ما عدا كوريا الشّمالية، ربّما.

نموذج أكبر قنبلة هيدروجينيّة  في التّاريخ، "قنبلة القيصر" السّوفييتيّة  المعروضة في أحد المتاحف في روسيا. لم يتمّ استخدام القنبلة في أيّة  حملة عسكريّة  أبدًا | المصدر: SPUTNIK / SCIENCE PHOTO LIBRARY 

 المخزن العالميّ للأسلحة النّوويّة

معظم القنابل الّنوويّة في عصرنا الحاضر هي قنابل هيدروجينيّة. يعود ذلك إلى كون هذه القنابل أقوى وأصغر حجمًا من القنابل الّتي تعتمد على الانشطار فقط. طوّرت الولايات المتّحدة والاتّحاد السّوفييتي في الماضي قنابل هيدروجينيّة ذات قوّة هائلة تعادل ملايين الأطنان من الـ TNT. 

تُسمّى أكبر قنبلة تمّ اختبارها حتّى اليوم بـِ "قنبلة القيصر" حيث وصلت قوّتها إلى 50 مليون طن، أي ما يعادل قوّة ثلاثين ألف قنبلة كالّتي أُلقيت على هيروشيما! لم يتمّ استخدام هذه القنبلة في الأغراض العسكريّة، وإنّما بُنيت في الاتّحاد السّوفييتي لأغراض دعائيّة فقط. لا توجد اليوم قنابل ضخمة إلى هذا الحدّ، ومعظم الأسلحة النّوويّة  أقوى بِ 10 - 30 مرّة "فقط" من شدّة القنابل الّتي أُلقيت في الحرب العالمية الثّانية. لا توجد في الواقع لدى الولايات المتّحدة ولا لدى روسيا أسلحة نوويّة تزيد قوّتها  عن 1.2 ميجا طن (مليون طن). يعود ذلك إلى أنّ معظم الصّواريخ النّوويّة قادرة على حمْل عدّة رؤوس متفجّرة صغيرة الحجم في آنٍ واحد، وهي تسبّب ضررًا أكبر من الضّرر الّذي يسبّبه رأس متفجّر كبير واحد. 

الغالبيّة العظمى من الأسلحة النّوويّة اليوم هي قنابل مُعدّة لإلقائها من الطّائرات أو كرؤوس متفجّرة محمولة على الصّواريخ. أمّا في الماضي فقد طُوّرت قذائف وقذائف هاون وطوربيدات وصواريخ جوّ - جوّ وصواريخ أرض - جوّ، وعبوات ناسفة صغيرة يحملها شخص واحد وألغام. توقّفت غالبيّة هذه الاستخدامات واختفت، لأنّها قد أُعِدّت أصلًا للتّعويض عن قِلّة دقّة السّلاح بشدّة التّدميراالكبيرة، وقلّت اليوم الحاجة لمعظم وسائل الحرب النّوويّة بسبب توفّر الوسائل الحربيّة التّقليديّة ذات الدّقّة العالية.

صاروخ حديث عابر للقارّات قادر على حمْل ثمانية رؤوس نوويّة. تقنيّون ورأس نوويّ W87 | المصدر: nuclearweaponarchive.org

 

إشعاعات ودمار هائل

لا يوجد فرق كبير بين تأثير قنابل الانشطار والقنابل الهيدروجينيّة. شدّة الانفجار - أي كمّيّة الطّاقة المنبعثة - هي العامل الرّئيسيّ الّذي يؤثّر على فعاليّة القنبلة. تتحوّل معظم هذه الطّاقة إلى حرارة. تؤدّي كمّيّة هائلة من الحرارة إلى احتراق الموادّ القابلة للاشتعال، وتؤدّي إلى الإصابة بالحروق حتّى على بعد كبير من موقع الانفجار، وينبعث الجزء الآخر من الطّاقة على شكل طاقة حركيّة تُكوّنُ أمواجًا ارتداديّةً قادرة على هدم المباني، ويطال ضررها وتأثيرها الأماكن الّتي تبعد كيلومترات عن موقع الانفجار. 

صحيحٌ أنّ جسم الإنسان مقاوم للارتداد المباشر، إلّا أنّه يتعرض للإصابة من الأجسام المتطايرة والزّجاج المُهشّم. 

تتكوّن السّحابة الفطريّة الّتي أصبحت رمزًا للتّفجيرات النّوويّة نتيجةً للرّياح القويّة النّاجمة عن الأمواج الارتداديّة. تشتعل الكثير من الحرائق الّتي تؤدّي إلى زيادة شدّة الدّمار عند انفجار القنبلة النّوويّة فوق منطقة مأهولة بالسّكّان، كما حدث في هيروشيما وناجازاكي.

رمز التّفجيرات النّوويّة.  فِطر التّفجير في التّجربة الأمريكيّة Castle Romeo في جزر بكيني سنة 1954 | المصدر: United States Department of Energy
 

هيروشيما ونجازاكي اليوم خاليات من النشاط الإشعاعيّ . نصب تذكاريّ للّذين  لاقوا حتفهم من القنبلة النّوويّة الّتي أُلقيت على هيروشيما. | المصدر: ANDY CRUMP / SCIENCE PHOTO LIBRARY

 

هل الخطر قائم في الحياة اليوميّة أيضًا؟ 

هل الخطر من  الأسلحة النّووية قائم حتّى دون استخدامها وهي محفوظة في مخازن الأسلحة؟ الجواب بشكل عامّ هو لا. تنبعث إشعاعات قليلة جدًّا من القنابل المخزّنة. تُستخدم، عادةً، تركيبةُ البلوتونيوم الّتي تنبعث منها نسبة قليلة من الإشعاعات (نسبة منخفضة جدًّا من البلوتونيوم 240) في الغوّاصات الأمريكيّة المسلّحة بالصّواريخ العابرة الّتي تحمل رؤوسًا نوويّة، وذلك عندما يتواجد بالقرب منها طاقم الغوّاصة لفترات زمنيّة طويلة. 

كان احتمال حصول حوادث انفجارات غير مخطّطة لقنابل نوويّة  كبيرًا نسبيًّا في الماضي، لكنّ هذا الاحتمال ضئيل جدًّا في أيّامنا.  تُبنى الرّؤوس المتفجّرة اليوم بحيث لا تؤدّي الحوادث - مهما كانت درجة خطورتها، كسقوط الطّائرة الّتي تحمل القنابل -  إلى انفجار نوويّ غير مُخطّط. وتُبذل الجهود لتأمين عدم تناثر المادّة النّشِطة إشعاعيًّا إلى البيئة المحيطة في حال حصول مثل هذه الحوادث. أضف إلى ذلك أنّ الرّؤوس النّوويّة التّابعة للدّول العظمى النّوويّة تكون مُزوّدةً بآليّات تمنع استخدامها بدون إدخال الشّيفرة المناسبة، و لن تنجح أيّة جهة معادية أو غير مسؤولة تفجيرها حتّى لو استطاعت السّيطرة عليها. 
 

حدثت في العقود الأخيرة حوادث كثيرة تتعلّق بأسلحة نوويّة. لم يحدث انفجار نوويّ في أيٍّ من هذه الحوادث، لكنّ حدوثها كان قريبًا جدًّا في بعض الحالات. لم تتناثر موادّ نشِطة إشعاعيًّا إلى البيئة المحيطة في القسم الأكبر من هذه الحوادث.

وسائل أمانٍ كثيرة. أنابيب إطلاق الصّواريخ  الموجودة في الغوّاصة الأمريكيّة  أوهايو | تصوير: US AIR FORCE / SCIENCE PHOTO LIBRARY

الأفكار حول حفر المحاجر والمناجم بواسطة التّفجير النّوويّ . جُرن سدان في نيفادا يبلغ قطره حوالي 400 متر وقد نجم عن تفجير نوويّ تمّ التّخطيط  له مسبقًا. | تصوير: OMIKRON / SCIENCE PHOTO LIBRARY

 

النّادي النّوويّ 

توجد اليوم خمس دول تُقرُّ المعاهدات الدّوليّة بأنّها دول عظمى نوويّة: الولايات المتّحدة، روسيا (الاتّحاد السّوفييتي سابقًا)، بريطانيا، فرنسا والصّين. الدّول الّتي أجرت العدد الأكبر من التّجارب النّوويّة هي الولايات المتّحدة والاتّحاد السّوفييتي، في أواسط القرن العشرين بشكل خاصّ، أمّا الدّول الثّلاث الأخرى فقد أجرت العشرات من التّجارب فقط. 

تمتلك دول أخرى قدرات نوويّة عسكريّة وهي الهند وباكستان وكوريا الشّماليّة، وقد أجرت هذه الدّول القليل من التّجارب النّوويّة. كانت لدى جنوب إفريقيا في سنوات الثّمانينيّات من القرن العشرين ستّ قنابل نوويّة وقد تمّ تفكيكها قبل انتهاء ولاية حكم التّفرقة العنصريّة بقليل. أُلقيت على إيران عقوبات اقتصاديّة بسبب الشّكوك بأنّها تحاول تطوير قنبلة نوويّة، لكنّها، كما هو معروف، لم تبلغ هذه القدرة حتّى اليوم . تمتلك دولة إسرائيل أيضًا، حسب منشورات أجنبيّة،  السّلاح النّوويّ. حاولت دول أخرى مثل العراق وسوريا في الماضي تطوير قدرات كهذه إلّا أنها أُوقفت قبل أن تبلغ الغاية.  

يُطرح السّؤال التّالي في نهاية الأمر: أليس من الخطر كشف جميع أسرار القنبلة النّوويّة؟ الإجابة القاطعة هي لا. لقد اعتُبرت المعلومات الّتي أوردناها أعلاه ومعلومات أخرى سرّيّة في الماضي، لكنّها اليومَ معروفة للجميع. لم تعد معظم الموادّ والمعلومات حول الأسلحة النّوويّة سِرّيّةً عدا عن التّخطيطات الكاملة للأسلحة والأفكار المتطوّرة نسبيًّا، خاصّةً تلك المتعلّقة بالقنبلة الهيدروجينيّة. المبادئ المركزيّة معروفة منذ منتصف القرن الماضي. يمكن أن نجد في الويكيبيديا استرجاعًا غير رسميّ، لكنّه في غاية الدّقّة، لتخطيطات القنابل الّتي أُلقيت على هيروشيما وناجازاكي.  

العقبات الرّئيسيّة الّتي تواجه أيّة دولة أو تنظيم تحاول الحصول على أسلحة نوويّة هي عقبات اقتصاديّة، لوجستيّة وسياسيّة، أمّا المعرفة العلميّة فهي موجودة ومتاحة للجميع. قسم كبير من المعلومات الّتي أوردناها كان قد نُشِرَ في تقرير سميث مع انتهاء مشروع مانهاتن والحرب العالمية الثّانية.  

أجرت الولايات المتّحدة سنة 1964 تجربةً طُلبَ فيها من ثلاثة علماء شباب عديمي الخبرة والتّجربة في المجال النّوويّ تخطيط قنبلة نوويّة بالاعتماد على المعلومات المكشوفة الواردة في الكتب والمجلّات العلميّة. قدّم هؤلاء العلماء الثّلاثة بعد ثلاث سنوات تخطيطًا نهائيًّا ما زال سرّيًّا حتّى اليوم، ولكن يبدو أنّه يمكن بناء قنبلة قابلة للاستخدام بالاعتماد عليه. المعلومات في أيّامنا متوفّرة بكثرة. على الرّغم من ذلك يبقى إنتاج المادّة القابلة للانشطار لاستخدامها كسلاح نوويّ مَهمّة صعبة ومُكلِفة ومُعقّدة جدًّا. نأمل أن لا نرى في المستقبل إنتاجًا واسعًا للأسلحة النّوويّة، واستخدامًا لها في الحرب، حتّى لوافترضنا، منطقيًّا، أنّ الاحتمال بأن يقود هذا السّلاح إلى دمار الإنسانيّة هو احتمال ضئيل جدًّا.

 

 

 

الترجمة للعربيّة: أ. خالد إبراهيم مصالحة
التدقيق والتحرير اللغوي: د. عصام عساقلة
الإشراف والتحرير العلمي: رقيّة صبّاح أبو دعابس