How do nuclear weapons work? - كيف تعمل الأسلحة النووية؟

250px-Fat_man

سؤالنا هذه المرة عن طريق محمد البكري عن طريق تويتر

أرسل أسئلتك عن طريق تويتر، فيسبوك أو الصندوق على يمين الصفحة

@MGBakri sent this one through Twitter
Send us your questions on Twitter, Facebook or through the box on the right

@ هل ممكن شرح كيفية عمل القتيلة النووية؟
@MGBakri
םבםב غ. البكري

@ عملية توليد الطاقة نفسها من النواة :)
@MGBakri
םבםב غ. البكري
There are two major types of nuclear chain reaction: Nuclear Fission and Nuclear Fusion. Both of them produce a high amount of energy as a result. The energy producing concepts behind each are similar but the mechanisms are essentially opposite. In nuclear fission, we try to break up big atoms; whereas, in nuclear fusion, we try to fuse small atoms to create bigger ones.
In nuclear fission, what happens is that an atom is hit by a neutron. The atom’s nucleus becomes highly excited, causing it to split into two (sometimes three) smaller nuclei. It also produces gamma rays, a huge amount of energy, as well as more neutrons which bombard other atoms and cause a chain reaction. The most commonly used isotopes are Uranium-235 and Plutonium-239. The two atomic bombs dropped over Japan in world war II used each of these two elements. The way that the bombs worked is that the U-235 or Pu-239 core is placed in the center of the bomb. When the bomb is ignited, a trigger shoots neutrons towards the core and when the fission chain reaction starts growing we get a nuclear explosion. The upper limit for a fission weapon is about 500 kilotons of TNT
trident
As for nuclear fusion, two or more small nuclei are collided at very high speed to form a bigger nucleus. For example, two hydrogen nuclei collide to make a helium nucleus. The difference in mass between the sum of the hydrogen nuclei and the helium nucleus is transformed into energy. This energy is used to increase the speed of other hydrogen atoms creating a chain reaction. Other results of this reaction are high energy photons (gamma rays). For the mechanism of the fusion bomb, we need high speed hydrogen atoms. This is done by exploding a small fission bomb that is included inside the body of the fusion bomb. Thus, the fission bomb works as the trigger for the fusion bomb, creating enough energy to increase the speed of the hydrogen nuclei, initiating the process described previously. Nuclear fusion weapons are known as thermonuclear weapons. The most powerful thermonuclear weapon ever tested was the Russian Tsar Bomba, with a yield equivalent to 50 megatons of TNT. There is no known upper limit for fusion bombs explosive yield.
A “NUKEMAP” was built to see the effects that various types of nuclear weapons would have on a given area.

يوجد هناك نوعين رئيسيين من أنواع التفاعلات النووية: تفاعل الانشطار وتفاعل الاندماج. كلاهما ينتج مقدار كبير جداً من الطاقة. النظريات التي تتبعها كل طريقة متشابهة ولكن الآليات في واقع الأمر متعاكسة. في تفاعل الانشطار يتم شطر أنوية ذرات كبيرة لأنوية مختلفة أصغر. وفي الاندماج يتم دمج أنوية ذرات صغيرة لتكوين نواة أكبر

في تفاعل الانشطار يتم اطلاق نيوترون على نواة ذرة فتصبح النواة مثارة جداً. هذا يتسبب في انشطارها إلى نواتين (أو ثلاثة) أصغر. من نواتج الانشطار أشعة جاما، نيوترونات أخرى والكثير من الطاقة. تقوم النيوترونات المنشطرة بضرب أنوية أخرى مما يثيرها ويبدأ تفاعل تسلسلي يؤدي إلى انشطار أنوية أكثر وانتاج نيوترونات أكثر. في أغلب الأحيان يتم استخدام نظير مادة اليورانيوم-235 أو البلوتونيوم-239. أشهر مثال على ذلك كان استخدام اليورانيوم في أحد القنبلتين الذريتين المستخدمتين على اليابان في أوخر الحرب العالمية الثانية بينما استخدم البلوتونيوم في الأخرى. يتم وضع النظير المستخدم في وسط القنبلة. لاشعال القنبلة يتم اطلاق نيوترونات باتجاه النظير وعندما يصبح التفاعل كبيراً بما يكفي يصبح لدينا انفجار. الحد الأعلى للقنابل الانشطارية هو 500 ألف طن من قنابل التي ان تي، و تجد على اليمين صورة لسلاح الترايدنت الأمريكي، والذي يوازي أقوى قنبلة انشطارية

اما بالنسبة لتفاعل الاندماج، تتصادم نواتين (أو أكثر) بسرعة عالية لتتكون نواة أكبر. على سبيل المثال، تتصادم نواتين هيدروجين لتكوين نواة هيليوم. الفرق بين مجموع كتلتي نواتي الهيدروجين وبين كتلة نواة الهيليوم يتحول إلى طاقة. هذه الطاقة تقوم بزيادة سرعة أنوية هيدروجين أخرى مما يؤدي إلى تفاعل تسلسلي. من النواتج الأخرى للتفاعل أشعة جاما. بالنسبة للقنبلة الاندماجية (المعروفة بالقنبلة الهيدروجينيةيجب تسريع ذرات هيدروجين بشكل كافي قبل أن يتم الاندماج. تتم عملية التسريع بتفجير قنبلة انشطارية صغيرة تكون موجودة في نفس القنبلة الاندماجية. وبالتالي تكون القنبلة الانشطارية مجرد فتيل للقنبلة الاندماجية، مُكَونة طاقة كافية لتسريع أنوية الهيدروجين وانتاج التفاعل الاندماجي. القنبلة الهيدروجينية تسمى أيضا القنبلة الحرارية. أكبر قنبلة حرارية تم اختبارها هي القنبلة الروسية تسار بومبا (القنبلة القيصر) بقوة تفجيرية توازي 50 مليون طن من التي ان تي (وهي القنبلة المصور انفجارها في الأدنى). لا يوجد حد أعلى معلوم للقوة التفجيرية للقنابل الاندماجية

tsar bom explosion

هذه خريطة نووية تم تصميمها لمحاكاة آثار قنابل مختلفة إذا تم إلقائها على منطقة ما