الانفجار الإشعاعي

الانفجار الإشعاعي هو ضغط هدف باستخدام مستويات عالية من الإشعاع الكهرومغناطيسي . ويُستخدم هذا النوع من التكنولوجيا بشكل رئيسي في القنابل الاندماجية وأبحاث الاندماج بالقصور الذاتي .

طُوِّرت تقنية الانفجار الإشعاعي لأول مرة على يد كلاوس فوكس وجون فون نيومان في الولايات المتحدة، كجزء من عملهما على التصميم الأصلي للقنبلة الهيدروجينية "الكلاسيكية الخارقة". أسفر عملهما عن براءة اختراع سرية سُجِّلت عام 1946، وقدّمها فوكس لاحقًا إلى الاتحاد السوفيتي كجزء من تجسسه النووي . مع ذلك، لم تكن خطتهما هي نفسها المستخدمة في التصميم النهائي للقنبلة الهيدروجينية، ولم يتمكن البرنامجان الأمريكي والسوفيتي من الاستفادة منها مباشرةً في تطوير القنبلة الهيدروجينية (لم تتضح قيمتها إلا لاحقًا). دُمِجت نسخة مُعدَّلة من خطة فوكس-فون نيومان في لقطة "جورج" من عملية غرينهاوس . ^{[ 1 ]}

في عام ١٩٥١، راودت ستانيسلاف أولام فكرة استخدام الصدمة الهيدروديناميكية لسلاح الانشطار لضغط المزيد من المواد القابلة للانشطار إلى كثافات عالية للغاية، بهدف صنع قنابل انشطارية ثنائية المراحل ذات قوة تدميرية تصل إلى ميغاطن. ثم أدرك أن هذا النهج قد يكون مفيدًا لبدء تفاعل نووي حراري. عرض أولام الفكرة على إدوارد تيلر ، الذي أدرك أن الضغط الإشعاعي سيكون أسرع وأكثر كفاءة من الصدمة الميكانيكية. هذا المزيج من الأفكار، بالإضافة إلى "شمعة إشعال" انشطارية مدمجة داخل وقود الاندماج، أصبح ما يُعرف بتصميم تيلر-أولام للقنبلة الهيدروجينية.

معظم الطاقة المنبعثة من القنبلة الانشطارية تكون على شكل أشعة سينية . ويُشابه طيفها طيف جسم أسود عند درجة حرارة 50 مليون كلفن (أكثر بقليل من ثلاثة أضعاف درجة حرارة لب الشمس ). ويمكن تمثيل سعة هذه الأشعة بنبضة شبه منحرفة، زمن صعودها ميكروثانية واحدة، وزمن هبوطها ميكروثانية واحدة، وزمن هبوطها ميكروثانية واحدة. بالنسبة لقنبلة انشطارية بقوة 30 كيلوطن، يبلغ إجمالي الطاقة المنبعثة من الأشعة السينية 100 تيراجول (أكثر من 70% من إجمالي الطاقة).

في قنبلة تيلر-أولام ، يُطلق على الجسم المراد تفجيره اسم "الثانوي". يحتوي على مواد اندماجية، مثل ديوتيريد الليثيوم ، وطبقاته الخارجية عبارة عن مادة معتمة للأشعة السينية، مثل الرصاص أو اليورانيوم-238 .

من أجل نقل الأشعة السينية من سطح القنبلة الانشطارية الأولية إلى سطح القنبلة الثانوية، يتم استخدام نظام من "عاكسات الأشعة السينية".

عادةً ما يكون العاكس عبارة عن أسطوانة مصنوعة من مادة مثل اليورانيوم. يقع العاكس الأساسي في أحد طرفي الأسطوانة، بينما يقع العاكس الثانوي في الطرف الآخر. يُملأ الجزء الداخلي من الأسطوانة عادةً برغوة شفافة إلى حد كبير للأشعة السينية، مثل البوليسترين .

يُعدّ مصطلح "العاكس" مُضللاً، إذ يُوحي للقارئ بأنّ الجهاز يعمل كمرآة . صحيحٌ أنّ بعض الأشعة السينية تتشتت أو تتبدد، إلا أنّ معظم الطاقة تنتقل عبر عمليةٍ ثنائية المراحل: يُسخّن عاكس الأشعة السينية إلى درجة حرارة عالية بفعل التدفق الإشعاعي من المصدر الأساسي، ثمّ يُصدر أشعة سينية تنتقل إلى المصدر الثانوي. وتُستخدم طرقٌ مُصنّفةٌ مُختلفة لتحسين أداء عملية الانعكاس .

تشير بعض الوثائق الصينية إلى أن العلماء الصينيين استخدموا طريقة مختلفة لتحقيق الانفجار الإشعاعي. ووفقًا لهذه الوثائق، استُخدمت عدسة أشعة سينية، وليس عاكسًا، لنقل الطاقة من النواة الأولية إلى النواة الثانوية أثناء صنع أول قنبلة هيدروجينية صينية. ^{[ 2 ]}

يشير مصطلح "الانفجار الإشعاعي" إلى أن المادة الثانوية تُسحق بفعل ضغط الإشعاع ، وتُظهر الحسابات أنه على الرغم من أن هذا الضغط كبير جدًا، إلا أن ضغط المواد المتبخرة بفعل الإشعاع أكبر بكثير. تصبح الطبقات الخارجية للمادة الثانوية ساخنة جدًا لدرجة أنها تتبخر وتتطاير من السطح بسرعات عالية. يُنتج الارتداد الناتج عن قذف هذه الطبقة السطحية ضغوطًا أقوى بعشرة أضعاف من ضغط الإشعاع البسيط. ولذلك، يُعتقد أن ما يُسمى بالانفجار الإشعاعي في الأسلحة النووية الحرارية هو انفجار ناتج عن التآكل بفعل الإشعاع .

حظي استخدام الليزر عالي الطاقة لإشعال كميات صغيرة من مواد الاندماج النووي باهتمام كبير. تُعرف هذه العملية باسم الاندماج بالقصور الذاتي (ICF). وكجزء من هذا البحث، تم رفع السرية عن الكثير من المعلومات المتعلقة بتقنية الانضغاط الإشعاعي.

عند استخدام الليزر البصري، يُفرّق بين أنظمة "التشغيل المباشر" وأنظمة "التشغيل غير المباشر". في نظام التشغيل المباشر، يُوجّه شعاع الليزر (أو أشعة الليزر) نحو الهدف، ويُحدّد زمن صعود شعاع الليزر نوعَ شكل الضغط المطلوب.

في نظام الدفع غير المباشر، يُحاط الهدف بغلاف (يُسمى هوهلراوم ) مصنوع من مادة ذات عدد ذري ​​متوسط، مثل السيلينيوم . يُسخّن الليزر هذا الغلاف إلى درجة حرارة تُصدر أشعة سينية، ثم تُنقل هذه الأشعة إلى هدف الاندماج. يتميز نظام الدفع غير المباشر بمزايا عديدة، منها تحكم أفضل في طيف الإشعاع، وحجم نظام أصغر (عادةً ما يكون طول موجة الإشعاع الثانوي أصغر بمئة مرة من طول موجة ليزر الدفع)، وتحكم أدق في توزيع الضغط.

• http://nuclearweaponarchive.org/Library/Teller.html