محفز النيوترونات المعدل

📅 آخر تحديث: ١ أغسطس ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ١ أغسطس ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 1 صور
الموسوعة الحرة

مُحفِّز النيوترونات المُعدَّل هو مصدر نيوترونات قادر على إنتاج دفقة من النيوترونات عند تنشيطه. وهو جزء أساسي من بعض الأسلحة النووية ، إذ يتمثل دوره في "إشعال" التفاعل المتسلسل في اللحظة المثلى عندما يكون التكوين حرجًا للغاية . يُعرف أيضًا باسم مُحفِّز النيوترونات الداخلي . يُوضع المُحفِّز عادةً في مركز حفرة البلوتونيوم ، ويتم تنشيطه بفعل اصطدام الموجة الصدمية المتقاربة .

يُعدّ بدء التفاعل النووي المتسلسل في الوقت المناسب أحد العناصر الأساسية لضمان التشغيل السليم للسلاح النووي. وللحصول على مردود نووي كبير، يجب أن يتوفر عدد كافٍ من النيوترونات داخل قلب المفاعل فوق الحرج في الوقت المناسب. إذا بدأ التفاعل المتسلسل مبكرًا جدًا (" الانفجار المسبق ")، فستكون النتيجة مردودًا ضعيفًا جدًا ، أقل بكثير من المواصفات التصميمية. أما إذا حدث متأخرًا جدًا، فسيبدأ قلب المفاعل بالتمدد والتفكك إلى حالة أقل كثافة، مما يؤدي إلى انخفاض المردود (حيث يتفاعل جزء أقل من مادة القلب) أو انعدام المردود تمامًا (حيث يفقد القلب كتلته الحرجة). لذلك، يُعدّ انخفاض انبعاث النيوترونات التلقائي من مادة الحفرة أمرًا بالغ الأهمية.

بالنسبة للأسلحة النووية المعززة بالانشطار ، يُعدّ حجم المُشغّل المركزي بالغ الأهمية، ويجب أن يكون أصغر ما يمكن. يتيح استخدام مصدر نيوتروني خارجي مزيدًا من المرونة، مثل إمكانية تغيير قوة الانفجار.

تصميم

يعتمد التصميم المعتاد على مزيج من البريليوم -9 والبولونيوم-210 ، حيث يُفصلان حتى التنشيط، ثم يُوضعان في تماس مباشر بواسطة الموجة الصدمية. كما تم النظر في استخدام البولونيوم-208 والأكتينيوم -227 كمصادر لجسيمات ألفا. يجب أن يتميز النظير المستخدم بانبعاثات ألفا قوية وانبعاثات غاما ضعيفة، لأن فوتونات غاما قادرة على تحرير النيوترونات، ولا يمكن حجبها بكفاءة جسيمات ألفا. [ 1 ] تم تطوير عدة نماذج مختلفة، تتباين في أبعاد النظام وتكوينه الميكانيكي لضمان الخلط الأمثل للمعادن.

قنفذ

المكونات النووية الأساسية لتصميم الرجل البدين . "القنفذ" هو كرة البولونيوم-البيريليوم.

كان "أورشين" الاسم الرمزي للمُبادر النيوتروني الداخلي الذي استخدمه مختبر لوس ألاموس كجهاز لتوليد النيوترونات لتفجير الانفجار النووي لأولى القنابل الذرية البلوتونيومية مثل "ذا غادجيت" و "فات مان" ، بمجرد "تجميع" الكتلة الحرجة بقوة المتفجرات التقليدية.

كان المُشغِّل المستخدم في الأجهزة الأولى، والواقع في مركز حفرة البلوتونيوم للقنبلة ، يتألف من حُبيبة من البريليوم وغلاف من البريليوم بينهما البولونيوم-210. كانت الحُبيبة، بقطر 8 مم ( 1/3 بوصة ) ، مطلية بالنيكل ثم بطبقة من الذهب . أما غلاف البريليوم فكان بقطر خارجي 20 مم ( 4/5 بوصة ) وسماكة جدار 6 مم ( 1/4 بوصة ) . يحتوي السطح الداخلي لهذا الغلاف على 15 أخدودًا عرضيًا متحدة المركز على شكل إسفين ، وكان، مثل الكرة الداخلية، مطليًا بالذهب والنيكل. [ 2 ] [ 3 ] وُضِعَت كمية صغيرة من البولونيوم-210 (50 كوري، 11 ملغ) في أخاديد الصدفة وعلى الكرة المركزية: عملت طبقات الذهب والنيكل على حماية البريليوم من جسيمات ألفا المنبعثة من البولونيوم. بلغ وزن قنفذ البحر بأكمله حوالي 7 غرامات ( ربع أونصة ) وثُبِّتَ على دعامات تثبيت في تجويف داخلي قطره 2.5 سم (بوصة واحدة) في الحفرة. [ 4 ]          

عند وصول الموجة الصدمية الناتجة عن انضغاط لب البلوتونيوم، تسحق البادئ. تعمل القوى الهيدروديناميكية المؤثرة على الغلاف المحزز على مزج البريليوم والبولونيوم بشكل كامل وفوري تقريبًا، مما يسمح لجسيمات ألفا المنبعثة من البولونيوم بالاصطدام بذرات البريليوم. تتفاعل ذرات البريليوم مع قصف جسيمات ألفا، فتطلق نيوترونات بمعدل  نيوترون واحد كل 5-10  نانوثانية تقريبًا (انظر البريليوم ). تُحفز هذه النيوترونات التفاعل المتسلسل في البلوتونيوم المضغوط فوق الحرج. يضمن وضع طبقة البولونيوم بين كتلتين كبيرتين من البريليوم تلامس المعدنين حتى في حال ضعف اضطراب الموجة الصدمية.

أدى استخدام 50  كوري من البولونيوم إلى توليد حوالي 0.1 واط من حرارة الاضمحلال ، مما أدى إلى تسخين الكرة الصغيرة بشكل ملحوظ. [ 5 ]

شكّلت الأخاديد الموجودة على السطح الداخلي للغلاف موجة الصدمة على هيئة نفاثات بفعل تأثير مونرو ، على غرار الشحنة المشكلة ، وذلك لخلط البريليوم والبولونيوم بسرعة وكفاءة. ولأن تأثير مونرو أقل موثوقية في الأشكال الهندسية الخطية، استخدمت التصاميم اللاحقة كرة ذات تجاويف داخلية مخروطية أو هرمية بدلاً من الأخاديد الخطية. وتستغني بعض تصاميم البادئات عن الكرة المركزية، إذ تكون مجوفة. وتكمن ميزة التصميم المجوف في إمكانية تصغير الحجم مع الحفاظ على الموثوقية.

استلزم العمر النصفي القصير للبولونيوم-210 (138 يومًا) استبدالًا متكررًا للمفجرات وإمدادًا مستمرًا بالبولونيوم لتصنيعها، حيث أن مدة صلاحيتها كانت حوالي 4 أشهر فقط. [ 6 ] أما التصاميم اللاحقة فكانت مدة صلاحيتها تصل إلى عام واحد.

استخدمت الحكومة الأمريكية "بوستوم" كاسم رمزي للبولونيوم. [ 7 ]

اقترح إدوارد كوندون استخدام البولونيوم كمُبادر نيوتروني عام 1944 ، على الرغم من أن البولونيوم كمُبادر ذُكر كاحتمال في محاضرات " مقدمة لوس ألاموس " التي أُلقيت في أبريل 1943. صُمم المُبادر النهائي "أرشين" بواسطة جيمس إل. تاك [ 8 ] وهانز بيث [ 9 ] ، ونُفذ تطويره واختباره في مختبر لوس ألاموس الوطني ضمن مجموعة المُبادرات التابعة لقسم " الأدوات " بقيادة تشارلز كريتشيفيلد . [ 10 ] نُظر في تصاميم أخرى لمُبادرات البولونيوم-البيريليوم، ولكن تم اختيار "أرشين" كتصميم للإنتاج في أوائل مايو 1945، بمساهمة من إنريكو فيرمي ونيلز بور . [ 9 ]

تشير التقديرات إلى أن المفجرات المستخدمة في أسلحة زمن الحرب تنتج حوالي 100 نيوترون خلال فترة التجميع الحرجة التي تبلغ حوالي 1 ميكروثانية. [ 11 ]

أبنر

استُخدم مُشغِّل مختلف (يحمل الاسم الرمزي ABNER ) لقنبلة اليورانيوم "ليتل بوي" . كان تصميمه أبسط ويحتوي على كمية أقل من البولونيوم. وكان يُفعَّل باصطدام قذيفة اليورانيوم بالهدف. أُضيف إلى التصميم كفكرة لاحقة ولم يكن ضروريًا لوظيفة السلاح. [ 12 ]

مُبادر TOM

في عام 1948، اقتُرح تصميم مُحسَّن للمُشغِّل، يُرجَّح أنه يعتمد على تجاويف مخروطية أو هرمية، وبدأ إنتاجه في مختبر لوس ألاموس في يناير 1950، وخضع للاختبار في مايو 1951. استخدم تصميم TOM كمية أقل من البولونيوم، نظرًا لأن عدد النيوترونات لكل ملليغرام من البولونيوم كان أعلى من نظيره في مُشغِّل Urchin. وكان قطره الخارجي 1  سم فقط. أُجري أول اختبار إطلاق نار حي لمُشغِّل TOM في 28 يناير 1951 خلال تجربة Baker-1 ضمن عملية Ranger . [ 13 ] كما أُجريت سلسلة من تجارب المعايرة لبيانات زمن البدء مقابل قوة التفجير لمُشغِّلات TOM خلال عملية Snapper ، وتحديدًا خلال اختبار Fox في 25 مايو 1952.

ورد

في عام 1974، أجرت الهند تجربة "بوذا المبتسم " النووية . اعتمد المُشغِّل، الذي أُطلق عليه الاسم الرمزي "زهرة"، على نفس مبدأ "قنفذ البحر". يُعتقد أن البولونيوم وُضِع على شاش بلاتيني على شكل زهرة اللوتس لزيادة مساحة سطحه إلى أقصى حد، ووُضِع داخل كرة من التنتالوم مُحاطة بغلاف من اليورانيوم مُطعَّم بكريات من البريليوم. ووفقًا لمصادر أخرى، كان التصميم أقرب إلى "قنفذ البحر"، حيث صُمِّم غلاف البريليوم ليُنتج نفاثات من البريليوم عند الانفجار. يُذكر أن القطر الخارجي للمُشغِّل يبلغ 1.5 سم، أو "حوالي 2 سم". [ 14 ] 

تصاميم أخرى

يمكن استخدام ديوتيريد اليورانيوم (UD3 ) في بناء مضاعف النيوترونات. [ 15 ] [ 16 ]

توفر أسلحة الانشطار المعززة والأسلحة التي تستخدم مولدات النيوترونات الخارجية إمكانية الحصول على قوة متغيرة ، مما يسمح باختيار قوة السلاح حسب الاحتياجات التكتيكية.

تطوير

تم تصنيع البولونيوم المستخدم في جهاز التفجير "أورشين" في مختبر أوك ريدج الوطني ، ثم استُخلص ونُقّي كجزء من مشروع دايتون تحت إشراف تشارلز ألين توماس . وكان مشروع دايتون أحد المواقع العديدة التي شكلت مشروع مانهاتن .

في عام 1949، افتُتحت مختبرات ماوند في مياميسبرغ القريبة بولاية أوهايو كبديل لمشروع دايتون ، ومقرًا جديدًا لأبحاث وتطوير بادئات التفجير النووي. وقد تم إنتاج البولونيوم-210 عن طريق تشعيع البزموت بالنيوترونات . وتوقف إنتاج البولونيوم وأبحاثه في ماوند تدريجيًا عام 1971. [ 17 ]

استُخدم البولونيوم المستخرج من دايتون من قِبل قسم G في مختبر لوس ألاموس الوطني في دراسات تصميم المُشغِّلات في موقع اختبار في وادي سانديا. قام فريق المُشغِّلات ببناء نماذج اختبارية عن طريق حفر ثقوب في محامل كروية كبيرة للتوربينات، وإدخال المادة الفعالة، وسد الثقوب بمسامير. عُرفت هذه النماذج باسم "الكرات اللولبية" . تم تفجير النماذج الاختبارية ودراسة بقاياها لفحص مدى امتزاج البولونيوم والبريليوم. [ 18 ]

توقف إنتاج بادئات TOM المصنوعة من البريليوم والبولونيوم عام 1953. استُبدلت هذه البادئات بتصميم مختلف، مما قلل قليلاً من قوة السلاح، لكن عمره الافتراضي الأطول قلل من تعقيدات العمليات اللوجستية. [ 19 ] أما بادئ النيوترونات المغلق ، الذي دخل الخدمة في أواخر عام 1954، فكان لا يزال يتطلب تفكيكًا دوريًا للوصول إلى كبسولته لإجراء فحوصات الصيانة. تم التخلص من هذه الكبسولات نهائيًا عام 1962. [ 20 ]

استُبدلت بادئات إطلاق النيوترونات من نوع "أورشين" لاحقًا بوسائل أخرى لتوليد النيوترونات، مثل باعثات النيوترونات النبضية التي لا تستخدم البولونيوم. وباستخدام التريتيوم، الذي يبلغ عمر النصف له 12.3 عامًا بدلًا من البولونيوم، تتميز هذه البادئات بفترة استبدال أطول بكثير. تُركّب هذه البادئات خارج الحفرة وتُتحكّم بها كهربائيًا، نظرًا لأن النيوترونات تمر بسهولة عبر كتلة كبيرة دون تفاعلات. وقد مكّنت هذه البادئات من التحكم بشكل أفضل، مما أدى إلى تحسين موثوقية الأسلحة بشكل كبير.

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ الأسئلة الشائعة حول الأسلحة النووية، القسم 4.1، الإصدار 2.04: 20 فبراير 1999
  2. ↑ تصميم غادجيت، وفات مان، و"جو 1" (RDS-1). مؤرشف بتاريخ 10 فبراير 2010 في أرشيف الإنترنت (Wayback Machine ). Cartage.org.lb. تم الاطلاع عليه بتاريخ 8 فبراير 2010.
  3. ↑ حول أصول المشروع النووي السوفيتي . Nuclearweaponarchive.org (15 أبريل 1998). تاريخ الاطلاع: 8 فبراير 2010.
  4. ↑ الأسئلة الشائعة حول الأسلحة النووية، القسم 8.0، الإصدار 2.18: 3 يوليو 2007
  5. ↑ 4.1 عناصر تصميم الأسلحة الانشطارية . Nuclearweaponarchive.org (1953-05-19). تم الاطلاع عليه بتاريخ 2010-02-08.
  6. ↑ أبراهامسون | رواد سانديا . Unc.edu. تم الاطلاع عليه بتاريخ 2010-02-08.
  7. ↑ حقن البولونيوم في البشر (مؤرشف في 18 فبراير 2013 في أرشيف الإنترنت) ، اتحاد العلماء الأمريكيين، 12 ديسمبر 2006، بقلم ستيفن أفترغود
  8. ↑ فيرينك مورتون ساس (1992). العلماء البريطانيون ومشروع مانهاتن: سنوات لوس ألاموس . بالغراف ماكميلان. ص  24 وما بعدها. ISBN 978-0-312-06167-8تم الاطلاع عليه بتاريخ 22 أبريل 2011 .
  9. 1 2 ويلرستين، أليكس (11 مايو 2014). "ماذا فعل بور في لوس ألاموس؟" . بيانات مقيدة .
  10. ↑ «مشروع مانهاتن والمنظمات السابقة له» . مجموعة من الفيزيائيين الأمريكيين المعاصرين . المعهد الأمريكي للفيزياء. مؤرشف من الأصل بتاريخ 17 أكتوبر 2012. تم الاطلاع عليه بتاريخ 11 مارس 2013 .
  11. ↑ ريد، بروس كاميرون (2015). فيزياء مشروع مانهاتن، الطبعة الثالثة. سبرينغر. ص 142. doi : 10.1007/978-3-662-43533-5 . ISBN  978-3-662-43532-8.
  12. ↑ كاري سوبليت، القسم 8.0 الأسلحة النووية الأولى ، أرشيف الأسلحة النووية  : دليل للأسلحة النووية (3 يوليو 2007).
  13. ↑ كاري سوبليت. (6 أغسطس 2001). معرض التجارب النووية الأمريكية
  14. ↑ برنامج الأسلحة النووية الهندي – بوذا المبتسم: 1974. Nuclearweaponarchive.org. تم الاطلاع عليه بتاريخ 8 فبراير 2010.
  15. ↑أُرشف بتاريخ 4 يونيو 2011 في أرشيف الإنترنت (Wayback Machine) .
  16. ↑ بادئات ديوتيريد اليورانيوم . ArmsControlWonk (2009-12-14). تم الاطلاع عليه بتاريخ 2010-02-08.
  17. ↑ البولونيوم . Globalsecurity.org (27-04-2005). تم الاطلاع عليه بتاريخ 08-02-2010.
  18. ↑ صناعة القنبلة الذرية، ريتشارد رودس، 1986، سيمون وشوستر، رقم ISBN 0-684-81378-5ص 580
  19. ↑ "مذكرة من السكرتير، الموضوع: الجزء الثالث - تقرير التقدم المحرز في مجال الأسلحة إلى اللجنة المشتركة، يونيو - نوفمبر 1953 (NV0073475)" . شبكة وزارة الطاقة المفتوحة . 27 نوفمبر 1953.
  20. ↑ الأسلحة النووية للولايات المتحدة . Globalsecurity.org. تم الاطلاع عليه بتاريخ 2010-02-08.