مواد نووية صالحة لصنع الأسلحة

المواد النووية الصالحة للاستخدام في الأسلحة هي أي مادة نووية قابلة للانشطار تتمتع بدرجة نقاء كافية لصنع سلاح نووي، ولها خصائص تجعلها مناسبة بشكل خاص لاستخدام الأسلحة النووية. يُعد البلوتونيوم واليورانيوم، بالدرجات المستخدمة عادةً في الأسلحة النووية، من أكثر الأمثلة شيوعًا. (توجد تصنيفات أخرى لهذه المواد النووية بناءً على درجة نقائها).

لا تملك سوى النظائر الانشطارية لبعض العناصر القدرة على استخدامها في الأسلحة النووية. ولتحقيق ذلك، يجب أن يكون تركيز نظائر اليورانيوم-235 والبلوتونيوم -239 الانشطارية في العنصر المستخدم مرتفعًا بدرجة كافية. يُخصب اليورانيوم المستخرج من مصادر طبيعية عن طريق فصل النظائر ، بينما يُنتج البلوتونيوم في مفاعل نووي مناسب .

أُجريت تجارب باستخدام اليورانيوم-233 (المادة الانشطارية الأساسية في دورة وقود الثوريوم ). قد يكون النبتونيوم-237 وبعض نظائر الأمريسيوم قابلة للاستخدام، ولكن ليس من الواضح ما إذا كان قد تم تطبيق ذلك فعليًا. تُعدّ هذه المواد الأخيرة جزءًا من الأكتينيدات الثانوية في الوقود النووي المستهلك . ^{[ 6 ]}

يجب أن تمتلك أي مادة نووية صالحة للاستخدام في الأسلحة كتلة حرجة صغيرة بما يكفي لتبرير استخدامها في سلاح نووي. الكتلة الحرجة لأي مادة هي أصغر كمية لازمة لحدوث تفاعل نووي متسلسل مستدام. علاوة على ذلك، تختلف الكتل الحرجة بين النظائر المختلفة ، وتكون الكتلة الحرجة للعديد من النظائر المشعة لانهائية، لأن نمط تحلل ذرة واحدة لا يمكن أن يُحدث تحللاً مماثلاً لأكثر من ذرة مجاورة. على سبيل المثال، الكتلة الحرجة لليورانيوم-238 لانهائية، بينما الكتل الحرجة لليورانيوم-233 واليورانيوم -235 محدودة.

تتأثر الكتلة الحرجة لأي نظير بالشوائب الموجودة فيه وبالشكل الفيزيائي للمادة. الشكل ذو الكتلة الحرجة الدنيا والأبعاد الفيزيائية الأصغر هو الكرة. ترد في الجدول المرفق الكتل الحرجة للكرة المجردة عند الكثافة الطبيعية لبعض الأكتينيدات . معظم المعلومات المتعلقة بكتل الكرة المجردة سرية، ولكن تم رفع السرية عن بعض الوثائق. ^{[ 7 ]}

أنتجت عشر دول على الأقل مواد نووية من الدرجة المستخدمة في صنع الأسلحة: ^{[ 19 ]}

• خمس دول معترف بها كدول "تمتلك أسلحة نووية " بموجب شروط معاهدة عدم انتشار الأسلحة النووية : الولايات المتحدة ( أول سلاح نووي تم اختباره واستخدام قنبلتين كأسلحة في عام 1945 )، روسيا ( أول سلاح تم اختباره في عام 1949 )، المملكة المتحدة ( 1952 )، فرنسا ( 1960 )، والصين ( 1964 ).
• ثلاث دول أخرى أعلنت امتلاكها للأسلحة النووية وليست من الدول الموقعة على معاهدة عدم انتشار الأسلحة النووية: الهند (ليست دولة موقعة، أجرت اختباراً للأسلحة في عام 1974 )، وباكستان (ليست دولة موقعة، أجرت اختباراً للأسلحة في عام 1998 )، وكوريا الشمالية (انسحبت من معاهدة عدم انتشار الأسلحة النووية في عام 2003، أجرت اختباراً للأسلحة في عام 2006 ).
• إسرائيل ، المعروفة على نطاق واسع بتطويرها أسلحة نووية (من المرجح أنها أجرت أول اختبار لها في الستينيات أو السبعينيات)، لكنها لم تعلن صراحة عن قدرتها على ذلك.
• جنوب أفريقيا ، التي كانت تمتلك أيضاً قدرات تخصيب اليورانيوم وطورت أسلحة نووية (ربما تم اختبارها في عام 1979 )، لكنها فككت ترسانتها وانضمت إلى معاهدة عدم انتشار الأسلحة النووية في عام 1991.

يُصنع اليورانيوم الطبيعي ليصبح صالحًا للاستخدام في الأسلحة من خلال التخصيب النظائري . في البداية، لا تتجاوز نسبة اليورانيوم-235 القابل للانشطار فيه 0.7% ، بينما يتكون الباقي بالكامل تقريبًا من اليورانيوم-238 (U-238). ويتم التمييز بينهما بناءً على اختلاف كتلتيهما . يُعتبر اليورانيوم عالي التخصيب صالحًا للاستخدام في الأسلحة عندما تصل نسبة تخصيبه إلى حوالي 90% من اليورانيوم-235. ^{[ 20 ]}

يُنتَج اليورانيوم-233 من الثوريوم-232 عن طريق التقاط النيوترونات . ^{[ 21 ]} لا يحتاج اليورانيوم-233 الناتج بهذه الطريقة إلى تخصيب، ويمكن فصله كيميائيًا بسهولة نسبية عن الثوريوم-232 المتبقي. ولذلك، يُنظَّم كمادة نووية خاصة بناءً على الكمية الإجمالية الموجودة فقط. قد يُخفَّض تركيز اليورانيوم-233 عمدًا مع اليورانيوم-238 لإزالة مخاوف الانتشار النووي. ^{[ 22 ]}

على الرغم من أن اليورانيوم-233 يبدو مثاليًا للتسليح، إلا أن إنتاج كميات ضئيلة من اليورانيوم-232 نتيجة التفاعلات الجانبية يُعدّ عائقًا كبيرًا أمام هذا الهدف. وتُشكّل مخاطر اليورانيوم-232، الناتجة عن نواتج تحلله الإشعاعية العالية مثل الثاليوم-208 ، خطرًا كبيرًا حتى عند تركيز 5 أجزاء في المليون . تتطلب الأسلحة النووية الانفجارية مستويات من اليورانيوم-232 أقل من 50 جزءًا في المليون (يُعتبر اليورانيوم-233 الذي يتجاوز هذا المستوى "منخفض الجودة"؛ انظر: "يتطلب البلوتونيوم القياسي المستخدم في الأسلحة محتوى من البلوتونيوم-240 لا يزيد عن 6.5%، أي 65000 جزء في المليون، بينما تم إنتاج البلوتونيوم-238 المماثل بمستويات 0.5% (5000 جزء في المليون) أو أقل"). أما أسلحة الانشطار من نوع المدفع، فتتطلب مستويات منخفضة من اليورانيوم-232 ومستويات منخفضة من الشوائب الخفيفة في حدود جزء واحد في المليون. ^{[ 23 ]}

يُنتج البلوتونيوم-239 صناعيًا في المفاعلات النووية عندما يمتص اليورانيوم-238 نيوترونًا، مُكَوِّنًا اليورانيوم-239، الذي يتحلل بدوره في عملية سريعة من خطوتين إلى البلوتونيوم-239. ^{[ 24 ]} ويمكن بعد ذلك فصله عن اليورانيوم في محطة إعادة معالجة نووية . ^{[ 25 ]}

يُعرَّف البلوتونيوم المستخدم في الأسلحة بأنه يتكون في الغالب من نظير البلوتونيوم-239 ، بنسبة تقارب 93%. ^{[ 26 ]} يُنتَج البلوتونيوم-240 عندما يمتص البلوتونيوم-239 نيوترونًا إضافيًا دون أن ينشطر. لا يُفصل البلوتونيوم-240 عن البلوتونيوم-239 بإعادة المعالجة. يتميز البلوتونيوم-240 بمعدل انشطار تلقائي مرتفع ، مما قد يتسبب في انفجار مُبكر للسلاح النووي، مُنتجًا خللًا في التفجير . هذا يجعل البلوتونيوم غير مناسب للاستخدام في الأسلحة النووية من نوع المدفع . لتقليل تركيز البلوتونيوم-240 في البلوتونيوم المُنتَج، تُشعِّع مفاعلات إنتاج البلوتونيوم في برامج الأسلحة (مثل مفاعل B ) اليورانيوم لفترة أقصر بكثير من المعتاد في مفاعلات الطاقة النووية . وبشكل أدق، يُستَحصَل على البلوتونيوم المستخدم في الأسلحة من اليورانيوم المُشعَّع إلى درجة احتراق منخفضة .

يمثل هذا فرقًا جوهريًا بين هذين النوعين من المفاعلات. ففي محطات الطاقة النووية، يُفضّل ارتفاع معدل الاحتراق. أما محطات الطاقة، مثل مفاعلات ماغنوكس البريطانية القديمة ومفاعلات UNGG الفرنسية ، المصممة لإنتاج الكهرباء أو مواد الأسلحة، فكانت تُشغّل بمستويات طاقة منخفضة مع تغييرات متكررة للوقود باستخدام التزويد بالوقود أثناء التشغيل لإنتاج البلوتونيوم المستخدم في الأسلحة. ولا يُمكن تطبيق هذا الأسلوب على مفاعلات الماء الخفيف الأكثر شيوعًا لإنتاج الطاقة الكهربائية، حيث يتطلب الأمر إيقاف تشغيل المفاعل وتفكيك وعاء الضغط للوصول إلى الوقود المُشع.

يمكن استخدام البلوتونيوم المستخلص من الوقود المستهلك في مفاعلات الماء الخفيف، رغم أنه ليس من النوع المستخدم في الأسلحة، لإنتاج أسلحة نووية بمختلف مستويات التعقيد، ^{[ 27 ]} مع العلم أنه في التصاميم البسيطة قد لا ينتج عنه سوى انفجار ضعيف . ^{[ 28 ]} تتطلب الأسلحة المصنوعة من بلوتونيوم من النوع المستخدم في المفاعلات تبريدًا خاصًا لحفظها في المخزن وجاهزيتها للاستخدام. ^{[ 29 ]} في تجربة أجريت عام 1962 في موقع نيفادا للأمن القومي الأمريكي (المعروف آنذاك باسم ميدان نيفادا للتجارب النووية)، استُخدم بلوتونيوم غير مخصص للأسلحة، تم إنتاجه في مفاعل ماغنوكس في المملكة المتحدة. وقد تم تزويد الولايات المتحدة بالبلوتونيوم المستخدم بموجب اتفاقية الدفاع المشترك بين الولايات المتحدة والمملكة المتحدة لعام 1958. لم يُكشف عن تركيبه النظائري، باستثناء وصفه بأنه من النوع المستخدم في المفاعلات ، كما لم يُكشف عن التعريف المستخدم في وصف المادة بهذه الطريقة. ^{[ 30 ]} ويبدو أن البلوتونيوم كان مصدره مفاعلات ماغنوكس في كالدير هول أو تشابل كروس. لم يُكشف عن محتوى البلوتونيوم-239 في المواد المستخدمة في اختبار عام 1962، ولكن يُستنتج أنه كان 85% على الأقل، وهو أعلى بكثير من نسبة الوقود المستهلك النموذجي من المفاعلات العاملة حاليًا. ^{[ 31 ]}

في بعض الأحيان، ينتج عن مفاعلات الماء الخفيف التجارية وقود مستهلك منخفض الاحتراق عندما تستدعي حادثة ما، مثل عطل في غلاف الوقود، إعادة التزود بالوقود مبكراً. إذا كانت فترة التشعيع قصيرة بما يكفي، يمكن إعادة معالجة هذا الوقود المستهلك لإنتاج بلوتونيوم صالح للاستخدام في الأسلحة.

• البلوتونيوم المستخدم في المفاعلات النووية والبلوتونيوم المستخدم في الأسلحة النووية ، التحالف الكندي للمسؤولية النووية
• الأسلحة النووية والبلوتونيوم المستخدم في مفاعلات الطاقة. مؤرشف في 16 مارس 2007 على موقع Wayback Machine ، بقلم أموري ب. لوفينز ، 28 فبراير 1980، مجلة Nature ، المجلد 283، العدد 5750، الصفحات  817-823
• غاروِن، ريتشارد ل. (1999). "دورة الوقود النووي: هل إعادة المعالجة مجدية؟" . في ب. فان دير زوان (محرر). الطاقة النووية . وورلد ساينتيفيك. ص  144. ISBN 978-981-02-4011-0. ولكن ليس هناك شك في أن البلوتونيوم المستخدم في المفاعلات والذي يتم الحصول عليه من إعادة معالجة الوقود المستهلك من مفاعلات الماء الخفيف يمكن استخدامه بسهولة لصنع أسلحة نووية عالية الأداء وعالية الموثوقية، كما هو موضح في منشور لجنة الأمن الدولي والحد من التسلح (CISAC) لعام 1994.