مواد منفجره موادی هستند که از نظر شیمیایی ناپایدار هستند و در صورت آغاز فرایند انفجار، با سرعت زیادی منبسط می‌شوند و حجم زیادی گاز (و نیز نور و صدای زیاد) تولید می‌کنند. این آزاد شدن گاز به نوبه خود میتواند باعث پرتاب شدن قطعات و اشیاء اطراف و تبدیل شدن آنها به ترکش شود.

مواد منفجره شیمیایی از دو جز اکسید کننده و سوخت تشکیل شده‌اند. هر ماده سوختی، در حرارت مناسب و در مجاورت اکسیژن آتش میگیرد و شروع به سوختن می‌کند. اما به دلیل اینکه در هوا، اکسیژن به صورت خالص وجود ندارد، سوختن این مواد به تدریج صورت میگیرد. در مواد منفجره، در کنار سوخت، ماده اکسید کننده اضافه می‌شود. ماده اکسید کننده، مثل پرمنگنات پتاسیم، در هنگام واکنش مقدار زیادی اکسیژن آزاد می‌کند و این اکسیژن با سوخت ترکیب شده و باعث واکنش ناگهانی کل سوخت می‌شود و انفجار به وجود می‌آید، بدین دلیل مواد منفجره برای واکنش نیازی به هوا ندارند و اکسیژن مورد نیاز خود را از درون خود تامین می‌کنند. از مواد منفجره در امور تسلیحاتی، حفر تونل و... استفاده می شود. یکی از مشهر ترین مواد منفجره، تی-ان-تی است. 

اصول اوليه انفجار

مواد منفجره, به زبان ساده, موادي هستند که در صورت آغاز فرايند انفجار, با سرعت بالايي واکنش ميدهند و حجم زيادي گاز توليد ميکنند. بطور کلي, تعريف انفجار, يعني آزاد شدن مقدار زيادي گاز با سرعت و فشار بالا. اين آزاد شدن گاز به نوبه خود ميتواند باعث پرتاب شدن قطعات و اشياء اطراف و تبديل شدن آنها به ترکش شود. مواد منفجره انواع زيادي دارند (شيميايي, اتمي, پلاسما...). مواد منفجره شيميايي از دو جز اکسيد کننده, و سوخت تشکيل شده اند. هر ماده سوختي, در حرارت مناسب و در مجاورت اکسيژن آتش ميگيرد و شروع به سوختن ميکند. اما به دليل اينکه در هوا, اکسيژن به صورت خالص وجود ندارد, سوختن اين مواد به تدريج صورت ميگيرد. در مواد منفجره, در کنار سوخت, ماده اکسيد کننده اضافه ميشود. ماده اکسيد کننده, مثل پرمنگنات پتاسيم, در هنگام واکنش مقدار زيادي اکسيژن آزاد ميکند و اين اکسيژن با سوخت ترکيب شده و باعث واکنش ناگهاني کل سوخت ميشود و انفجار به وجود مي آيد. به ياد داشته باشيد که مواد منفجره براي واکنش نيازي به هوا ندارند و اکسيژن مورد نياز خود را از درون خود تامين ميکنند.

دو نوع ماده منفجره شيميايي وجود دارد : High Explosive يا مواد درجه بالا و Low Explosive يا مواد درجه پائين. مواد درجه بالا در صورت انفجار با سرعت زيادي تبديل به گاز ميشوند و شدت انفجار آنها بسيار زياد است. اما برعکس, مواد درجه پائين نسبتاً کند واکنش ميدهند. مثالهاي خوب ماده درجه بالا C-4 و ماده درجه پائين باروت است. مواد منفجره همچنين از نظر ميزان حساسيت با يکديگر تفاوت دارند. بعضي از اين مواد بقدري حساسند که حتي نشستن يک پشه روي آنها باعث انفجارشان ميشوند و در عوض بعضي از آنها تا 3000 درجه دما را تحمل ميکنند و منفجر نميشوند. مواد منفجره حساس را با احتياط زياد و در مقادير بسيار کم جابجا ميکنند و به همين دليل از آنها براي درست کردن چاشني استفاده ميکنند. چاشني (Detonator) وسيله اي است که به وسيله حرارت, ضربه يا شوکهاي الکتريکي منفجر ميشود و به نوبه خود باعث انفجار منفجره با حساسيت کمتر ميشود.

يک بمب به صورت کلاسيک از اجزاي زير تشکيل ميشود : چاشني, ماده انفجاري ثانويه و پوشش. چاشني به وسيله مکانيسم دلخواه از قبيل فتيله, تايمر الکتريکي يا ساعتي منفجر ميشود و خود باعث انفجار ماده اصلي ميشود. اگر ماده منفجره بدون پوشش استفاده شود, شدت انفجار و تخريب آن زياد نخواهد بود و محوطه کوچکي را تخريب ميکند, به همين دليل بمبها را بايد درون پوششهاي فلزي مثل لوله هاي فلزي با قطرهاي مختلف قرار داد. ماده منفجره مقدار زيادي گاز آزاد ميکند و چون اين گاز راه فراري ندارد موجب تکه تکه شدن پوشش فلزي ميشود و قطعات ترکش با سرعت بالايي به اطراف پرتاب ميشوند و آسيب زيادي به اطراف ميزنند.

بمب هسته اي

شما احتمالاً در كتابهاي تاريخ خوانده‌ايد كه بمب هسته‌اي در جنگ جهاني دوم توسط آمريكا عليه ژاپن بكار رفت و ممكن است فيلم‌هايي را ديده باشيد كه در آنها بمب‌هاي هسته‌اي منفجر مي‌شوند. درحاليكه در اخبار مي‌شنويد، برخي كشورها راجع به خلع سلاح اتمي با يكديگر گفتگو مي‌كنند، كشورهايي مثل هند و پاكستان سلاح‌هاي اتمي خود را توسعه مي‌دهند.
ما ديده‌ايم كه اين وسايل چه نيروي مخرب خارق‌العاده‌اي دارند، ولي آنها واقعاً چگونه كار مي‌كنند؟ در اين بخش خواهيد آموخت كه بمب هسته‌اي چگونه توليد مي‌شود و پس از يك انفجار هسته‌اي چه اتفاقي مي‌افتد؟
انرژي هسته‌اي به 2 روش توليد مي‌شود:

1- شكافت هسته‌اي: در اين روش هسته يك اتم توسط يك نوترون به دو بخش كوچكتر تقسيم مي‌شود. در اين روش غالباً از عنصر اورانيوم استفاده مي‌شود.

2- گداخت هسته‌اي: در اين روش كه در سطح خورشيد هم اجرا مي‌شود، معمولاً هيدروژن‌ها با برخورد به يكديگر تبديل به هليوم مي‌شوند و در اين تبديل، انرژي بسيار زيادي بصورت نور و گرما توليد مي‌شود.

در شكل زير نمونه اي از شكافت هسته اتم اورانيوم نمايش داده شده است:

در شكل زير گداخت هسته‌اي اتم‌هاي هيدروژن و تبديل آنها به هليوم 3 و الكترون آزاد نمايش داده شده است:

طراحي بمب‌هاي هسته‌اي:

براي توليد بمب هسته‌اي، به يك سوخت شكافت‌پذير يا گداخت‌پذير، يك وسيله راه‌انداز و روشي كه اجازه دهد تا قبل از اينكه بمب خاموش شود، كل سوخت شكافته يا گداخته شود نياز است.

بمب‌هاي اوليه با روش شكافت هسته‌اي و بمب‌هاي قويتر بعدي با روش گداخت هسته‌اي توليد شدند. ما در اين بخش دو نمونه از بمب هاي ساخته شده را بررسي مي كنيم:

بمب‌ شكافت هسته‌اي :

1- بمب‌ هسته‌اي (پسر كوچك) كه روي شهر هيروشيما و در سال 1945 منفجر شد.

2- بمب هسته‌اي (مرد چاق) كه روي شهر ناكازاكي و در سال 1945 منفجر شد.

بمب گداخت هسته‌اي : 1- بمب گداخت هسته‌اي كه در ايسلند بصورت آزمايشي در سال 1952 منفجر شد.

بمب‌هاي شكافت هسته‌اي:

بمب‌هاي شكافت هسته‌اي از يك عنصر شبيه اورانيوم 235 براي انفجار هسته‌اي استفاده مي‌كنند. اين عنصر از معدود عناصري است كه جهت ايجاد انرژي بمب هسته‌اي استفاده مي‌شود. اين عنصر خاصيت جالبي دارد: هرگاه يك نوترون آزاد با هسته اين عنصر برخورد كند ، هسته به سرعت نوترون را جذب مي‌كند و اتم به سرعت متلاشي مي‌شود. نوترون‌هاي آزاد شده از متلاشي شدن اتم ، هسته‌هاي ديگر را متلاشي مي‌كنند.

زمان برخورد و متلاشي شدن اين هسته‌ها بسيار كوتاه است (كمتر از ميلياردم ثانيه ! ) هنگامي كه يك هسته متلاشي مي‌شود، مقدار زيادي گرما و تشعشع گاما آزاد مي‌كند.

مقدار انرژي موجود در يك پوند اورانيوم معادل يك ميليون گالن بنزين است!

در طراحي بمب‌هاي شكافت هسته‌اي، اغلب از دو شيوه استفاده مي‌شود:

روش رها كردن گلوله:

در اين روش يك گلوله حاوي اورانيوم 235 بالاي يك گوي حاوي اورانيوم (حول دستگاه مولد نوترون) قرار دارد.

هنگامي كه اين بمب به زمين اصابت مي‌كند، رويدادهاي زير اتفاق مي‌افتد:

1- مواد منفجره پشت گلوله منفجر مي‌شوند و گلوله به پائين مي‌افتد.

2- گلوله به كره برخورد مي‌كند و واكنش شكافت هسته‌اي رخ مي‌دهد.

3- بمب منفجر مي‌شود.

در بمب هيروشيما از اين روش استفاده شده بود. نحوه انفجار اين بمب در شكل زير نمايش داده شده است:
روش انفجار از داخل:

در اين روش كه انفجار در داخل گوي صورت مي‌گيرد، پلونيم 239 قابل انفجار توسط يك گوي حاوي اورانيوم 238 احاطه شده است.

هنگامي كه مواد منفجره داخلي آتش گرفت رويدادهاي زير اتفاق مي‌افتد:

1- مواد منفجره روشن مي‌شوند و يك موج ضربه‌اي ايجاد مي‌كنند.

2- موج ضربه‌اي، پلوتونيم را به داخل كره مي‌فرستد.

3- هسته مركزي منفجر مي‌شود و واكنش شكافت هسته‌اي رخ مي‌دهد.

4- بمب منفجر مي‌شود.

بمبي كه در ناكازاكي منفجر شد، از اين شيوه استفاده كرده بود. نحوه انفجار اين بمب، در شكل زير نمايش داده شده است.

بمب‌ گداخت هسته‌اي: بمب‌هاي شكافت هسته‌اي، چندان قوي نبودند!

بمب‌هاي گداخت هسته‌اي ، بمب هاي حرارتي هم ناميده مي‌شوند و در ضمن بازدهي و قدرت تخريب بيشتري هم دارند. دوتريوم و تريتيوم كه سوخت اين نوع بمب به شمار مي‌روند، هردو به شكل گاز هستند و بنابراين امكان ذخيره‌سازي آنها مشكل است. اين عناصر بايد در دماي بالا، تحت فشار زياد قرار گيرند تا عمل همجوشي هسته‌اي در آنها صورت بگيرد. در اين شيوه ايجاد يك انفجار شكافت هسته‌اي در داخل، حرارت و فشار زيادي توليد مي‌كند و انفجار گداخت هسته‌اي شكل مي‌گيرد.در طراحي بمبي كه در ايسلند بصورت آزمايشي منفجر شد، از اين شيوه استفاده شده بود. در شكل زير نحوه انفجار نمايش داده شده است.

اثر بمب‌هاي هسته‌اي:

انفجار يك بمب هسته‌اي روي يك شهر پرجمعيت خسارات وسيعي به بار مي آورد . درجه خسارت به فاصله از مركز انفجار بمب كه كانون انفجار ناميده مي‌شود بستگي دارد.

زيانهاي ناشي از انفجار بمب هسته‌اي عبارتند از :

- موج شديد گرما كه همه چيز را مي‌سوزاند.

- فشار موج ضربه‌اي كه ساختمان‌ها و تاسيسات را كاملاً تخريب مي‌كند.

- تشعشعات راديواكتيويته كه باعث سرطان مي‌شود.

- بارش راديواكتيو (ابري از ذرات راديواكتيو كه بصورت غبار و توده سنگ‌هاي متراكم به زمين برمي‌گردد)

دركانون زلزله، همه‌چيز تحت دماي 300 ميليون درجه سانتي‌گراد تبخير مي‌شود! در خارج از كانون زلزله، اغلب تلفات به خاطر سوزش ايجادشده توسط گرماست و بخاطر فشار حاصل از موج انفجار ساختمانها و تاسيسات خراب مي‌شوند. در بلندمدت، ابرهاي راديواكتيو توسط باد در مناطق دور ريزش مي‌كند و باعث آلوده شدن موجودات، آب و محيط زندگي مي‌‌شود.

دانشمندان با بررسي اثرات مواد راديواكتيو روي بازماندگان بمباران ناكازاكي و هيروشيما دريافتند كه اين مواد باعث: ايجاد تهوع، آب‌مرواريد چشم، ريزش مو و كم‌شدن توليد خون در بدن مي‌شود. در موارد حادتر، مواد راديواكتيو باعث ايجاد سرطان و نازايي هم مي‌شوند. سلاح‌هاي اتمي داراي نيروي مخرب باورنكردني هستند، به همين دليل دولتها سعي دارند تا بر دستيابي صحيح به اين تكنولوژي نظارت داشته باشند تا ديگر اتفاقي بدتر از انفجارهاي ناكازاكي و هيروشيما رخ ندهد.

منبع :شبکه فیزیک هوپا