هنگامی که جنگ جهانی دوم در سال ۱۹۳۹ آغاز شد، دانشمندان به مدت چند دهه بود که هسته اتم را بررسی و اصول پایه ای آن را درک کرده بودند. پرتوزایی نشان داد که هسته ی اتم، مقدار زیادی انرژی دارد و اگر مهار شود، همه را شگفت زده می کند.
تقریبا در دهه ۱۹۳۰، دانشمند آلمانی هانس بته
(۱۹۰۶-۲۰۰۵ ) با پی بردن به اینکه واکنش های هسته ای برای ستاره ها سوخت
فراهم می کنند به راز انرژی خروجی شگفت انگیز خورشید پی برد. واکنش های
هسته ای فریندهایی هستند که بر اثر آنها هسته های اتمی تبدیل می شوند و
مقادیر بسیاری انرژی را به شکل ذرات متحرک پر سرعت و تابش الکترومغناطیسی،
مانند نور مرئی آزاد می کنند. پیش از کشف های فیزیکدانان هسته ای ، هیچکس
منبع واقعی انرژی خورشید را نمی شناخت؛ اگر این انرژی حاصل از سوختن زغال
یا نفت ( مواد آشنا برای دانشمندان قرن نوزدهم و اوایل قرن بیستم) بود،
خورشید باید به مدت فقط چند میلیون سال تابش می کرد تا همه ی سوختش مصرف
شود. بته گفته بود که اگر خورشید از واکنش های هسته ای، انرژی می گرفت برای
مدت بسیار طولانی تری می توانست در آسمان نور بتاباند و ثابت کرد که این
مطلب درست است و تقریبا ۴.۵ میلیارد سال دیگر هم ادامه خواهد داشت.
واپاشی خود به خود هسته ها مانند پرتوزایی یک راه آزاد شدن انرژی هسته اتم است. دو راه دیگر عبارتند از شکافت- تقسیم شدن هسته به دو یا چند قسمت کوچک تر- و گداخت – و هنگامی رخ می دهد که هسته ها به هم می چسبند تا هسته ی سنگین تری را تشکیل دهند. در سلاح های هسته ای از هر دوی این واکنش ها استفاده می شود. پروتون ها و نوترون ها در هسته معمولا به وسیله ی نیروهای قوی محکم به یکدیگر می چسبند. سدی وجود دارد که به وسیله ی نیروی قوی ایجاد شده است و اگر نوکلئون ها بخواهند بگریزند باید بر آن غلبه کنند.
پروتون ها همیشه سعی می کنند یکدیگر را به سبب دافعه ی الکتریکی از هسته به بیرون برانند، ولی نیروی الکتریکی به اندازه ی کافی قوی نیست که این کار را به تنهایی انجام دهد، اما با اضافه کردن انرژی کمی ِ نوکلئون ها می توانند بگریزند. آنچه سبب واپاشی و پرتو زایی می شودعمدتا پدیده های شگفت انگیز برخاسته از مکانیک کوانتومی است. واپاشی های پرتوزا هنگامی احتمال رخدادشان بیشتر می شود که هسته، ذرات زیادی در بر داشته باشد. وجود پروتون های زیادتر در یک هسته، یکی از دلایلی است که هسته های بزرگ را ناپایدار می کند.
اما شکافت فریندی است که معمولا به کمک نیاز دارد تا آغاز شود. این واکنش هنگامی که کمک را می گیرد ممکن است تا آزاد کردن مقدار وحشتناکی انرژی پیش برود. هنگامی که جنگ جهانی دوم آغاز شد، استراتژیست های نظامی مذاکره درباره ی سلاح های ساخته شده از اتم ها و هسته ها و در نتیجه رسیدن به بمب اتمی را آغاز کردند. ترس از اینکه آلمان چنین سلاح ویرانگری را برای بردن جنگ تولید کند، انگیزه ای شد که ایالات متحده ی آمریکا برنامه ای بنام طرح منهتن را برای طراحی و ساخت بمب اتمی آغاز کند.
یکی از مشهورترین دانشمندانی که ساخت چنین بمبی را ممکن می دانست، دانشمند آلمانی- آمریکایی آلبرت اینشتین ( ۱۸۷۹-۱۹۵۵) بود، که در سال ۱۹۳۳ برای جلوگیری از دستگیری توسط حکومت نازی آلمان، به آمریکا مهاجرت کرد. اینشتین خودش روی ساخت بمب دخالت نداشت، ولی سالها قبل از آن راز انرژی هسته ای را با معادله E=mc2 کشف کرده بود، که در آن E انرژی ، m جرم و c هم سرعت نور است.
کشف مهم دیگری که به ایجاد بمب اتمی انجامید، شکافت نوترون بود. فیزیکدان ایتالیایی انریکو فرمی ( ۱۹۰۱-۱۹۵۴) و همکارانش در سال ۱۹۳۴ پی بردند هنگامی که نوترون ها به اورانیوم اضافه شوند، شکافت هسته ای رخ می دهد. فرمی و گروهش چند سال بعد تر این فرایند را درک کردند. نوترون ها به کلیدی برای ایجاد یک واکنش زنجیره ای تبدیل می شوند که مهار انرژی بسیار زیاد هسته را ایجاد می کند. در قسمت بعدی چگونگی روند ساخت بمب اتمی، اولین آزمایشات تاریخی، استفاده از این بمب در جنگ و تاثیرات مخرب آن را توضیح می دهیم.
ادامه دارد »»»
رضا