CALM/arwiki huggingface dataset:
عندما يصدم نيوترون حر نواة ذرة انشطارية مثل اليورانيوم-235 ( 235 يو)، ينشق اليورانيوم إلى ذرتين أصغر تسمى شظايا الانشطار، بالإضافة إلى نيوترونات أكثر. الانشطار يمكن أن يكون مكتفي ذاتيا أنه ينتج نيوترونات أكثر من السرعة اللازمة لحدوث انشطارات جديدة.
نواة ال يو 235 يمكن أن تنشطر بعشرات الطرق بشرط أن يصل مجموع الأعداد الذرية إلى 92 ومجموع الكتل الذرية إلى 236 (اليورانيوم بالإضافة إلى النيوترون الإضافي) ،المعادلة التالية تبين واحدة من الانقسامات الممكنة (السترونتيوم-95 (95Sr)، زينون-139 (139Xe)، واثنين من النيوترونات (N)، بالإضافة إلى طاقة) لث انشطارات جديدة:::formula_1
التحرير الفوري للطاقة لكل ذرة حوالي 180 مليون إلكترون فولت (MeV)، أي 74 TJ / كجم. فقط ٪7من هذا يكون أشعة جاما والطاقة الحركية من نيوترونات الانشطار. ال 93٪ المتبقية تكون طاقة حركية (أو طاقة الحركة) من شظايا الانشطار المشحونة، تتطاير بعيدا عن بعضها البعض وتتنافر من بعضها البعض من الشحنة الموجبة لبروتوناتها (38 للسترونتيوم، 54 للزينون). هذه الطاقة الحركية البدائية تكون 67 تيرا جول / كجم، تعطي سرعة بدائية تساوي حوالي 12,000 كيلومتر في الثانية. الشحنة الكهربائية العالية للشظايا المشحونة تسبب الكثير من التصادمات الغير مرنة مع الأنوية القريبة، وتبقى هذه الشظايا محصورة داخل حفرة قنبلة اليورانيوم وتتلاعب؟ وتدك؟ وتحفر؟ حتى يتم تحويل حركتها إلى حرارة. هذا الحول الجزء من المليون من الثانية (مايكرو ثانية)، وهو الوقت الذي يتوسع به المركز والمحفذ في القنبلة حتى يصل قطر البلازما إلى عدة أمتار مع درجة حرارة عشرات الملايين من الدرجات.
ودرجة السخونة هذه تصل إلى مرحلة كافية لينبعث أشعة الجسم الأسود في الطيف الإشعاعي للأشعة السينية (أشعة اكس). هذه الأشعة السينية تُمتص بواسطة الهواء المحيط، فينتج النار والصوت العالي للانفجار النووي. معظم المنتجات الناتجة من الانشطار النووي لها العديد من النيترونات فلا تكون مستقرة، فتكون مشعة بواسطة انحلال بيتا، تحول النيترونات إلى بروتونات بواسطة اضمحلال بيتا (إلكترونات وأشعة غاما. مدى العمر النصف لها يتراوح من جزء من ألف من الثانية إلى حوالي 200,0000 سنة. العديد يتحلل إلى نظائر تكون مشعة بنفسها، إذا من 1 إلى 6 ( متوسط 3) تحللات قد تكون متطلبة للوصول إلى الاستقرار. في المتفاعلات، المنتجات المشعة تكون الفضلات النووية في الوقود المستهلك. في القنابل تصبح نثار ذري مشع، كلا المحلي والعالمي.
في غضون ذلك، في داخل القنبلة المتفجرة تحمل النيوترونات المنطلقة من الانشطار تقريبا 3٪ من طاقة الانشطار الأولي. الطاقة الحركية للنيوترون تزيد من طاقة انفجار القنبلة لكنها ليست بفعالية الطاقة التي من الشظايا المشحونة، لأن تباطؤ النيوترونات لا يتم بشكل سريع. أهم تأثير لانشطار النيوترونات على قوة القنبلة هو البدء في انشطارات أخرى. ينبعث من قلب القنبلة أكثر من نصف النيوترونات، والباقي يضرب بالقرب من الأنوية U-235 ليتسبب في انشطارها أضعاف مضاعفة بسلسلة متزايدة ( 1، 2، 4، 8، 16، الخ). بدءا من واحد، عدد الانشطار نظرياً يمكن أن يتضاعف مئة مرة في جزء من مليون من الثانية، مما قد يؤدي إلى استهلاك كل اليورانيوم أو البلوتونيوم إلى مئات الأطنان من الرابط الرقم مئة في السلسلة. عملياً، القنابل لا تحتوي على هكذا مقدار من اليورانيوم أو البلوتونيوم، وعادة ( في سلاح حديث ) نحو 2 إلى 2.50 كيلوغرام من البلوتونيوم تمثل 40الى 50 كيلوطن من الطاقة، تخضع للانشطار قبل أن تفجر النواة نفسها إلى أجزاء.
تركيب قنبلة انفجارية معا هو أعظم تحدي في تصميم سلاح الانشطار. حرارة الانشطار توسع تجويف اليورانيوم بسرعة لتفصل هدف النواة فتشكل مساحة للنيوترونات لتنبعث بدون أن تقبض. فتتوقف سلسلة ردات الفعل.
المواد التي يمكن أن تحمل سلسلة من ردات الفعل تسمى مواد انشطارية. اثنان من المواد الانشطارية المستخدمة في الأسلحة النووية هما:U-235 و يعرف أيضاً باليورانيوم عالي التخصيب (HEU)، أورالي (Oy) سبائك أوك ريدج. أو 25 ( آخر عدد من الإعداد الذرية، وهو 92 لليورانيوم والوزن الذري هنا 235، على التوالي) ؛ و Pu-239، ويعرف أيضاً بالبلوتونيوم، أو 49 (من 94 و 239).
نظير اليورانيوم الأكثر شيوعا، اليورانيوم إحدى النظائر المشعة الأكثر انتشارا. U-238، قابل للانشطار لكنه ليس انشطاري (بمعنى أنه غير قادر على حمل سلسلة السلسلة من ردود رد الفعل بنفسه ولكن يستطيع الانقسام مع النيترونات السريعة.) أسمائه المستعاره تضمن اليورانيوم الطبيعي أو اليوارانيوم الغير مخصب، اليورانيوم المستنفذ du. سبائك الأنبوب و 28. غير قادرة على حمل الرقم التسلسلي من ردود الفعل، لأن انقسام النيترونات ليس بالقوة الكافية لجهد u-238اكثر. النيترونات مصد للانصهار إلى الانشطارu-238. هذا u-238 الانشطار ردة فعل المنتجات معظمها طاقة في مرحلتين سلاح نووي حراري مثالي.
اندماج النوى الذرية.
الاندماج النووي ينتج النيوتيرونات التي تحمل طاقة من خلال تفاعلها فاغلب تفاعلات الاندماج في الأسلحة تسمى بتفاعل D-Tوتستخدم فيها الحرارة وضغط الانشطار النووي أو هيدروجين -2 أو الديوتريوم D2. تندمج مع هيدروجين -3، أو تريتيوم لإنتاج هيليوم -4 و نيوتيرون وطاقة. بحسب المعادلة التالية:
مجموع الطاقة التي تنتج هو 17.6 ميجا إلكترون فولت، وهو عشر الانشطار لكن كثافة المكونات بنسبة واحد إلى خمسين، لذلك فالطاقة الناتجة لكل وحدة كتلية تكون أكبر. هي أعظم. في تفاعلات الانشطار 80 بالمائة من الطاقة وهو ما يعادل 14 ميجا إلكترون فولت تكون لحركة النيوتيرون الذي لا يحمل شحنة إلكترونية ويكون غالبا بكثافة ذرة الهيدروجين التي تصنعه مكثف بأنوية الهيدروجين التي تصنعه، إمكانية خروجه عن موقعه أو محوره مع استمرار احتفاظه بطاقته يساعد على استمرار التفاعل أو إنتاج الاشعة السينية التي تستخدم للانفجارات والحرائق. الطريقة العلمية الوحيدة للاستفادة من معظم طاقة الانشطار هي بحصر النيوترون داخل زجاجة ضخمة من المواد الثقيلة مثل:الرصاص، اليورانيوم أو البلوتونيوم. فإذا حصرنا 14 ميجا فولت نيترون بمادة اليورانيوم (أما نوع:235 أو 238) أو بمادة البوتونيوم، النتيجة التي سوف تظهرلنا هو انشطار وإطلاق طاقة قدرها 180 ميجا فولت من طاقة الانشطار، أي إنتاج طاقة بعشرة أضعاف الطاقة المدخلة. الانشطار النووي هذا ضروري لبدء عملية الانشطار الأصلية، كما أنه يساعد على تحمل قوة الانشطار، ويحصر ويضاعف الطاقة التي أُنتجت في نيوترون الانشطار. وفي حالة انفجار النيوترون (أنظر في الأسفل)، فإن عملية الانشطار لا تتم بعد ابتعاد النيوترونات عن الهدف المنشود.
إنتاج التريتيوم.
ثالث الأشياء المهمة في التفاعل النووي هو حين يتم إطلاق التريتيوم الضروري لنوع من الانصهار في الأسلحة. يصننع التريتيوم، أو هيدروجين 3 (يحتوي على بروتون و 2 نيوترونات، عن طريق قذف عنصر الليثيوم -6 مع نيوترونات (n). هذه العملية تؤدي إلى انشطار نواة عنصر الليثيوم لينتج عنصرا الهيليوم والتريتيوم إضافة إلى الطاقة:
وجود المفاعل النووي أمر ضروري لتوفير النيوترونات إذا أريد توفيرالتريتيوم قبل استخدام السلاح، لكن قد تستعمل في مراحل مراحلة مبكرة من تفاعلات الانصهار لانشطار الليثيوم-6 (مثلا على شكل ديوتيريد الليثيوم) و تكوين التريتيوم لاستخدامات مخصصة. هذه الطريقة تساعد على استخدام كميات أقل من التريتيوم المستخدم في السلاح: يتم إنشاء التريتيوم عندما يتم التفجير.\ المقياس الصناعي لتحويل الليثيوم 6 إلى تريتيوم مشابه جدا لطريقة تحويل عنصر اليورانيوم 238 إلى بلوتينيوم 239. في كلا الحالتين المواد المزودة (أو المُنتِجة) يتم وضعها داخل المفاعل النووي وإزالتها بعد تحويلها بعد فترة من الزمن.
انشطار ذرة واحدة من البلوتونيوم يطلق طاقة أكبر بعشر مرات من الطاقة الكلية لانشطار ذرة واحدة من التريتيوم. لهذا السبب، يتم تضمين التريتيوم في مكونات الأسلحة النووية عندما تتسبب في انشطار أكبر من تضحيات إنتاجها، وتحديداً في حالة الانشطار المعزز بالانصهار. هناك أربعة أنواع رئيسية للأسلحة النووية، أولها الانشطار النقي ويستخدم التفاعل النووي الأول من الثلاث التفاعلات النووية المذكورة سابقاً. النوع الثاني هو الانشطار المعزز بالانصهار ويستخدم أول تفاعلين.النوع الثالث هو الانشطار النووي الحراري ذو مرحلتين ويستخدم جميع التفاعلات الثلاثة.
أسلحة الانشطار النقي.
المهمة الأولى لتصميم سلاح نووي هي تجميع كتلة فوق الحرجة بسرعة من انشطار اليورانيوم والبلوتونيوم. الكتلة فوق الحرجة هي نسبة النيترون الناتجة من الانشطار والتي تلتقطها نواة انشطارية أخرى كبيرة بما في الكفاية لجعل كل حالة انشطار تتسبب في أكثر من حالة انشطار أخرى.
عندما يتم تجميع الكتلة الحرجة وفي تواجد الكثافة القصوى، يتم ضخ موجة عالية من النيوترونات لتوليد أكبر عدد ممكن من سلاسل التفاعلات. الأسلحة الأولية استخدمت "مولد نيوترونات" داخل التجويف الذي يحتوي كلاً من البولونيوم-210 والبريليوم يفصل بينهما حاجز رقيق. انهيار التجويف يسحق "مولد النيوترونات" و الحاجز داخله مما يؤدي إلى مزج المعدنين ببعضهما، مما يسمح لجزيئات ألفا من البولونيوم أن تتفاعل مع البريليوم وتنتج نيوترونات حرة. في الأسلحة الحديثة، مولد النيوترونات هو عبارة عن أنبوب فراغ عالي الجهد "طاقة كهربائية" يحتوي على مسرع جزيئات، والذي يسمح لأيونات الديوتيريوم والتريتيوم بالتصادم مع لوح معدني من هيدرايد الديوتيريوم والتريتيوم. الاندماج النووي المصغر الحاصل ينتج نيوترونات في مكان محمي خارج الحزمة الفيزيائية ومن هناك لتخترق التجويف. هذه الطريقة تضمن تحكم أفضل في توقيت بداية سلسلة التفاعلات.
الكتلة الحرجة لمجال غير مضغوط لمعدن خام هو 110 رطل (50 كجم) لليورانيوم-235 و 35 رطل (16كجم) للبلوتونيوم-239 ثلاثي الطور. في التطبيقات العملية، كمية المواد المطلوبة للحرجية يتم تعديلها بالشكل والنقاء والكثافة والقرب من المواد عاكسة النيترون، كلها تؤثر على هروب أو استيلاء النيترونات.
يجب أن تكون المواد الانشطارية في السلاح دون الحرجية قبل التفجير لكي تمنع تفاعل السلسلة خلال المعالجة. وربما تحتوي على مكون واحد أو أكثر والتي تحتوي على أقل من واحد لكل كتلة حرجة غير مضغوطة. الصدفة الفارغة الرقيقة يمكنها أن تحمل كتلة حرجة أكثر من مجال عار، أو مثل إمكانية أسطوانة بإمكانها اعتباطياً أن تطول بدون أن تصل للمرحلة الحرجة. العبث هو طبقة اختيارية من المادة الكثيفة المحيطة بالمادة الانشطارية. بسبب الجمود، تؤخر التمدد في المادة المتفاعلة، مما يزيد فاعلية السلاح. عادة نفس الطبقة تخدم كلاهما كعابث أو عاكس نيترون.
قنابل الكتلة الحرجة.
قنابل الكتلة الحرجة عبارة عن نوع من الأسلحة النووية وبالتحديد يعتبر من أنواع الأسلحة النووية الأنشطارية ويعود فكرة اختراعها إلى عالم في الفيزياء من إيطاليا اسمه أنريكو فيرمي Enrico Fermi والذي حاز على جائزة نوبل في الفيزياء عام 1938 وقد غادر فيرمي إيطاليا بعد صعود الفاشية على سدة الحكم في إيطاليا واستقر في نيويورك في الولايات المتحدة إلى ان توفى فيها عام 1954.
لتوضيح مفهوم كتلة حرجةالكتلة الحرجة تصور ان هناك كرة بحجم قبضة اليد مصنوع من مادة يورانيوم-235، بعد تحفيز اولي لعملية الأنشطار النووي بواسطة تسليط حزمة من النيوترون على الكرة سيتولد 2.5 نيترون جراء هذا الأنشطار الأول لنواة ذرة يورانيوم-235 وهذا يكون كافيا لبدأ انشطار ثاني في كل الأجزاء المتكونة من الأنشطار الأول وأثناء هذه السلسلة المتعاقبة من الأنشطارات في نواة الذرات يفقد الكثير من النيوترونات المتكونة إلى سطح الشكل الكروي ولكن كمية النيوترونات المتكونة في الداخل كافية لادامة عمليات الأنشطار وهنا يأتي دور الكتلة الحرجة التي يمكن تعريفها بالحد الأدنى من كتلة مادة معينة كافية لتحمل سلسلات متعاقبة من الأنشطارات.
إذا كان العنصر المستخدم في عملية الأنشطار النووي ذو كتلة يتطلب تسليطا مستمرا بالنيوترونات لتحفيز الأنشطار الأولي للنواة فان هذه الكتلة تسمى الكتلة دون الحرجة.
إذا كان العنصر المستخدم في عملية الأنشطار النووي ذو كتلة قادرة على تحمل سلسلات متعاقبة من الأنشطار النووي حتى بدون اي تحفيز خارجي بواسطة تسليط نيوترونات خارجية فيطلق على هذه الحالة الكتلة الفوق حرجة. وهذه الكتلة الفوق حرجة إذا تم استعمالها كقنبلة نووية فيجب أن يتم تجميعها بسرعة لان سلسلة الأنشطارات المتعاقبة سوف تستغرق مجرد ثواني وستكون الطاقة الحركية الناتجة من الضخامة مما يؤدي إلى انفجار القنبلة بسرعة فائقة.
يعتبر 15 غم من اليورانيوم-235 أو 10 غم من البلوتونيوم-239 في حالة كونهما بشكل كروي ومحاطين بمصدر يسلط عليهما النيوترونات كتلة كافية للوصول إلى مرحلة الكتلة الحرجة. للكتلة الحرجة تناسب عكسي مع كثافة العنصر وتعتمد على شكل العنصر المستخدم ونقاءه وطول فترة تسليط النيوترونات عليه.
الأسلحة النووية التجميعية.
الأسلحة النووية التجميعية هي أحد أنواع الأسلحة النووية التي تتم صناعتها بخطوتين، تكمن فكرة هذا النوع من السلاح في خلق مايسمى الكتلة الفوق حرجة ويتم هذا بدمج كتلتين تعتباران ذو كتلة دون الحرجة ولغرض عملية الدمج هذه يسلط ضغط هائل على الكتلتين لدمجهما في كتلة واحدة تعتبر فوق الحرجة وينشأ من عملية الدمج هذه كميات هائلة من الطاقة الحركية.
المقصود بمصطلح الكتلة الحرجة لعنصر معين هو الحد الأدنى من كتلة مادة معينة كافية لتحمل سلسلات متعاقبة من الأنشطارات. إذا كان العنصر المستخدم في عملية الأنشطار النووي ذو كتلة يتطلب تسليطا مستمرا بالنيوترونات لتحفيز الأنشطار الأولي للنواة فان هذه الكتلة تسمى الكتلة دون الحرجة. إذا كان العنصر المستخدم في عملية الأنشطار النووي ذو كتلة قادرة على تحمل سلسلات متعاقبة من الأنشطار النووي حتى بدون اي تحفيز خارجي بواسطة تسليط نيوترونات خارجية فيطلق على هذه الحالة الكتلة الفوق حرجة حيث يستعمل العنصر في هذه الحالة الطاقة المتولدة من الأنشطارات السابقة لتحفيز الأنشطارات اللاحقة.
بعد استكمال مرحلة الكتلة فوق الحرجة تاتي الخطوة الثانية وهي اشعال الفتيلة التي اما تكون على شكل تصويب طلقة من اليورانيوم كما هو الحال في القنابل ذو الأنشطار على شكل بندقية أو تفجير قنبلة تقليدة في وسط المادة ذو الكتلة فوق الحرجة كما هو الحال في قنابل الانشطار ذات الانضغاط الداخلي
قنابل ذات انشطار مصوب.
القنابل ذو الأنشطار المصوب عبارة عن أحد أنواع الأسلحة النووية وبالتحديد من نوع الأسلحة النووية التجميعية وهذه النوعية من القنابل هي التي إسقاطها على مدينة هيروشيما وسميت القنبلة بقنبلة الولد الصغير. هذه النوعية من القنابل تعتمد على عملية الأنشطار النووي بالأضافة إلى فكرة قنابل الكتلة الحرجة. حيث يتم إطلاق رصاصة مصنوعة من اليورانيوم لايصال عنصر معين إلى مرحلة من التحمل حيث تستمر عمليات الأنشطار النووي حتى بدون تسليط نيوترونات خارجية عليه والتي تسمى بحالة الكتلة الفوق حرجة. أحد مساوئ هذه القنبلة هي انها تتطلب كميات كبيرة من اليورانيوم-235 ويتطلب بناء القنبلة وقتا كبيرا.
في قنبلة الولد الصغير كانت الطلقة المستخدمة لتحفيز الأنشطار النووي والوصول إلى مرحلة الكتلة فوق الحرجة عبارة عن 24 كغم من اليورانيوم-235 وكان طول الطلقة 16 سم وعرضها 10 سم واطلقت هذه الطلقة عبر برميل كان وزنه 450 كغم وطوله 180 سم وكانت سرعة الطلقة 300 متر في الثانية وعندما اصابت الطلقة هدفها المصنوع من اليورانيوم-235 أدى هذا إلى تحفيز سلسلة من عمليات الأنشطار النووي وبلغت قوة القنبلة 15 كيلوطن من مادة تي إن تي.
أسلحة مشابهة لتجميع البندقية.
استخدمت قنبلة هيروشيما الولد الصغير 141 رطل (64 كيلوغرام) من اليورانيوم بمعدل تخصيب ما يقارب 80% أو 112 رطل (51 كيلوغرام) من يورانيوم-235 تقريباً مثل كتلة المعدن الخام. عندما تم تجميعها داخل العاكس المصنوع من كربيد التنجستن كانت كتلة اليورانيوم 141 رطل (64 كيلوغرام) أكثر من ضِعف الكتلة الحرجة. يتشكل اليورانيوم-235 قبل الانفجار لقطعتين من المفاعل دون الحرج الذي يُطلق أحداها لفوهة البندقية وينضم للقطعة الأخرى فيما بعد وبذلك يبدأ الانفجار النووي. خضع 1٪ من اليورانيوم للانشطار النووي بينما تناثر البقية منه دون جدوى وهي ما يمثل أغلب مردود وقت الحرب في المصانع الضخمة في مدينة أوك ريدج. عدم الكفاءة وعدم الفعاليه كان سببها السرعة التي تفك انضغاط انقسام اليورانيوم الممتد وتصبح تحت الحرجة بواسطه قوة تقليل الكثافة. على الرغم أنها غير فعاله، هذا التصميم، بسبب شكله ا، تم تكييفه للإستخدام في ذات القطر الصغير، القذائف المدفعية الإسطوانيه ( بندقيه من نوع الرأس الحربي تطلق اشتعلت من البراميل التي لها بندقيه أكبر بكثير. هذه بعض الرؤؤس الحربية انتشرت تطورت بواسطة الولايات المتحدة حتى 1992. مع الاخذ في الاعتبار الجزء الهام ل U-235 في الترسانة محاسبة لأجل قسم مهم ل يو-235 في ترسانه. وكانت بعض الأسلحة الأولى المنتهيه بالتدريج لتستجيب مع معاهدة محدوده لأعداد من الرؤوس الحربية، الأساس المنطقي لهذا القرار كان لاشك فيه ضم انخفاض العائد وقضايا السلامة الخطيره المرتبطة مع تصميم البندقية.
السلاح انشطاري من نوع بندقية عبارة عن أحد أنواع الأسلحة النووية وبالتحديد من نوع الأسلحة النووية التجميعية وهذه النوعية من القنابل هي التي إسقاطها على مدينة هيروشيما وسميت القنبلة بقنبلة الولد الصغير. هذه النوعية من القنابل تعتمد على عملية الأنشطار النووي بالأضافة إلى فكرة قنابل الكتلة الحرجة. حيث يتم إطلاق رصاصة مصنوعة من اليورانيوم لايصال عنصر معين إلى مرحلة من التحمل حيث تستمر عمليات الأنشطار النووي حتى بدون تسليط نيوترونات خارجية عليه والتي تسمى بحالة الكتلة الفوق حرجة. أحد مساوئ هذه القنبلة هي انها تتطلب كميات كبيرة من اليورانيوم-235 ويتطلب بناء القنبلة وقتا كبيرا.
قنبلة انشطارية نمط الانضغاط الداخلي.
الرجل البدين (فات مان) قذيفة ناغازاكي، استخدمت 13.6 باوند ( 6.2 كيلوغرام، حوالي 12 أوقية سائله أو 350 في المقدار ) من بخصوص Pu-239، والذي يمثل فقط 41٪ من المجال النشط كتلة دون حرجة. (لرسم مفصل انظر مقال فات مان) محاطة بعاكس U-238، الفجوة تتحول إلى كتلة فوق حرجة من قبل خصائص عاكس النيوترون فيU-238. في أثناء الانفجار، الحرجية تحدث بسبب الانفجار الداخلي. يتم ضغط عامود البلوتونيوم لزيادة كثافته من خلال تفجير موحد لمتفجرات تقليدية تم وضعها بشكل موحد في جميع أنحاء العامود. يتم تفعيل التفجير عن طريق سلك ممتد من المتفجرات. ويقدر أن 20٪ من البلوتونيوم يخضع للانشطار فقط والباقي تقريباً 11 باوند (5.0 كيلوغرام) يتبعثر في الأجواء.
قد تكون موجات صدمة الانفجار الداخلي على مدى قصير ماهي إلا أجزاء من العامود تتعرض للضغط أثناء مرور الموجات خلالها. يصنع هيكل القذيفة من معادن خفيفة الكثافة مثل الألومنيوم والبريليوم، أو سبيكة مصنوعة من كلا المعدنين إذا دعت الحاجة إلى ذلك لأن الألومنيوم سهل وآمِن في التشكيل، كما أنه في التصنيف الثاني من ناحية الأقل في القيمة؛ بينما يستخدم البريليوم لقدرته العالية في عكس النيوترونات، وتقع القذيفة بين عدسة المتفجر والعابث. يتم تشغيلها من خلال عكس بعض موجات الصدمة للخلف، وبالتالي يتم إطالة مدة الانفجار الداخلي. وقد تم استخدام الألومنيوم في صناعة هيكل القذيفة في الفات مان.
سبب لزيادة كفاءة فات مان يكمن في النشاط الداخلي من عابث U-238 (عابث اليورانيوم الطبيعي لا يخضع للانشطار من خلال النيوترونات الحرارية، ولكن يساهم تقريبا 20٪ في المحصول الكلي من الانشطار بواسطة النيوترونات السريعة). عند بدء تفاعل متسلسل في البلوتونيوم، يجب عكس نشاط الانفجار الداخلي قبل أن يوقف التوسع الانشطار. من خلال حبس كل شي معاً لبضع مئات من النانوثانية أكثر، فيتم زيادة الكثافة.
قنابل الانشطار ذو الانضغاط الداخلي عبارة عن نوع من الأسلحة النووية وبالتحديد من نوع الأسلحة النووية التجميعية وهي القنبلة التي اسقطت على مدينة ناجاساكي في اليابان واطلق عليها تسمية قنبلة الولد السمين وتعتبر أكثر تطورا من القنابل ذو الأنشطار المصوب علما ان كلا القنبلتين تعتمدان على فكرة الأسلحة النووية التجميعية. وقد بلغت قوة قنبلة الولد السمين مايعادل 20 طن من مادة تي إن تي. في هذه القنابل يتم تحفيز عمليات الأنشطار النووي باستخدام ضغط شديد على مادة معينة يراد توصيلها إلى مرحلة من التحمل حيث تستمر عمليات الأنشطار النووي حتى بدون تسليط نيوترونات خارجية عليه وهي نفس فكرة قنابل الكتلة الحرجة ولكن هنا يستعمل الضغط كمحفز لعملية الأنشطار النووي. عادة مايستعمل تفجير قنابل تقليدية في حاويات مغلقة مليئة باليورانيوم-235 أو البلوتونيوم-239.
تعتبر هذه القنبلة عالية الكفاءة لأن النيوترونات الناجمة من الأنشطار هي أكثر عددا وأكبر كثافة.
الاسلحة المدمرة -المواد القابلة للانشطار وأي عمليات عكسية أو عابثة مرتبطة به- تعرف بمسمى الحفرة (the pit). بعض هذه الأسلحة اختبرت خلال العام 1950م باستخدام أنواع مصنّعة من U-235 أو مركب البلوتنيوم، لكن الأنواع المصنّعة من البلوتنيوم كان الاصغر قطراً وأصبحت الأسلحة الرئيسية منذ بداية 1960.
صب البلوتنيوم وقطعه صعب، ليس لأنه سام فقط، بل لأن للبلوتونيوم مراحل فلزيّة تسمى كذلك بالشكل المتأصل . عندما يبرد البلوتونيوم، يحدث تغير في المرحلة مما ينتج عنه تشويه وتكسير. فعادة، يتم التغلب على هذا التشويه بمزجه مع 3 - 3.5 مول (0.9% - 1.0% من الوزن) من الغاليوم، مشكلاً سبائك البلوتونيوم الغاليوم والذي يؤدي إلى رفع مرحلتها دلتا الخاصة بها على نطاق حراري واسع. عند تبريدها من انصهارها يكون لديها تغير مرحلي واحد فقط بدلاً من أربعة تغيرات التي كان من المفترض أن تمر بها، ويكون هذا التحول من أيـبيلسون إلى دلتا. يمكن للمعادن ثلاثية التكافؤ أن تعمل أيضاً، لكن الغاليوم يمتلك نيوترون صغير بقطاع عرضي ويساعد على مقاومة الأكسدة والتآكل. يبقى العائق في أن مركبات الغاليوم قابلة للتآكل، وكذلك ألمر بالنسبة للبلوتونيوم إذا تم استرداده من الأسلحة المفككة لتحويله إلى ثاني أكسيد البلوتونيوم لمفاعلات الطاقة، هناك صعوبة في إزالة الغاليوم.
لأن البولتونيوم يعتبر تفاعلاً كيميائيًا، فأنه من الشائع طلي الحفرة النهائية مع طبقة خفيفة من المعدن الخام، والتي بدورها تقلل من المخاطر السامة. وفي قنبلة ترينيتي تم استعمال طلاء الفضة المعدني، وبعد ذلك، وضع النيكل داخل أبخرة (النيكل رباعي الكربونيل) ولكن حاليًا يتم تفضيل الذهب.
الانفجار الداخل مع رفع الحفرة.
التحسين الأول على تصميم قنبلة "الرجل البدين" كان بوضع مجال جوي بين الحفرة والوقود النووي لإنشاء تأثير "المطرقة والمسمار". والحفرة دُعمت بمخروط مجوّف داخل الوقود النووي لتكون مرفوعة. وفي الاختبارات الثلاثة لـ"عملية الحجر الرملي" في عام 1948م، اُستخدمت تصاميم "الرجل البدين" مع رفع الحفر. والنتيجة الكبيرة كانت بالحصول على 49 كيلو طن مما يعني أكثر بضعفين من محصول "الرجل البدين" من دون رفع الحفر. وقد اتضح فورًا أن "الانفجار الداخلي" كان أفضل تصميم لسلاح الانشطار النووي، ولكن العيب الوحيد فيها هو قطرها. فقنبلة "الرجل البدين" كان عرضها 5 أقدام (1.5 متر) مقابل قدمين (0 سم) لقنبلة "الولد الصغير".
بعد مرور 11 عام، التصميم الداخلي للمفجر تطور بشكل ملحوظ حيث ان قطر الكرة تغير من 11 قدم (1.5 م) Fat Man إلى 1 قدم (0.30م) و قطر الأنبوب كان يعادل قدمان (0.61 م) طولاً واطلق عليه جهاز شان سوان .
جهاز فات مان بموديل Pu-239 بت كان قطره يساوي 3.6 انش (9 سم) اي انه بحجم كرة السوفتبول بيسبول. الجزء الأكبر منه كان في الية الانفجار وبالتحديد في طبقات U-238، الألمنيوم، والمتفجرات الشديدة. السبب من تقليل الحجم كان تصميم (انهيار، تفجير النقطتين) العامل المهم في تقليل الحجم هو التصميم الثنائي النقاط للمتفجرات.
انفجار خطي ثنائي النقاط.
أحد التصامي وهو عباره عن اعادة تشكيل الشكل البيضاوي إلى شكل دائري مع قوة ضغط اقل. يوجد في داخل الانفجار الخطي ماده صلبه غير قابله للتغير وكتلة ممتدة من مادة Pu-239 و تكون أكبر من الكتلة الموجودة في الجسم الكروي محشورة داخل اسطونة مع مواد قابلة للانفجار مع وجود فتيل في كلا الطرفين. إن التفجير يجعل من الحفرة الكبيرة في الارض خطيرة عن طريق جعل النهايات عميقة، مما يشكل اشكال دائرية. ان الهزة ايضاً تعمل على تحويل البلوتونيوم -الذي هو عباره عن عنصر فلزي - من مرحلة الدلتا إلى الالفا بواسطة زيادة كثافته بنسبة 23٪ ولكن من دون ان ات يؤدي ذلك إلى تحويل القوة الدافعة الداخلية إلى انهيارحقيقي. ان الافتقار إلى الضغط يجعله غير كافي للاستخدام كقذائف مدفعية وذخائر الهدم الذرية ولكن البساطة والقطر الصغير يجعله مناسباً لذلك. ان ذخائر الهدم الذرية (ADMs) والقذائف المدفعية معروفة أيضا بحقائب القنابل النووية؛ كمثال على ذلك القذائف المدفعية دبل يو ثمانية واربعين W48 اصغر سلاح نووي تم صنعه أو نشره. كل الاسلحة ذات القيمة المنخفضة المستخدمة في المعارك سواء المسدس من نوع يو-235 ذات التصاميم المتفجرة أو المنشطرة، يبقى تستوجب دفع اموال باهظة لانجاز اقطار بين 6 إلى 10 انش (254)مم.
النظام الفعالي الجديد هو استخدام نقطتان للانفجار الداخلي.
المخطط الموضووع في عام 1945 بان يكون لمنفذ التفجير لكنه لم يكن في ذلك الوقت هناك اختبارات لتطوير التجربة البساطة في التصميم اعتبرت أكثر واقعية ومع الوقت اصبحت هناك قيود ولها احتياجات كثيرة وباستخدام الالمونيوم واستغلاله مكنهم من صنع ثلاثة طن من المتفجرات شديدة الانفجار. بعد الحرب، تم استعادة الاهتمام بتصميم التجويف. تكمن ميزته الواضحة في إمكانية حمل قذيفة مجوفة من البلاتينيوم، على شكل كتلة مسحوبة إلى الداخل باتجاه مركزها الفارغ، تحمل الزخم إلى مركز التجميع المصفح على شكل كرة صلبة. سيقوم بدفع نفسه إلى الداخل، مما يتطلب مدك U-238 أصغر، لا يتطلب استخدام دافع الألمنيوم وأقل قابلية للانفجار.
أمتلكت قنبلة فات مان قذيفتين متحدتي المركز على شكل جسم كروي يحتوي على متفجرات شديدة، يقارب سمكها 10 بوصات (25 سم). وتقذف القذيفة داخلية الانفجار. احتوت القذيفة الخارجية على نمط يشبه كرة القدم يحتوي على 32 عدسة شديدة الانفجار، تحول كل عدسة الموجة المحدبة من مفجرها إلى موجة مقعرة مشابهة لشكل القذيفة الداخلية من الخارج. لو كان في الإمكان استبدال هذه العدسات (32) باثنتين فقط، يُمكن للشكل الكروي شديد الانفجار أن يصبح إهليلجاً (كروي متتطاول) ذو قطر دائري أصغر بكثير.
توضيح جيد لاثنين من الملامح التي وردت في رسم توضيحي لبرنامج الأسلحة النووية السويدي عام 1956م (الذي تم انهاؤه قبل عمل تفجير تجريبي). الرسم التوضيحي يبيّن العناصر الأساسيّة في تصميم "نقطتين - حفرة جوفاء".
يوجد رسوم توضيحية مشابهة في المؤلفات المتاحة من البرنامج الفرنسي، الذي أنتج مستودع أسلحة. تركيبة العدسة شديدة الانفجار (العنصر 6 في الرسم البياني ) لم تظهر في الرسم التوضيحي السويدي، لكن العدسة المعيارية المصنوعة من انفجار شديد سريع وبطيء كما في قنبلة "فات مان" ستكون أكثر طولاً عنها في الشكل المبين. وحتى تستطيع عدسة منفردة شديدة الانفجار تكوين موجة مقعرة لتغطي نصف الكرة الأرضية كاملاً يجب أن تكون إمّا أكثر طولاً أو ان يتم إبطاء جزء الموجة الذي يسير بخط مستقيم من المفجر إلى الحفرة يجب بشكل كبير.
الانفجار الشديد البطيء سريعٌ للغاية، لكن الطبق الطائر من "عدسة الهواء" ليس كذلك. طبق معدني، على شكل كتلة، والدفع بإتجاه مساحة فارغة من الممكن أن يصمم ليتحرك ببطء كافي. يستعمل نظام الانفجار الداخلي ذو النقطتين تقنية عدسات الهواء الذي من الممكن أن يحصل على طول لا يتجاوز ضعفي قطره، كما هو موضح في الرسم التخطيطي السويدي بالأعلى).
أسلحة الانشطار النووي المعززة.
الخطوة التالية للتصغير بتسريع انشطار التجويف (pit) وذلك للحد من الوقت الأدنى المطلوب للاندماج في محفظة القصور الذاتي. قدم التجويف المفرغ موقعا مثاليا لحدوث الاندماج النووي لتعزيز عملية الانشطار النووي. مزيج من غازي الترايتيوم والديتيروم بنسبة 50-50 يضخ إلى التجويف خلال مرحلة التسليح، ويندمج مع الهيليوم ومن ثم يطلق نيوترونات حرة حالما تبدأ عملية الانشطار. تبدأ النيوترونات بعدد كبير من التفاعلات المتسلسلة الجديدة بينما لايزال التجويف في المرحلة الحرجة أو قريب من المرحلة الحرجة. هناك سبب لعدم التنشيط بمجرد إتقان التجويف. تم أول اختبار لفكرة الانصهار الانشطاري المعزز في 25 مايو 1951 في عملية "البيت الأخضر" في إنيويتوك (Eniwetok) والتي أنتجت 45.5 كيلوطن. التعزيز يقلل من طول القطر بثلاثة طرق جميعهم نتيجة لانشطار أسرع:
بما أن التعزيز مطلوب لتحقيق ناتج كامل التصميم، فإن أي نقص في التعزيز سيؤدي إلى نقص في الناتج. ولذلك الأسلحة المعززة هي أسلحة متنوعة المنتج فيمكن إنقاصه في أي وقت قبل التفجير ببساطة عن طريق إنقاص كمية التريتيوم المدخل في التجويف خلال عملية التسليح.
جهاز سوان كان الجهاز الأول الذي يقترح توظيف كل هذه الميزات (نقطتين، تجويف الفجوة، انفجار التعزيز المنصهر).
كان الجهاز إسطواني الشكل وقطره 11.6 بوصة (29.5 سم) وطوله 22.8 بوصة (58 سم).
وكان أول جهاز مستقل أجري له اختبار وبعد ذلك الجهاز النووي الحراري الابتدائي ذو المرحلتين خلال عملية الجناح الأحمر.
تم تسليحها بتصميم "روبين الابتدائي" (Robin Primary) وأصبحت بهذا أول جهاز جاهز للاستخدام ذو استخدام ابتدائي متعدد ونموذج أولي لكل ما تبعه.