قصة اختراع القنبلة الذرية

ما هي قصة اختراع القنبلة الذرية؟

بدأت قصة القنبلة الذرية في مطلع القرن الماضي عندما بدأ عدد قليل من الفيزيائيين بالتفكير ومناقشة ونشر أوراق حول ظاهرة النشاط الإشعاعي وسلوك جسيمات ألفا وخصائص المواد المختلفة عند تعريضها للإشعاع، في البداية شمل هؤلاء الأشخاص علماء مشهورين مثل إرنست راذرفورد من نيوزيلندا وبريطانيا العظمى، ونيلز بور من الدنمارك، وبيير وماري كوري من فرنسا، وألبرت أينشتاين من ألمانيا، في وقت لاحق انضم إلى “المجموعة النووية” ليو زيلارد من المجر، وأوتو هان من ألمانيا، ومايكل بوليني من المجر، ووالتر بوث من ألمانيا، وليز مايتنر من النمسا، وهانتارو ناجاوكا من اليابان، وآخرين من خلفيات متنوعة مماثلة.

بحلول أوائل القرن العشرين، كان هؤلاء العلماء يدرسون بنية الذرة وانحراف وتشتت جسيمات ألفا، في عام 1908م أظهر رذرفورد أنّ جسيم ألفا كان في الواقع ذرة هيليوم، وفي عام 1911م أعلن أنّه وجد نواة الذرة على أنّها دقيقة وعبارة عن كتلة مركزة محاطة بالإلكترونات في المدارات، بحلول الثلاثينيات من القرن الماضي، كان العلماء النوويون يستكشفون المفهوم الثوري لتقسيم ذرة من اليورانيوم بالنيوترون، شهدت أوائل الثلاثينيات من القرن الماضي ظهور معاداة السامية في ألمانيا وروسيا، أصبح هتلر مستشارًا لألمانيا في عام 1933م، وبدأ النازيون في إلغاء الحقوق المدنية لليهود الألمان وبدء حملة الاضطهاد.

أدرك العلماء الألمان الذين كانوا يهودًا أنّ النازيين يشكلون تهديدًا مميتًا، فبدأوا في الهجرة في الغالب إلى الولايات المتحدة، شمل المهاجرون خلال الثلاثينيات آينشتاين، وثيودور فون كارمان، وجون فون نيومان، يوجين فيجنر، ليو زيلارد، هانس بيث، إدوارد تيلر وإنريكو فيرمي، وغيرهم الكثير على الرغم من أنّ فيرمي ليس يهوديًا، فقد تزوج فيرمي من امرأة يهودية، وكان يخشى ويحتقر معاداة موسوليني للسامية، واصل هؤلاء المهاجرون أبحاثهم ومناقشاتهم في الولايات المتحدة وبريطانيا، بحلول عام 1939م كان تفكير العلماء النوويين قد تقدم إلى مواضيع مثل انشطار ذرات اليورانيوم والتسبب في تفاعل متسلسل، خاصة في نظير (U235).

لأنّه عندما يتم قصف المادة بالنيوترونات، الفعالية النسبية للنيوترونات البطيئة مقابل النيوترونات السريعة تعمل على تحقيق تفاعل تسلسلي والطرق الممكنة لفصل اليورانيوم 235 عن 238 في اليورانيوم الطبيعي، كانت إمكانية إنتاج انفجار نووي هائل معروفة، وتمّ إجراء حسابات “الكتلة الحرجة”، اكتشفت المخابرات الألمانية اتجاه الأبحاث النووية في الولايات المتحدة وبريطانيا العظمى، قام مكتب الحرب الألماني بتوحيد البحث تحت إشراف الفيزيائيين البارزين إريك باج، فيرنر هايزنبرغ وبول هارتيك، كانت إحدى القضايا التي تمت دراستها هي استخدام الماء الثقيل كوسيط يستخدم لإبطاء حركة النيوترونات الثانوية.

في الولايات المتحدة قرر عدد صغير من الفيزيائيين، الذين انزعجوا من احتمال نجاح ألمانيا في تطوير قنبلة ذرية، تحذير الرئيس روزفلت، كتب آينشتاين وزيلارد رسالة، وسلمها ألكسندر ساكس الاقتصادي والكاتب الذي كان على علاقة ودية مع روزفلت، إلى مساعد الرئيس الجنرال إدوين واتسون، تم إعطاء ساكس موعدًا مع الرئيس الذي قرأ له رسالة أينشتاين، وصفت الرسالة القنابل القوية الجديدة التي يمكن إنتاجها وأوصت حكومة الولايات المتحدة بتسريع العمل التجريبي الجاري حاليًا.

أنهى أينشتاين رسالته بإعلان فهمه أنّ ألمانيا أوقفت بيع اليورانيوم من مناجم تشيكوسلوفاكيا وأنّ كارل فون فايزاكير، وهو عالم ألماني يحظى باحترام كبير، كان مُلحقًا بمعهد القيصر فيلهلم في برلين حيث يتكرر العمل الأمريكي على اليورانيوم، تعكس هذه التصريحات الأخيرة قلق العلماء النوويين الأمريكيين بشأن القدرات الألمانية، عقد الاجتماع مع روزفلت في 11 أكتوبر 1939م، وشهدت الأشهر التالية إنشاء لجان مخصصة للطاقة النووية في مختلف الإدارات التابعة للحكومة الأمريكية والبحث المستمر والتنسيق بين الوكالات للنتائج.

التطور الكبير للقنبلة الذرية

في عام 1941م، افتتح جيمس براينت كونانت مكتب اتصال بين الحكومة البريطانية ومجلس أبحاث الدفاع الوطني للولايات المتحدة، أدّى القصف الياباني لبيرل هاربور في 7 ديسمبر 1941م إلى تسريع تطوير القنبلة الذرية في الولايات المتحدة، في ربيع عام 1942م، اتخذ قرار تعزيز أنشطة التنمية في شيكاغو، كان الهدف هو إنتاج تفاعل نووي متسلسل بحلول نهاية العام، انتقل فيرمي وزملاؤه من نيويورك، حيث كانوا يستخدمون موارد جامعة كولومبيا وبدأوا العمل في مباني جامعة شيكاغو للقيام بتجربة لإثبات جدوى تفاعل تسلسلي يمكن التحكم فيه.

قام (Fermi) بتجميع المكونات (6 أطنان من اليورانيوم و250 طنًا من الجرافيت لاستخدامها كمنظم)، في ملعب سكواش في ملعب جامعة شيكاغو المهجور، كما تم استخدام قضبان الكادميوم التي يتم تشغيلها يدويًا كطريقة تحكم، بعد ظهر يوم 2 ديسمبر 1942م، مع 42 مراقباً يشاهدون الأدوات ويستمعون إلى نقر عدادات النيوترونات، حقق ذلك أهمية حرجة، أي تفاعل نووي ذاتي الاستدامة ذو مفعول قوي، في ربيع وصيف عام 1942م، أصبح العلماء النوويون وقادتهم في الولايات المتحدة على دراية بوجود مادة جديدة تم إنشاؤها بواسطة القصف النيوتروني لـ (U238)، أطلق مكتشفها جلين سيبورج على هذه المادة اسم البلوتونيوم.

قد يكون لاستخدام البلوتونيوم في القنابل عدة مزايا لـ (U235): قوة تفجيرية أكبر، وحجم ووزن أصغر، وتصنيع أسهل، أصبح تعيينها الذري (Pu239)، بينما في ألمانيا، كانت المعرفة النظرية للفيزياء الذرية والتطبيق المحتمل لهذا العلم على الأسلحة مواكبة لذلك في بريطانيا والولايات المتحدة لقد حظيت التطورات ذات التطبيق بعيد المدى بالأولوية حتمًا خلف تلك ذات الفائدة المباشرة للجهود الحربية، ناقش ألبرت سبير مع هتلر إمكانية تطوير قنبلة ذرية ولكن دون استنتاجات واضحة، لم تكن مخابرات الحلفاء على علم بهذا الموقف، بينما كان البريطانيون قلقين بشأن الاستحواذ الألماني على الماء الثقيل المنتج في فيموك في جنوب النرويج.

كانت محاولة بريطانية محمولة بطائرة شراعية لتخريب التثبيت في نوفمبر 1942م وقد فشلت بسبب مزيج من سوء التخطيط وسوء الأحوال الجوية، في فبراير 1943م قام فريق كوماندوز نرويجي بمحاولة أخرى ونجح في هدم معظم المصنع، ووقف الإنتاج لعدة أشهر، في خريف عام 1943م، تلقى البريطانيون أخبارًا تفيد بأنّ المصنع قد استأنف إنتاج الماء الثقيل، أدّى تعزيز الأمن من قبل النازيين إلى استبعاد محاولة تخريبية أخرى، ووافق ممثلون بريطانيون أمريكيون في واشنطن على هجوم بالقنابل الدقيق، في 16 نوفمبر 1943م، تم الهجوم بواسطة (140 B-17s) من سلاح الجو الثامن، أدّى إلى تدمير محطة الطاقة وتضررت وحدة التحليل الكهربائي.

وأدّى أيضًا إلى إغلاق المحطة بشكل فعّال، اختار النازيون إعادة البناء في ألمانيا وخططوا للنقل بالسكك الحديدية ونقل المعدات والمياه الثقيلة المتبقية، قرر البريطانيون تخريب العبارة التي ستشارك، تم إجراء محاولة التخريب بنجاح بواسطة فريق نرويجي مكون من ثلاثة رجال في 20 فبراير 1944م، بعد الحرب ادعى عضو في الجيش الألماني (Ordnance) أنّ فقدان إنتاج الماء الثقيل في النرويج كان العامل الرئيسي في فشل ألمانيا في تحقيق مفاعل ذري مكتفي ذاتيًا.

تعامل اليابان مع القنبلة الذرية

في اليابان، بدأت الدراسات حول القنبلة الذرية داخل الجيش، تابع الجنرال تاكيو ياسودا، مدير معهد أبحاث تكنولوجيا الطيران بالجيش الإمبراطوري الياباني، الأدبيات العلمية الدولية ولاحظ في عامي 1938م و1939م اكتشاف الانشطار النووي، وجه مساعده اللفتنانت كولونيل تاتسوسابورو سوزوكي، لإعداد تقرير، أعلن سوزوكي مرة أخرى في أكتوبر 1940م، وخلص إلى أنّ اليابان لديها إمكانية الوصول إلى ما يكفي من اليورانيوم في كوريا وبورما لصنع قنبلة ذرية.

لجأ ياسودو إلى الفيزيائيين اليابانيين، الذين عملوا مع نيلز بور وإرنست لورانس، والذين قاموا ببناء سايكلوترون في مختبر في طوكيو، في أبريل 1941م سمحت القوات الجوية للجيش الإمبراطوري بإجراء بحث حول تطوير قنبلة ذرية، خلال الحرب تم إعاقة الجهود النووية اليابانية بشدة بسبب آثار الحرب على اقتصادها الصناعي، بحلول أواخر عام 1944م، أدرك العديد من العلماء اليابانيين بما في ذلك الفيزيائي البارز يوشيو نيشينا، أنّهم لن يكونوا قادرين على صنع قنبلة في الوقت المناسب للتأثير في نتيجة الحرب، في الاتحاد السوفياتي بدأ العمل على صنع قنبلة ذرية.

بحلول عام 1939م، كان عالم الفيزياء السوفيتي البارز إيغور كورشاتوف قد نبه حكومته إلى الأهمية العسكرية للانشطار النووي، أدّى الغزو الألماني في يونيو 1941م إلى توقف البرنامج النووي مؤقتًا وتسبب في إعادة ترتيب أولويات البحث بما يضر بالقنابل الذرية، بعد إعادة التقييم من قبل المجتمع الذري السوفيتي، استؤنف العمل في برنامج الأسلحة بحلول أوائل عام 1943م، في سبتمبر 1942م، تم تسليم مسؤولية إدارة مشروع مانهاتن إلى ليزلي آر غروفز، وهو كولونيل (سيتم ترقيته قريبًا) في فيلق المهندسين.

كان أحد القرارات الرئيسية الأولى لغروفز هو اختيار أوك ريدج، تينيسي لتكون موقعًا لمصانع فصل النظائر، لإنتاج (U235 من U238)، بكميات كافية للقنابل الذرية، كانت المشكلة الرئيسية التالية هي إنشاء مختبر للعمل على تصميم القنبلة، فضل الجنرال روبرت أوبنهايمر كمدير، على الرغم من أنّ المخابرات العسكرية المضادة اعترضت بسبب أصدقاء أوبنهايمر السابقين الذين كانوا أعضاء في الحزب الشيوعي، تمكن غروفز من إقناع بوش، رئيس مكتب البحث العلمي والتطوير، بأنّه لا يمكن لأي شخص آخر أن يكون خيارًا أفضل، وافق كل من جروفز وأوبنهايمر على لوس ألاموس، نيو مكسيكو، ليكون الموقع.

طرق تصميم القنبلة الذرية

كان هناك طريقتان محتملتان لتصميم القنبلة

• الطريقة الأولى: هو تحقيق الكتلة الحرجة والانفجار النووي الناتج عن طريق الانضمام بسرعة كبيرة إلى نصفين شبه حرجين وبدء مصدر نيوتروني، سمّي هذا النهج “بنوع البندقية” لأنّ النظام يستخدم أنبوبًا يُطلق فيه النصفان تجاه بعضهما البعض.
  
• الطريقة الثانية: فهي تستخدم كرة (تسمّى النواة) من مادة قابلة للانشطار محاطة بعدد من العدسات المتفجرة والتي عند تفجيرها ضغطت الكرة في كتلة حرجة، كان البادئ النيوتروني يقع في وسط اللب، هذا النهج كان يسمّى طريقة الانفجار الداخلي، تتطلب طريقة الانفجار الداخلي تفجيرًا متزامنًا للعدسات وكانت محفوفة بالمخاطر نسبيًا.