بمب اتم چیست؟ از نحوه ساخت و عملکرد تا انواع سلاح هسته‌ای

۷۸ سال پیش در ۶ و ۹ اوت ۱۹۴۵ (۱۵ و ۱۸ مرداد ۱۳۲۴)، برای اولین‌بار در تاریخ جهان دو بمب اتم روی شهرهای هیروشیما و ناگاساکی ژاپن انداخته شد. اولین و تنها بمباران اتمی جهان موجب جان‌باختن بین ۱۲۹ هزار تا ۲۲۶ هزار فرد عمدتا غیرنظامی شد و ویرانگرترین جنگ تاریخ بشر را به پایان رساند. شمار تلفات و حجم ویرانی‌های ناشی از به‌کارگیری این سلاح‌های جدید، در تاریخ جنگ‌ها بی‌سابقه بود.

در پایان جنگ جهانی دوم، ایالات متحده تنها ابرقدرت جهان بود که از توانمندی‌های هسته‌ای بهره می‌برد. اما این وضعیت مدت زیادی پابرجا نماند. اتحاد جماهیر شوروی با کمک شبکه‌ای از جاسوسان که اسرار هسته‌ای آمریکا را به سرقت بردند، اولین بمب اتم خود را در سال ۱۹۴۹ با موفقیت آزمایش کرد.

وقتی ایالات متحده و شوروی به یک دوره‌ی خصومت چند‌ ده‌ساله معروف به «جنگ سرد» وارد شدند، شروع به ساخت تسلیحات هسته‌ای قوی‌تر از جمله بمب هیدروژنی کردند و زرادخانه‌ای از کلاهک‌های هسته‌ای را گردهم آوردند. دو ابرقدرت جهان تلاش می‌کردند تا با آزمایش بمب‌های قوی‌تر، برتری خود را به دیگری اثبات کنند. به‌گفته‌ی کریگ نلسون، مورخ آمریکایی: «مهم نیست چقدر بمب داشتند یا انفجارهایشان چقدر بزرگ می‌شد.، آن‌ها به بمب‌های بزرگ‌تر و بیشتر نیاز داشتند.»

با اوج‌گرفتن تب جنگ سرد در دهه‌ی ۱۹۶۰ و دستیابی کشورهای دیگر به ظرفیت هسته‌ای ازجمله بریتانیا، فرانسه و چین، جنبش ضدهسته‌ای در واکنش به انواع حوادث هسته‌ای، آزمایش‌های تسلیحاتی و تلفات زیست‌محیطی و انسانی آن‌ها رشد کرد. دانشمندان و مردم برای ممنوعیت آزمایش هسته‌ای و سپس خلع سلاح هسته‌ای تلاش کردند. در واکنش به این نگرانی‌ها، ایالات متحده و شوروی (و بعدا روسیه) معاهده‌ی منع گسترش سلاح‌های هسته‌ای را در سال ۱۹۶۸ و انواع پیمان‌های بیشتر را با هدف محدودسازی تعداد سلاح‌های هسته‌ای در سال‌های بعد امضا کردند.

هرچند خوشبختانه فعلا از عصر هسته‌ای جان سالم به‌در برده‌ایم، خطرات بمب اتم در قرن ۲۱ همچنان جهان را تهدید می‌کند. افزایش تنش بین روسیه و کشورهای غربی بر سر جنگ اوکراین در سال‌های اخیر، دورنمای یک مسابقه‌ی تسلیحات هسته‌ای جدید و ترسناک را تشدید کرده است. ۷۸ سال پس از آزمایش نخستین بمب اتم جهان، نگرانی‌ها از احتمال وقوع جنگ هسته‌ای، همچنان پابرجا است.

اما صرف‌نظر از جنبه‌های سیاسی و نظامی، بمب اتم، این ویرانگرترین سلاح ساخت بشر از منظر علمی چگونه ساخته و به‌کار گرفته می‌شود؟ انواع تسلیحات هسته‌ای چه تفاوت‌هایی با یکدیگر دارند و قدرت تخریبشان چقدر است؟ برای پاسخ به این پرسش‌ها با زومیت همراه باشید.

پیش از آنکه به انواع بمب‌ها برسیم، باید از قسمت کوچک‌تر، یعنی اتم‌ها شروع کنیم. هر اتم از سه ذره‌ی زیراتمی به نام‌های پروتون، نوترون و الکترون تشکیل شده است. مرکز اتم که هسته نام دارد، پروتون و نوترون را در خود جای داده است. پروتون‌ها دارای بار مثبت، نوترون‌ها خنثی و الکترون‌ها دارای بار منفی هستند. نسبت پروتون به الکترون همیشه یک به یک است؛ درنتیجه اتم درمجموع بار خنثی دارد. به‌عنوان مثال، اتم کربن دارای ۶ پروتون و ۶ الکترون است.

خواص اتم می‌تواند برپایه‌ی تعداد ذرات آن، به‌طرز چشمگیر تغییر کند. بااین‌حال چنین اتفاقی به آن سادگی‌ها که به‌نظر می‌آید، رخ نمی‌دهد. اگر تعداد پروتون‌ها را افزایش دهیم، یک عنصر کاملا متفاوت را پدید می‌آوریم؛ اما اگر دست به تغییر تعداد نوترون‌ها بزنیم، با یک ایزوتوپ مواجه می‌شویم. به‌عنوان مثال، کربن دارای سه ایزوتوپ است:

• کربن ۱۲ (۶ پروتون + ۶ نوترون)، شکل پایدار و رایج عنصر.
• کربن ۱۳ (۶ پروتون + ۷ نوترون) که پایدار اما نادر است.
• کربن ۱۴ (۶ پروتون + ۸ نوترون) که نادر و ناپایدار (یا رادیواکتیو) است.

همان‌طور که در مورد کربن می‌بینیم، بیشتر هسته‌های اتم پایدار و تعداد کمی از آن‌ها ناپایدار هستند. این هسته‌های ناپایدار به‌صورت خود‌به‌خود ذراتی را ساطع می‌کند که دانشمندان از آن‌ها با عنوان «تابش‌ها» یاد می‌کنند. هسته‌ای که تابش می‌کند، رادیواکتیو است و عمل انتشار ذرات به‌عنوان واپاشی رادیواکتیو شناخته می‌شود. سه نوع واپاشی رادیواکتیو وجود دارد:

• واپاشی آلفا: هسته دو پروتون و دو نوترون متصل به‌هم را که به‌نام ذره آلفا شناخته می‌شود، دفع می‌کند.
• واپاشی بتا: نوترون به پروتون، الکترون و پادنوترینو تبدیل می‌شود. الکترون دفع‌شده یک ذره بتا است.
• شکافت خودبه‌خود: هسته به دو قسمت تقسیم می‌شود. در این فرایند، هسته می‌تواند نوترون‌ها را به بیرون دفع کند و آن‌ها نیز می‌توانند به پرتوهای نوترونی تبدیل شوند. هسته همچنین می‌تواند انفجاری از انرژی الکترومغناطیسی به نام پرتو گاما را ساطع کند. پرتوهای گاما تنها نوع تابش‌های هسته‌ای هستند که به‌جای ذرات پرسرعت، از انرژی ناشی می‌شوند.

بمب‌های هسته‌ای دارای نیروهایی (قوی و ضعیف) هستند که هسته‌های اتم، به‌ویژه اتم‌هایی با هسته‌ی ناپایدار را کنار هم نگه می‌دارند. دو روش اصلی برای آزادسازی انرژی هسته‌ای از اتم وجود دارد:

• شکافت هسته‌ای که در آن دانشمندان هسته‌ی اتم را با بمباران نوترونی به دو قطعه‌ی کوچک‌تر تقسیم می‌کنند.
• همجوشی هسته‌ای فرایندی است که خورشید به وسیله‌ی آن انرژی تولید می‌کند و شامل پیوند‌دادن دو اتم کوچک‌تر برای تشکیل اتم بزرگ‌تر است.
• در هر دو فرایند شکافت و همجوشی، مقادیر زیادی انرژی گرمایی و تابش‌ها آزاد می‌شوند.

کشف شکافت هسته‌ای را می‌تواند به تلاش انریکو فرمی، فیزیکدان مشهور ایتالیایی نسبت داد. در دهه‌ی ۱۹۳۰، فرمی نشان داد که عناصر قرارگرفته درمعرض بمباران نوترونی، می‌توانند به عناصر جدید تبدیل شوند. این کار به کشف نوترون‌های کند و همچنین عناصر جدیدی منجر شد که در جدول تناوبی نشان داده نمی‌شوند.

دستاورد دو دانشمند آلمانی، جرقه‌ی فعالیت گسترده را در آزمایشگاه‌های پژوهشی سرتاسر جهان زد. در دانشگاه پرینستون، نیلز بور، فیزیکدان دانمارکی در همکاری با جان ویلر، مدل فرضی فرایند شکافت را ابداع کرد. بور و ویلر حدس زدند که آنچه تحت شکافت قرار می‌گیرد، نه اورانیوم ۲۳۸، بلکه ایزوتوپ اورانیوم ۲۳۵ است.

تقریبا در همان زمان، دانشمندان دیگر دریافتند که فرایند شکافت به تولید نوترون‌های بیشتر منجر می‌شود. این امر موجب شد تا بور و ویلر سوالی سرنوشت‌ساز را بپرسند: آیا نوترون‌های آزاد که دراثر شکافت به‌وجود آمده‌اند، می‌توانند یک واکنش زنجیره‌ای را آغاز و مقدار زیادی انرژی آزاد کنند؟ اگر این‌گونه باشد، ممکن است بتوان سلاحی با قدرت باورنکردنی ساخت.

و بله نوترون‌ها قادر به انجام این کار هستند.

بعد از آنکه در اواخر دهه‌ی ۱۹۳۰، معلوم شد برخلاف تصور گذشته می‌توان حجم عظیمی از انرژی را از اتم‌ها به‌دست آورد، درمیان دانشمندان این نگرانی به‌وجود آمد که آلمان نازی ممکن است شروع به ساخت بمب اتم کند. سوابق تاریخی نشان می‌دهد که آلمان در این زمینه به موفقیت چندانی دست نیافته بود؛ اما چشم‌انداز بمب اتم ساخت نازی‌ها به‌طرز وحشتناکی واقعی بود.

در ژوئیه ۱۹۳۹، فقط دو ماه پیش از آغاز جنگ جهانی دوم، لئو زیلارد، فیزیکدان مجاری آمریکایی و برخی از دیگر دانشمندان از آلبرت اینشتین خواستند تا در نوشتن نامه‌ای برای فرانکلین روزولت، رئیس‌جمهور آمریکا آن‌ها را همراهی کند. نامه‌ی اینشتین-زیلارد تاریخ را تغییر داد و روزولت را بر آن داشت تا کمیته‌ای را برای بررسی امکان ساخت بمب اتم تشکیل دهد. در سال ۱۹۴۱ این گروه به کمیته‌ای جدید تبدیل شد تا مقدمات پروژه منهتن فراهم شود.

پروژه منهتن عمدتا در سه شهر فوق‌سری به‌پیش برده شد: اوک‌ریج در ایالت تنسی، جایی که اورانیوم به‌اندازه‌ی کافی برای شکافت هسته‌ای غنی‌سازی می‌شد. هن‌فورد در ایالت واشینگتن، جایی که رآکتورها اورانیوم را به پلوتونیم تبدیل و سوخت هسته‌ای قدرتمندتری فراهم کردند. لس آلاموس در نیومکزیکو، جایی که رابرت اوپنهایمر مدیریت آزمایشگاه طراحی و ساخت بمب‌های اتم آزمایشی را برعهده داشت.

در مارس ۱۹۴۰، تیمی از دانشمندان که در دانشگاه کلمبیا در شهر نیویورک مشغول پژوهش بودند، فرضیه‌ی بور و ویلر را تایید کردند: ایزوتوپ اورانیوم ۲۳۵ (U-235) مسئول شکافت هسته‌ای بود. تیم دانشگاه کلمبیا در پاییز ۱۹۴۱ تلاش کرد تا یک واکنش زنجیره‌ای را با استفاده از اورانیوم ۲۳۵ آغاز کند، اما در این مسیر ناکام ماند. سپس پژوهش‌ها در زمینه‌ی شکافت هسته‌ای به دانشگاه شیکاگو منتقل شد؛ جایی که انریکو فرمی در زیر زمین فوتبال دانشگاه به نام «استاگ فیلد»، سرانجام به اولین واکنش زنجیره‌ای هسته‌ای کنترل‌شده در جهان دست یافت. سپس ساخت بمب اتم با استفاده از اورانیوم ۲۳۵ به‌عنوان سوخت، به سرعت پیش رفت.

به‌دلیل اهمیت اورانیوم ۲۳۵ در طراحی بمب اتم، باید آن را با دقت بیشتری بررسی کنیم. اورانیوم ۲۳۵ یکی از معدود موادی است که می‌تواند تحت شکافت القاشده قرار گیرد؛ بدین معنا که به‌جای انتظار به‌مدت بیش از ۷۰۰ میلیون سال برای واپاشی طبیعی اورانیوم، اگر یک نوترون به هسته‌‌ی خود برخورد کند، این عنصر می‌تواند بسیار سریع‌تر واپاشد. هسته پس از برخورد نوترون، آن را جذب می‌کند، ناپایدار و بلافاصله شکافته می‌شود.

به‌محض آنکه هسته، نوترون را جذب کند، به دو اتم سبک‌تر تقسیم می‌شود و دو یا سه نوترون جدید دفع می‌کند. (تعداد نوترون‌های دفع‌شده به نحوه‌ی تقسیم اتم اورانیوم ۲۳۵ بستگی دارد.) سپس دو اتم سبک‌تر همزمان با قرارگیری در حالت جدید خود، تابش گاما ساطع می‌کنند. چند نکته در مورد فرایند شکافت القایی وجود دارد که آن را جالب می‌کنند:

• احتمال اینکه اتم اورانیوم ۲۳۵ نوترون را درحین گذر از کنار خود جذب کند، بسیار زیاد است. در بمبی که به درستی کار می‌کند، بیش از یک نوترون که از هر شکافت دفع می‌شود، موجب ایجاد شکافت بعدی می‌شود. برای درک این وضعیت می‌توان دایره‌ی بزرگی از تیله‌ها را به‌عنوان پروتون‌ها و نوترون‌های یک اتم درنظر گرفت. اگر یک تیله (نوترون) را به وسط دایره‌ی بزرگ پرتاب کنیم، به یک تیله برخورد می‌کند. آن تیله سپس با چند تیله‌ی دیگر برخورد می‌کند و به همین ترتیب، تا وقتی واکنش زنجیره‌ای ادامه می‌یابد، برخوردها به‌وقوع می‌پیوندند.
• فرایند جذب نوترون و شکافت بسیار سریع و درحدود چند پیکوثانیه (۰٫۰۰۰٬۰۰۰٬۰۰۰٬۰۰۱ ثانیه) اتفاق می‌افتد.
• برای آنکه سوختی موثر داشته باشیم، باید اورانیوم را غنی کنیم؛ یعنی مقدار ایزوتوپ اورانیوم ۲۳۵ آن را فراتر از سطوح طبیعی افزایش دهیم. اورانیوم مخصوص سلاح هسته‌ای باید دست‌کم ۹۰ درصد غنی یا به عبارت دیگر، از ۹۰ درصد اورانیوم ۲۳۵ تشکیل شده باشد.

در سال ۱۹۴۱، دانشمندان دانشگاه کالیفرنیا در برکلی، عنصر ۹۴ام جدول تناوبی را کشف کردند و دریافتند که می‌توان از آن به‌عنوان سوخت هسته‌ای استفاده کرد. آن‌ها عنصر جدید را پلوتونیم نامیدند و درطول سال بعد از آن به‌اندازه‌ی کافی برای آزمایش ساختند. درنهایت، دانشمندان خواص شکافت پلوتونیم را مشخص و سوخت احتمالی دوم را برای تسلیحات هسته‌ای شناسایی کردند.

در بمب شکافتی، سوخت باید در توده‌های زیر جرم بحرانی نگهداری شود تا از شکافت پشتیبانی نکند و از انفجار زودرس جلوگیری شود. جرم بحرانی حداقل جرم مواد شکافت‌پذیر مورد نیاز برای حفظ واکنش شکافت هسته‌ای است.

دوباره به مثال تیله‌ها فکر کنید. اگر دایره‌ی تیله‌ها خیلی از هم دور شوند (جرم زیربحرانی باشند)، وقتی تیله‌ی نوترونی به مرکز برخورد کند، واکنش زنجیره‌ای کوچک‌تر رخ خواهد داد. اما اگر تیله‌های دایره نزدیک‌تر به هم قرار گیرند (از جرم بحرانی برخوردار باشند)، احتمال بیشتری وجود دارد که واکنش زنجیره‌ای بزرگ رخ دهد.

نگه‌داشتن سوخت در جرم‌های زیربحرانی جداگانه، چالش‌هایی را در طراحی به‌وجود می‌آورد که برای عملکرد صحیح بمب شکافتی باید از سد آن‌ها گذشت. به‌وضوح اولین چالش، گردهم‌آوردن توده‌های زیربحرانی برای تشکیل یک جرم فوق‌بحرانی است تا نوترون‌های کافی برای حفظ واکنش شکافت را در زمان انفجار فراهم کنند. طراحان بمب دو راهکار ارائه دادند که در قسمت بعدی به آن‌ها خواهیم پرداخت.

در مرحله‌ی بعد، نوترون‌های آزاد باید به جرم فوق‌بحرانی وارد شوند تا فرایند شکافت آغاز شود. این کار با ساختن یک دستگاه مولد نوترون انجام می‌شود. این مولد درواقع گلوله‌ای کوچک از پلوتونیم و بریلیم است که به‌وسیله‌ی فویل از هسته‌ی سوخت شکاف‌پذیر جدا شده است. در این مولد:

• وقتی توده‌های زیربحرانی به‌هم می‌رسند و پلوتونیم به‌طور خود‌به‌خود ذرات آلفا را ساطع می‌کند، فویل شکسته می‌شود.
• سپس ذرات ساطع‌شده با بریلیم ۹ برخورد می‌کنند و بریلیم ۸ و نوترون‌های آزاد را تولید می‌کنند.
• سپس نوترون‌ها فرایند شکافت را آغاز می‌کنند.

درنهایت، طراحی باید امکان شکافت هرچه بیشتر مواد را پیش از انفجار بمب فراهم کند. این کار با محدودکردن واکنش شکافت در یک ماده‌ی متراکم به نام «لایه افزوده» که معمولا از اورانیوم ۲۳۸ ساخته شده است، انجام می‌شود. لایه افزوده به‌وسیله‌ی هسته‌ی شکافت گرم و منبسط می‌شود. انبساط لایه افزوده، فشار را به هسته‌ی شکافت وارد و انبساط هسته را کند می‌کند. این لایه همچنین نوترون‌ها را به درون هسته‌ی شکافت بازمی‌تاباند و بازده واکنش شکافت را افزایش می‌دهد.

ساده‌ترین راه برای گردهم‌آوردن توده‌های زیربحرانی، ساختن تفنگی است که یک توده را به توده‌ای دیگر شلیک کند. بدین منظور یک کره‌ی متشکل از اورانیوم ۲۳۵ دراطراف مولد نوترون ساخته و گلوله‌ای کوچک از اورانیوم ۲۳۵ از آن جدا می‌شود. این گلوله در یک سر لوله‌ی بلند با مواد منفجره در پشتش قرار می‌گیرد؛ درحالی که کره در انتهای دیگر لوله جاگذاری می‌شود. یک حسگر فشار جوی، ارتفاع مناسب برای انفجار را تعیین و رویدادهای زیر را به‌ترتیب آغاز می‌کند:

• مواد منفجره شلیک می‌شود و گلوله را به سمت انتهای لوله می‌راند.
• گلوله به کره و مولد برخورد می‌کند و دو توده‌ی اورانیوم ۲۳۵ را به جرم فوق‌بحرانی می‌رساند.
• واکنش شکافت آغاز می‌شود.
• بمب منفجر می‌شود.

بمبی که روی هیروشیما انداخته شد، «پسر کوچک» نام داشت و از طراحی تفنگی برخوردار بود. این بمب درحدود ۲۰ کیلوتن انرژی (معادل ۲۰ هزار تن تی‌ان‌تی) را با بهینگی بسیار پایین تقریبا ۱٫۵ درصد آزاد کرد؛ بدین معنی که فقط یک‌ونیم درصد از مواد پیش از انفجار شکافته شد.

راه دوم برای ایجاد جرم فوق‌بحرانی، مستلزم فشرده‌سازی توده‌های زیربحرانی درون یک گلوله ازطریق درون‌پاشی است. «مرد چاق»، بمبی که روی ناگاساکی انداخته شد، بمبی با طراحی به‌اصطلاح درون‌پاشی بود.

• مواد منفجره شلیک می‌شود و یک موج ضربه‌ای ایجاد می‌کند.
• موج ضربه‌ای، هسته را فشرده می‌کند و جرم بحرانی را سرریز می‌کند.
• واکنش شکافت آغاز می‌شود.
• بمب منفجر می‌شود.

طراحان بعدا توانستند طراحی اولیه‌ی بمب درون‌پاشی را بهبود بخشند. در سال ۱۹۴۳، ادوارد تلر، فیزیکدان آمریکایی مفهوم «فشارافزایی» را ابداع کرد. فشارافزایی به فرایندی اطلاق می‌شود که درجریان آن، از واکنش‌های همجوشی برای ایجاد نوترون‌هایی استفاده می‌شود که در گام بعد، برای القای واکنش‌های شکافت با سرعت بالاتر به‌کار می‌روند. هشت سال دیگر طول کشید تا اولین آزمایش، امکان‌پذیری فشارافزایی را تایید کند؛ اما به‌محض اثبات، به طرحی محبوبی تبدیل شد. در سال‌های بعد، تقریبا ۹۰ درصد از بمب‌های هسته‌ای ساخته‌شده در آمریکا از طراحی فشارافزایی استفاده می‌کردند. در بخش بعدی، عملکرد بمب همجوشی را بررسی خواهیم کرد.

در سال‌های اولیه‌ی ساخت بمب اتم، بمب‌های شکافتی هرچند موثر واقع شدند، چندان بهینه نبودند. طولی نکشید که دانشمندان به این فکر افتادند که شاید فرایند هسته‌ای مخالف شکافت، یعنی همجوشی عملکرد بهتری داشته باشد. همجوشی زمانی اتفاق می‌افتد که هسته‌های دو اتم با هم پیوند می‌خورند و یک اتم سنگین‌تر را به‌وجود می‌آورند. در دماهای بسیار بالا، هسته‌های دو ایزوتوپ از هیدروژن به‌نام‌های دوتریم و تریتیوم می‌توانند به آسانی با هم ترکیب شوند و مقادیر زیادی انرژی را آزاد کنند. سلاح‌هایی که از این فرایند بهره می‌برند، به‌عنوان بمب همجوشی، بمب گرماهسته‌ای یا بمب هیدروژنی شناخته می‌شوند.

بمب‌های همجوشی نسبت به بمب‌های شکافتی دارای بازده کیلوتنی بالاتر و بهینگی بیشتر هستند؛ اما دچار مشکلاتی هستند که باید حل شوند:

• دوتریم و تریتیوم به‌عنوان سوخت‌های همجوشی، هردو گاز هستند و به سختی ذخیره می‌شوند.
• تریتیوم کمیاب است و نیمه عمر کوتاهی دارد.
• سوخت بمب همجوشی باید به‌طور مداوم تامین شود.
• دوتریم یا تریتیوم باید در دمای بسیار زیاد به‌شدت فشرده شوند تا واکنش همجوشی آغاز شود.

دانشمندان لیتیم دوتریم را که ترکیبی جامد و فاقد امکان واپاشی رادیواکتیو در دمای معمولی است، به‌عنوان ماده‌ی اصلی گرماهسته‌ای انتخاب و از این طریق، بر اولین مشکل غلبه کردند. طراحان بمب برای غلبه بر مشکل تریتیوم، بر یک واکنش شکافت برای تولید تریتیوم از لیتیم تکیه می‌کنند. این واکنش شکافت مشکل نهایی نیز را حل می‌کند.

اکثر تابش‌هایی که در واکنش شکافت ساطع می‌شود، پرتو ایکس است و این پرتوها، دما و فشار بالا برای آغاز همجوشی را فراهم می‌کنند. درنتیجه، بمب همجوشی طراحی دومرحله‌ای دارد: یک بخش شکافت اولیه یا شکافت تقویت‌شده و یک بخش همجوشی ثانویه.

برای درک طراحی بمب همجوشی، تصور کنید که درون محفظه‌ی بمب، بمب شکافتی درون‌پاشی و محفظه‌ای استوانه‌ای از اورانیوم ۲۳۸ (لایه افزوده) را دارید. در داخل لایه‌ افزوده، لیتیم دوتریم (سوخت) و یک میله‌ی توخالی از پلوتونیم ۲۳۹ در مرکز استوانه قرار دارد. قطعه‌ی جداکننده‌ی استوانه از بمب درون‌پاشی، سپری از اورانیوم ۲۳۸ و فوم پلاستیکی است که فضای باقی‌مانده در محفظه‌ی بمب را پر می‌کند.

رویدادهای منجر به انفجار بمب هیدروژنی به شرح زیر است:

• بمب شکافتی منفجر می‌شود و پرتو ایکس منتشر می‌کند.
• پرتو ایکس محیط داخلی بمب و لایه افزوده را گرم می‌کند؛ اما سپر مانع از انفجار زودرس سوخت می‌شود.
• گرما موجب انبساط و سوختن لایه افزوده می‌شود و به سمت داخل بر لیتیم دوتریم فشار وارد می‌کند.
• لیتیم دوتریم تقریبا ۳۰ برابر فشرده می‌شود.
• امواج ضربه‌ای فشرده‌ساز شکافت را در میله پلوتونیم آغاز می‌کنند.
• میله‌ی درحال شکافت، تابش، گرما و نوترون‌ها را ساطع می‌کند.
• نوترون‌ها وارد لیتیم دوتریم می‌شوند و در ترکیب با لیتیم، تریتیوم می‌سازند.
• ترکیب دما و فشار بالا برای انجام واکنش‌های همجوشی تریتیم-دوتریوم و دوتریوم- دوتریوم کافی است و گرما، تابش و نوترون بیشتری تولید می‌کند.
• نوترون‌های حاصل از واکنش‌های همجوشی موجب القای شکافت در قطعات اورانیوم ۲۳۸ از لایه‌ی افزوده و سپر می‌شوند.
• شکافت قطعات سپر و لایه افزوده، تابش و گرمای به‌مراتب بیشتر تولید می‌کند.
• بمب منفجر می‌شود.

تمام این رویدادها درحدود ۶۰۰ میلیاردم ثانیه اتفاق می‌افتند. (۵۵۰ میلیاردم ثانیه برای انفجار بمب شکافت و ۵۰ میلیاردم ثانیه برای رویدادهای همجوشی). حاصل تمام این مراحل، انفجاری عظیم با قدرت ده‌ها هزار کیلوتن یا صدها برابر قوی‌تر از انفجار پسر کوچک است.

ساخت بمب اتم یک مسئله است و پرتاب سلاح هسته‌ای به مقصد مورد نظر و انفجار موفقیت‌آمیز آن مسئله‌ای ‌دیگر. دانشمندانی که در پایان جنگ جهانی دوم اولین بمب‌های اتم جهان را ساختند، به‌طور ویژه با چالش جابه‌جایی آن‌ها مواجه بودند. فیلیپ موریسون، یکی از اعضای پروژه منهتن در یکی از شماره‌های سال ۱۹۹۵ مجله ساینتیفیک امریکن، در مورد سلاح‌های هسته‌ای اولیه می‌نویسد: «هر سه بمب سال ۱۹۴۵ (بمب آزمایش ترینیتی و دو بمب انداخته‌شده روی ژاپن)، به‌جای آنکه جنگ‌افزارهایی مطمئن باشند، بیشتر شبیه بمب‌های دست‌ساز سرهم‌بندی‌شده در آزمایشگاه بودند.»

رساندن بمب‌ها به مقصد نهایی تقریبا به همان اندازه‌ی طراحی و ساخت آن‌ها، سرهم‌بندی‌شده بود. رزم‌ناو یواس‌اس ایندیاناپلیس قطعات و سوخت اورانیوم غنی‌شده‌ی بمب پسر کوچک را در ۲۸ ژوئیه ۱۹۴۵ به جزیره‌ی تینیان در اقیانوس آرام منتقل کرد. اجزای بمب مرد چاق نیز به‌وسیله‌ سه بمب‌افکن بوئینگ بی-۲۹ سوپرفورترس در ۲ اوت ۱۹۴۵ از راه رسیدند.

تیمی متشکل از ۶۰ دانشمند از لس آلاموس نیومکزیکو به تینیان پرواز کردند تا به مونتاژ بمب کمک کنند. اول، بمب پسر کوچک با وزن ۴۴۰۰ کیلوگرم و اندازه‌ی سه متر از دماغه تا دم آماده شد. در ۶ اوت، خدمه بمب پسر کوچک را روی انولا گی که یک بمب‌افکن بوئینگ بی-۲۹ به خلبانی سرهنگ پاول تیبتس بود، بارگذاری کردند. این هواپیما سفری ۱۲۰۰ کیلومتری به ژاپن انجام داد و بمب را برفراز هیروشیما در هوا رها کرد. پسر کوچک دقیقا در ساعت ۰۸:۱۲ صبح منفجر شد.

امروزه، روش به‌کاررفته در جنگ جهانی دوم علیه ژاپن (استفاده از بمب‌های غیرهدایت‌شونده به‌وسیله‌ی هواپیما) همچنان راهی مطمئن برای پرتاب تسلیحات هسته‌ای است؛ اما درطول سال‌ها، با کاهش اندازه‌ی کلاهک‌ها، گزینه‌های دیگری نیز در دسترس قرار گرفته‌اند. بسیاری از کشورها تعداد زیادی موشک بالستیک و کروز مجهز به تجهیزات هسته‌‌ای را انبار کرده‌اند.

بیشتر موشک‌های بالستیک از سیلوهای زمینی یا زیردریایی‌ها پرتاب می‌شوند. آن‌ها از جو زمین خارج می‌شوند، هزاران کیلومتر به سمت اهداف خود می‌روند و دوباره به جو وارد می‌شوند تا تسلیحات خود را به‌کار بگیرند. موشک‌های کروز برد کوتاه‌تر و کلاهک‌های کوچک‌تر از موشک‌های بالستیک دارند؛ اما شناسایی و رهگیری آن‌ها سخت‌تر است. آن‌ها را می‌توان از هوا، پرتابگرهای متحرک روی زمین و از کشتی‌های نظامی پرتاب کرد.

سلاح‌های هسته‌ای تاکتیکی (TNW) نیز درطول جنگ سرد رایج شدند. موشک‌های TNW که برای هدف‌گیری مناطق کوچک‌تر طراحی شده‌اند، شامل موشک‌های کوتاه‌برد، گلوله‌های توپخانه، مین‌های زمینی و خرج‌های عمقی هستند.

انفجار سلاح هسته‌ای حجم عظیمی از تخریب را به‌همراه دارد و بقایای آن، حاوی شواهد میکروسکوپی از محل گردآوری مواد بمب است. انفجار بمب اتم روی هدفی مانند یک شهر پرجمعیت، موجب خسارات بسیار زیادی می‌شود. درجه‌ی آسیب به فاصله از مرکز یا کانون انفجار بمب بستگی دارد. هرچه به کانون انفجار نزدیک‌تر باشیم، با آسیب شدیدتر مواجه خواهیم شد. آسیب بمب اتم ناشی از چند عامل است:

• موج گرمای شدید ناشی از انفجار
• فشار ناشی از موج ضربه‌ای ایجادشده دراثر انفجار
• تابش‌ها
• فروریزه که شامل ابرهایی از ذرات گردوغبار رادیواکتیو و بقایای بمب است که روی زمین می‌ریزد.

در کانون انفجار، همه چیز بلافاصله با دمای (تا ۳۰۰ میلیون درجه‌ی سانتی‌گراد) تبخیر می‌شود. به سمت بیرون از کانون، بیشتر تلفات دراثر سوختگی‌های ناشی از گرما، جراحات ناشی از بقایای به‌پرواز درآمده دراثر موج ضربه‌ای و قرارگیری حاد درمعرض تابش‌های شدید به‌وقوع می‌پیوندد.

فراتر از منطقه‌ی انفجار فوری، تلفات دراثر گرما، تابش‌ها و آتش‌سوزی‌های ناشی از موج گرما رخ می‌دهد. در درازمدت، ذرات رادیواکتیو دراثر وزش بادهای غالب، منطقه‌ی وسیع‌تری را دربرمی‌گیرند. این ذرات پرتوزا در منابع آب رسوب می‌کنند و به‌وسیله‌ی افراد ساکن در فاصله‌ی دور از انفجار، استنشاق و بلعیده می‌شوند.

دانشمندان، بازماندگان بمباران‌های هیروشیما و ناگاساکی را مطالعه کرده‌اند تا اثرات کوتاه‌مدت و بلندمدت انفجارهای هسته‌ای را بر سلامت انسان درک کنند. تابش‌ها و ذرات رادیواکتیو بر آن دسته از سلول‌های بدن که به‌طور فعال تقسیم می‌شوند (مو، روده، مغز استخوان، اندام‌های تولیدمثل) تاثیر می‌گذارند. برخی از بیماری‌های ناشی از قرارگیری درمعرض انفجار هسته‌ای عبارت‌اند از:

• حالت تهوع، استفراغ و اسهال
• آب مروارید
• ریزش مو
• از دست‌دادن سلول‌های خونی

بیماری‌های یادشده اغلب خطر ابتلا به سرطان خون، ناباروری و نقایص مادرزادی را افزایش می‌دهند. دانشمندان و پزشکان هنوز درحال مطالعه‌ی بازماندگان بمب‌های پرتاب‌شده در ژاپن هستند و انتظار دارند که نتایج بیشتر درطول زمان ظاهر شود.

در دهه‌ی ۱۹۸۰، دانشمندان اثرات احتمالی جنگ هسته‌ای (انفجار تعداد زیادی از بمب‌های هسته‌ای در نقاط مختلف جهان) را ارزیابی کردند و بدین نتیجه رسیدند که پیامد احتمالی چنین فاجعه‌ای، وقوع زمستان هسته‌ای خواهد بود. در این سناریو، انفجار بمب‌های زیاد موجب شکل‌گیری ابرهای بزرگی از غبار و مواد رادیواکتیو می‌شود که جو زمین را دربرمی‌گیرند و مانع از رسیدن نور خورشید به سطح سیاره می‌شوند.

تسلیحات هسته‌ای دارات قدرت تخریب باورنکردنی و طولانی‌مدتی هستند که بسیار فراتر از هدف اصلی پیش می‌رود. به‌همین دلیل است که دولت‌های جهان در تلاش‌اند تا گسترش فناوری و مواد ساخت بمب هسته‌ای را کنترل کنند و زرادخانه‌ی سلاح‌های هسته‌ای مستقر در دوران جنگ سرد را کاهش دهند. همچنین به‌همین دلیل، آزمایش‌های هسته‌ای انجام‌شده به‌وسیله کره شمالی و سایر کشورها واکنش‌های شدیدی را از سوی جامعه بین‌المللی به‌دنبال دارد. از بمباران هیروشیما و ناگاساکی چندین دهه گذشته است، اما تصاویر وحشتناک آن صبح سرنوشت‌ساز در ماه اوت همواره واضح و درخشان خواهد بود.

۷۸ سال پس از حملات هسته‌ای به هیروشیما و ناگاساکی، جهان خوشبختانه شاهد استفاده‌ی دوباره از بمب اتم نبوده و شمار تسلیحات هسته‌ای موجود در زرادخانه‌های هسته‌ای کشورها به‌طرز چشمگیر کاهش یافته است. تعداد کلاهک‌ها از اوج خود در سال ۱۹۸۶ (۷۰٬۳۰۰) به حدود ۱۲٬۷۰۰ در سال ۲۰۲۲ رسید. دو ابرقدرت هسته‌ای جهان، یعنی ایالات متحده و روسیه هرکدام به‌ترتیب کمی بیش از ۵۳۰۰ و نزدیک به ۶۰۰۰ سلاح هسته‌ای دراختیار دارند. البته تعداد سلاح‌های هسته‌ای استراتژیک مستقرشده‌ی آمریکا با ۱۶۴۴ از روسیه با ۱۵۸۸ کمی بیشتر است.

خبر بد این است که کاهش ذخایر کلاهک‌های هسته‌ای عمدتا نتیجه‌ی تلاش‌های انجام‌شده در دهه‌ی ۱۹۹۰ است. درحالی‌که اکنون هرچند ایالات متحده به کاهش آهسته‌ی ذخایر هسته‌ای خود ادامه می‌دهد، تصور می‌شود که کشورهای دیگر از جمله چین، هند، کره شمالی، پاکستان، بریتانیا و احتمالا روسیه، درحال افزایش ذخایرشان هستند.

هرچند چنین تسلیحاتی ممکن است دشمن را از اقدامات تهاجمی که به واکنش هسته‌ای منجر می‌شود، بازدارند، کارشناسان استراتژی هسته‌ای نگران‌اند که دشمنان احتمالا اول تصمیم به حمله بگیرند تا به‌وسیله‌ی یک حمله‌ی پیشگیرانه، از خطر نابودی سلاح‌هایشان جلوگیری کنند. از دیگر پیشرفت‌های بالقوه بی‌ثبات‌کننده می‌توان به موشک‌های مافوق‌صوت که سریع‌تر و مانورپذیرتر از موشک‌های معمولی هستند، اشاره کرد. این موشک‌ها می‌توانند پاسخگویی به حمله را برای دشمن دشوار کنند و درنتیجه خطر حمله‌ی اول را برای کشور مقابل افزایش می‌دهند.

یکی دیگر از نگرانی‌های آتی، رشد انگیزه‌های تهاجمی رهبران جهان در دورانی است که هنجارها تضعیف شده‌اند. به‌عنوان مثال، ولادیمیر پوتین، رهبر روسیه در تلاش برای انصراف کشورهای دیگر از مداخله در جنگ اوکراین در سال ۲۰۲۲، تهدید کرد که ورود بازیگران دیگر به صحنه‌ی نبرد عواقبی خواهد داشت که جهان هرگز در تاریخ خود شاهد نبوده است. این تهدید احتمالا به استفاده‌ی احتمالی روسیه از سلاح‌های هسته‌ای اشاره داشت. باید امیدوار باشیم که جهان هرگز با چنین رویداد ویرانگری مواجه نشود.