اتم در زبان یونانى به معنى تقسیم ناپذیر است. این ایده، زاده تفکر دموکریتوس فیلسوف یونانى در ۲۳۰۰ سال پیش است. براى او این تصور محال بود که اجسام مادى بتوانند بى حد و حصر تقسیم شوند. اما «جان دالتون» شیمیدان بود که نخستین نظریه اتمى نوین را ارائه کرد. دالتون که کارش پژوهش در مورد هواشناسى بود، به ترکیب گازها علاقه مند شد و خیلى زود ایده تشکیل گازها از واحدهاى کوچک غیرقابل تقسیم در ذهنش شکل گرفت. او این نظریه را در سال ۱۸۰۸ تحت عنوان «سیستم جدید فلسفه شیمى» منتشر کرد. تا دهه پایانى قرن نوزدهم دو جنبه اساسى فیزیک کلاسیک یعنى مکانیک کلاسیک و الکترومغناطیس به خوبى شناخته شده بود و دانشمندان گمان مى کردند که طبیعت براساس دو نیروى گرانشى و الکترومغناطیسى ساخته شده است. درست در همین زمان بود که پدیده هایى مشاهده شد که طى دهه هاى ابتدایى قرن بیستم منجر به بزرگترین انقلاب هاى تاریخ علم یعنى نسبیت عام و مکانیک کوانتومى شدند.
•رادیواکتیویته
در سال ۱۸۹۶ آنتوان هانرى بکرل (Becquerel) فیزیکدان فرانسوى که از کشف اشعه X به وسیله رونتگن مطلع شده بود، به دنبال یک رشته آزمایش روى سنگ معدنى به نام اورانیل، فعالیت هاى پرتوافشانى خود به خودى خاصى را کشف کرد و آن را «رادیواکتیویته» نام گذاشت. پس از او مارى و پى یر کورى هم دو عنصر رادیوم و پولونیوم را کشف کردند که خاصیت رادیواکتیویته بسیار بیشترى داشتند. اما بیشتر پژوهش ها روى رادیواکتیویته به وسیله لرد رادرفورد انجام شد. او کشف کرد که خاصیت رادیواکتیویته ناشى از پراکنش سه نوع اشعه است:
۱- اشعه آلفا که توسط یک برگ کاغذ متوقف مى شود. بار آن مثبت است و در حقیقت همان یون هاى هلیوم دو بار مثبت یا هسته اتم هلیوم است.
۲- اشعه بتا که از ورقه چند میلى مترى آلومینیوم رد مى شود. بار آن منفى است. ماهیت این اشعه الکترون هاى پرانرژى است.
۳- اشعه گاما که از صفحات سربى به ضخامت ده ها سانتى متر هم عبور مى کند، از لحاظ الکتریکى خنثى است. این اشعه فوتون هاى پرانرژى با طول موج بسیار کوتاه است.
دانشمندان با توجه به مجموعه آزمایش هاى رادرفورد به این نتیجه رسیدند که اتم ها برخلاف نامشان از اجزاى کوچکترى هم تشکیل شده اند.
• هسته
افتخار کشف هسته اتم نیز از آن رادرفورد است. او با کمک دو دانشجویش به نام گایگر و مارسدن با انجام آزمایشى که «پراکندگى» نام دارد، به وجود هسته پى برد. رادرفورد فکر مى کرد که اتم ها مثل مدل کیک کشمشى تامسون از تعدادى الکترون تشکیل شده اند که در یک فضاى پیوسته با بار مثبت قرار دارند. به همین دلیل ذرات آلفا را به سمت ورقه نازکى از طلا پرتاب کرد. اما پراکندگى این ذرات از هسته طلا نشان داد که بارهاى مثبت در ناحیه بسیار کوچکى در وسط اتم متمرکز شده اند. شعاع اتم حدود یک آنگسترم (۱۰-۱۰ متر) است ولى اندازه هسته حدود ۱۰ فرمى (۱۴ -۱۰ متر) است.
• نیمه عمر
پس از اینکه رادرفورد ماهیت تشعشع رادیواکتیو را کشف کرد، دانشمندان پى بردند که رادیواکتیویته به علت تلاشى خودبه خود هسته هاى سنگین و تبدیل آنها به هسته هاى سبک تر است. در حین این تبدیل، ذرات آلفا، بتا و گاما ساطع مى شود. در حقیقت پس از خارج شدن این ذرات از هسته، ماهیت آن تغییر مى کند. تعداد هسته هایى که در هر لحظه متلاشى مى شوند با تعداد هسته ها در آن لحظه نسبت مستقیم دارد. زمانى را که نیمى از هسته هاى ماده ابتدایى متلاشى مى شوند، نیمه عمر ماده مى گویند. یعنى اگر در ابتدا یک گرم ماده رادیواکتیو داشته باشیم، پس از یک نیمه عمر نصف و پس از دو نیمه عمر، یک چهارم و پس از سه نیمه عمر، یک هشتم مقدار اولیه را خواهیم داشت. نیمه عمر مواد مختلف متفاوت است و از چند میلیاردیوم ثانیه تا چندین میلیارد سال تغییر مى کند. معمولاً هرچه نیمه عمر بیشتر باشد، انرژى ساطع شده از تلاشى رادیواکتیویته کمتر است. نیمه عمر اورانیوم ۵/۴ میلیارد سال است. نیمه عمر رادیوم ۱۵۹۰ سال و نیم عمر راکتانیوم کمتر از ۱۰ هزارم ثانیه است.
• درون هسته
مدل اتمى رادرفورد بیانگر این مطلب بود که هسته در وسط اتم داراى بار مثبت است و الکترون ها با بار منفى در اطراف آن قرار دارند. مدل اتمى بور هم مدل رادرفورد را کامل کرد و سازوکار منظمى را براى استقرار الکترون ها در اطراف هسته تدوین کرد. اما تفسیر و توجیه رادیواکتیویته تردیدى به جاى نمى گذارد که هسته ها خود مجموعه مکانیکى پیچیده اى هستند که از اجراى سازنده متفاوتى تشکیل شده اند. این واقعیت که وزن اتمى ایزوتوپ هاى اتم هاى مختلف (بعضى از اتم ها درحالى که جرم اندکى متفاوت با هم دارند، خواص شیمیایى کاملاً یکسانى دارند، به این اتم ها ایزوتوپ مى گویند.) با اعداد صحیح (یا لااقل بسیار نزدیک به عدد صحیح) بیان مى شوند، نشان مى دهد که پروتون ها (حاملان بار مثبت) باید نقش یکى از اجزاى اصلى سازنده هسته را داشته باشند. ابتدا فرض مى کردند که درون هر هسته علاوه بر پروتون، الکترون هم هست. یعنى مثلاً کربن که جرم ۱۲ و بار ۶+ دارد، درون هسته خود ۱۲ پروتون و ۶ الکترون دارد و علاوه بر آن در بیرون هسته هم ۶ الکترون به دور آن مى چرخند اما این راه حل از لحاظ نظرى مشکلات عدیده اى را به همراه داشت. اما رادرفورد و بور پیشنهاد کردند که علاوه بر پروتون ذره دیگرى هم جرم آن ولى بدون بار درون هسته است. آنها نام نوترون را براى آن انتخاب کردند و این ذره در سال ۱۹۳۲ توسط چادویک کشف شد.
• اسپین
اتم ها در اثر گرفتن انرژى، تابش مى کنند. این تابش ناشى از این است که الکترون هاى اطراف هسته، انرژى مى گیرند و بعد این انرژى را به صورت یک فوتون با طول موج معین بازمى تابانند. اما خود این طیف در مجاورت میدان الکترومغناطیسى، به چند طول موج جدا از هم تفکیک مى شود. علت این است که الکترون ها در اتم، اندازه حرکت زاویه اى هم دارند. اشترن و گرلاخ نشان دادند که الکترون ها علاوه بر این اندازه حرکت زاویه اى، خاصیت دیگرى هم دارند که فقط در حضور میدان مغناطیسى آن را بروز مى دهند. به دلیل شباهت این خاصیت به اندازه حرکت زاویه اى، نام آن را «اندازه حرکت زاویه اى ذاتى» یا اسپین نهادند. بعدها ثابت شد که علاوه بر الکترون، باقى ذرات بنیادى هم اسپین دارند. مهمترین ویژگى اسپین این است که یک خاصیت کاملاً کوانتومى است و مشابه کلاسیک ندارد. ذراتى که اسپین نیم صحیح دارند (یک دوم، سه دوم، ...) فرمیون مى نامند، مثل الکترون، پروتون، نوترون و... این ذرات تشکیل دهنده ماده هستند. در مقابل ذراتى که اسپین صحیح دارند(صفر، ۱ ، ۲ و...) بوزون گفته مى شوند، مثل فوتون، مزون، گلوتون و... این ذرات حامل نیروها هستند.
• ایزواسپین و نیروى هسته اى
هنگامى که نوترون توسط چادویک کشف شد، این واقعیت مسلم شد که علاوه بر نیروى گرانش و الکترومغناطیسى، حداقل یک نیروى دیگر در طبیعت وجود دارد و این نیرو است که عامل پیوند نوکلئون ها (پروتون ها و نوترون ها) درون هسته است. زیرا در صورت عدم وجود این نیرو، در اثر دافعه شدید بارهاى مثبت پروتون ها بر هم، هسته از هم مى پاشد. از این مثال برمى آید که اولاً این نیرو باید جاذبه اى باشد تا در مقابل دافعه پروتون ها بایستد و ثانیاً برد آن باید خیلى کوتاه باشد و از ابعاد هسته بیشتر نباشد. زیرا نیروى الکترومغناطیسى (در مدل بوهر) آرایش الکترون ها در مدارهاى اتمى را به خوبى توضیح مى داد. اما واقعیت مهم و جالب تر این است که باید براى این نیرو، پروتون و نوترون به یک شکل دیده شوند و فارغ از اختلاف بار الکتریکى این دو ذره یک شکل باشند. هایزنبرگ با استفاده از این واقعیت و با ایده گرفتن از نظریه اسپین، مفهوم ریاضى جدیدى به نام «ایزوتوپ اسپین» یا ایزواسپین را معرفى کرد. او پیشنهاد کرد که همان طور که در حضور میدان الکتریکى خطوط طیفى یکى هستند و با ظهور میدان مغناطیسى به چند خط دیگر شکافته مى شوند، نوکلئون ها (پروتون و نوترون) هم در حقیقت در مقابل نیروى هسته اى یک ذره هستند اما هنگام ظهور نیروهاى الکترومغناطیسى به دو ذره با ایزواسپین متفاوت تبدیل مى شوند.
•نیروى هسته اى قوى
یوکاوا فیزیکدان ژاپنى در سال ۱۹۳۵ براى توضیح نیروى هسته اى گفت: این نیرو باید در اثر مبادله ذره اى به نام پیون (مزون پى) بین نوکلئون ها به وجود بیاید. چون این ذره نسبتاً سنگین است، اصل عدم قطعیت هایزنبرگ ایجاب مى کند که برد این نیرو کوتاه باشد، به این ترتیب ایده مبادله ذره، توانست تمام ویژگى هاى نیروى هسته اى را توضیح بدهد. پیون ها هم مثل نوکلئون ها براى نیروى هسته اى یک ذره به شمار مى روند اما ایزواسپین آنها یک است یعنى در مقابل نیروى الکترومغناطیسى ۳ حالت پیون با بار مثبت و با بار منفى و خنثى را دارند. یک پروتون، با از دست دادن یک پیون مثبت به نوترون تبدیل مى شود و این پیون مثبت خود یک نوترون دیگر را به پروتون تبدیل مى کند. دوتا نوترون یا دوتا پروتون هم مى توانند با هم پیون خنثى (صفر) مبادله کنند. یک نوترون هم با از دست دادن یک پیون منفى به پروتون تبدیل مى شود و این پیون منفى با یک پروتون دیگر، یک نوترون تولید مى کند. به این ترتیب با مبادله این ذرات، نوکلئون ها در هسته پایدار مى مانند.
• نیروى هسته اى ضعیف
یکى از ویژگى هاى بارز نوترون نیم عمر آن است. نوترون در حالت آزاد پس از ۱۸ دقیقه متلاشى و به یک پروتون و یک الکترون تبدیل مى شود. این مدت بسیار طولانى تر از تمام پدیده هایى است که با نیروى قوى سروکار دارد. نیرو هاى الکترومغناطیسى هم بر نوترون بدون بار عمل نمى کنند. پس واضح است که تلاشى نوترون، ناشى از یک نیروى جدید در طبیعت است. به علت ضعیف بودن این نیرو نسبت به نیروى هسته اى آن را نیروى هسته اى ضعیف نام گذاشتند. تلاشى هسته که نتیجه آن تولید پرتو بتا است هم ریشه در این نیرو دارد.
• شکافت
فرمى در فاصله کمى بعد از کشف نوترون در سال ۱۹۳۲ بررسى هسته اتم هاى سنگین بمباران شده به وسیله نوترون را آغاز کرد و از انجام این آزمایش ها با اورانیوم نتایج عجیبى به دست آمد. اتوهان و اشتراسمن در سال ۱۹۳۹ این معضل را حل کردند.
آنها کشف کردند وقتى که اورانیوم با نوترون بمباران مى شود، هسته هایى مثل باریو تولید مى شوند که عدد اتمى آنها خیلى کوچک تر از عدد اتمى اورانیوم است. لیز میتنر فیزیکدان آلمانى که در سوئد زندگى مى کرد، این پدیده را به دقت بررسى کرد و نام شکافت را براى آن انتخاب کرد. بور و ویلر با ارائه مقاله اى فهم نظرى شکافت را به طور کامل ممکن کردند و پس از ارائه مقاله آنها کلیه پژوهش هاى علمى در مورد شکافت هسته اى تا به امروز جزء اسناد فوق العاده سرى، طبقه بندى مى شود.
• گداخت
هسته هاى خیلى سبک مثل هیدروژن یا هلیوم انرژى بستگى کمترى نسبت به هسته هاى سنگین دارند. اگر دو هسته سبک در هم ادغام شوند، هسته سنگین ترى را به وجود مى آورند و مقدار زیادى انرژى به صورت انرژى جنبشى آزاد مى شود. براى انجام گداخت باید هسته ها را بسیار به هم نزدیک کرد. دافعه الکترواستاتیکى مانع بزرگى براى این فرآیند است. این واکنش با افزایش انرژى جنبشى هسته هاى اولیه انجام مى شود. دسترسى به چنین انرژى هایى در شتاب دهنده ها آسان است اما براى اینکه این واکنش خودنگهدار باشد، به دمایى حدود ۱۰۸ کلوین نیاز است. (دماى سطح خورشید شش هزار کلوین است.) چنین وضعیتى تنها در حالت پلاسمایى ماده پیش مى آید که در آن هسته ها و الکترون ها از هم جدا هستند. پژوهش ها به روى گداخت هسته اى همچنان ادامه دارد و قرار است در رآکتور Iter در فرانسه براى نخستین بار چنین فرآیند خود نگهدارى اى ایجاد شود. اما شاید رسیدن به این هدف چند دهه طول بکشد.
نگاهى به آمار تولید سلاح هاى هسته اى در کشورهاى مختلف
جهان همچون یک زرادخانه
سلاح هاى هسته اى، پس از گذشت سال ها از اختراعشان همچنان به عنوان قوى ترین نیروى موجود باقى ماندند. این سلا ح ها را مى توان با استفاده از پلوتونیوم یا اورانیوم غنى شده (بالاى ۲۰ درصد از U238) تهیه کرد. اغلب سلاح هاى هسته اى با تلفیق شکافت و همجوشى عمل مى کنند، یعنى واکنش هسته اى اولیه که در هسته اى از جنس اورانیوم یا پلوتونیوم انجام مى شود واکنش همجوشى عنصرهاى سبک تر را آغاز مى کند. اولین سلاح هاى هسته اى به وسیله ایالات متحده آمریکا ساخته شد که قدرت تخریبى آن معادل ۱۰ تا ۲۰ کیلوتن TNT بود، در حالى که اغلب سلاح هاى هسته اى پیشرفته امروزى قدرت تخریبى بین ۱۰۰ تا ۵۰۰ کیلو تن دارند. طبق برآوردها در مجموع ۲۷۶۰۰ سلاح هسته اى در سراسر جهان وجود دارد.
آمریکا: این کشور حداقل ده هزار سلاح هسته اى دارد اما تصمیم دارد تا سال ۲۰۱۲ این تعداد را به نصف کاهش دهد. آمریکا آخرین مورد از ۱۰۳۰ آزمایش هسته اى خود را در ۲۳ سپتامبر ۱۹۹۲ انجام داد. دولت آمریکا در نظر دارد در مورد طرح هاى سلاح هاى هسته اى پیشرفته تر پژوهش هایى انجام دهد، هر چند که چنین سلاح هایى هم اکنون تولید نمى شود. آمریکا پیمان جامع منع آزمایش سلاح هاى هسته اى (CTBT) را امضا کرده است، اما به مرحله اجرا درنیاورده است. عمده سلاح هاى هسته اى این کشور در زیردریایى هاى Trdent نصب شده است، باقى سلاح ها نیز روى موشک هاى بالستیک قاره پیما یا بمب افکن هاى B-52 و B-2 نصب شده است.
روسیه: این کشور بیش از ۱۶ هزار سلاح هسته اى کامل دارد. اتحاد شوروى سابق بین ۱۹۴۹ و ۱۹۹۰ ، ۷۱۵ بار سلاح هاى هسته اى را آزمایش کرد. روسیه مجتمع هاى هسته اى عظیمى دارد که از جمله آنها مى توان به ده شهرک سرى هسته اى سابق اشاره کرد که داراى صدها تن از مواد هسته اى است که در شرایط امنیتى ناکافى نگهدارى مى شود. روسیه از مقدار تجهیزات و سلاح هاى هسته اى خود به شدت کاسته است و بسیارى از سیستم هاى قدیمى این کشور به پایان دوره خدمت رسانى خود نزدیک مى شوند. این کشور CTBT را امضا کرده و به مرحله اجرا گذاشته است. روسیه به تلاش هاى خود براى گسترش تجهیزات هسته اى «ورود مجدد» - این گونه سلاح ها از برترین نوع موشک هاى دوربرد هستند که سلاح هسته اى را به اهداف خود مى رسانند _ ادامه مى دهد. این تجهیزات ورود مجدد به گونه اى طراحى مى شوند که در آخرین مرحله پرواز مانورهایى انجام دهند و مانع تلاش ایالات متحده براى گسترش دفاع موثر در مقابل موشک هاى بالستیک شود.
چین: این کشور ۴۰۰ سلاح هسته اى و انواع مختلفى از سکوهاى پرتاب دارد (به طور عمده موشک هاى کوتاه برد و میان برد) و به طور آهسته اما استوارى تلاش هایى را براى نوسازى این سلاح ها انجام مى دهد. این کشور بین سال هاى ۱۹۶۴ و ۱۹۹۶ ، ۴۵ بار آزمایش سلاح هسته اى انجام داد. چین CTBT را امضا کرد، اما هنوز اجرا نکرده است. این کشور به تلاش هاى خود براى توسعه موشک هاى دوربرد قابل اطمینان ادامه مى دهد و گمان مى رود در جست وجوى سیستم هایى است که آسیب پذیرى کمترى نسبت به حمله پیشگامانه سایر قدرت هاى هسته اى داشته باشد. شواهد قاطعى مبنى بر آنکه چین درصدد دستیابى به انواع جدید سلاح است وجود ندارد، اما این کشور هیچ محدودیتى را هم براى دانشمندان خود براى توقف فعالیت هایشان قائل نشده است.
فرانسه: این کشور حدود ۳۵۰ سلاح هسته اى را روى ۸۴ هواپیماى حامل سلاح هسته اى و چهار زیردریایى نصب کرده است. از این چهار زیردریایى، سه تا مى توانند هر کدام ۱۶ موشک را حمل کنند. این کشور حدود ۶۰ سلاح هسته اى دارد که روى هواپیما نصب مى شود. فرانسه بین سال هاى ۱۹۶۰ تا ۱۹۹۶ ، ۲۱۰ بار سلاح هسته اى را آزمایش کرده است. این کشور بین ۱۹۶۰ تا ۱۹۹۲ حدود ۱۱۱۰ سلاح هسته اى تولید کرد. این کشور CTBT را امضا کرده و به اجرا گذاشته است. فرانسه در نظر دارد سیستم هاى موشکى حامل سلاح هسته اى را که پیشرفته ترند جانشین موشک هاى بالستیک نصب شده در زیر دریایى ها کند، که لازمه این کار آن است موشک هاى جدید را به سلاح هاى هسته اى موجود مجهز کند. هیچ تلاشى براى توسعه سلاح هاى هسته اى جدید در این کشور مشاهده نشده است.
انگلستان: هم اکنون این کشور چهار زیردریایى حامل موشک بالستیک مجهز به سلاح هسته اى دارد. هر کدام از این زیردریایى ها را مى توان با ۱۶ موشک TridentII و در مجموع به ۴۸ سلاح هسته اى مجهز کرد. این کشور بین سال هاى ۱۹۵۲ و ۱۹۹۲ حدود ۸۳۴ سلاح هسته اى تولید کرد. انگلستان تاکنون ۴۴ بار سلاح هاى هسته اى را امتحان کرده است که اولین آنها در ۳۰ اکتبر ۱۹۵۲ و آخرى آنها در ۲۶ نوامبر ۱۹۹۱ بوده است. این کشور CTBT را امضا و اجرا کرده است. انگلستان به تجهیزات آزمایش هسته اى آمریکا وابسته است و قادر به آزمایش یا تایید تجهیزات هیچ گونه سلاحى نیست، مگر آنکه آمریکا آزمایش سلاح هاى خود را از سر بگیرد.
اسرائیل: گمان مى رود این کشور مقدار کافى مواد هسته اى براى تولید ۱۰۰ تا ۱۷۰ سلاح هسته اى را در اختیار داشته باشد. اسرائیل تاکنون به داشتن سلاح هسته اى اقرار نکرده است اما هیچ شک و شبهه اى وجود ندارد که این کشور داراى سلاح هسته اى است. تعداد دقیق سلاح هاى هسته اى اسرائیل مشخص نیست، اما به احتمال زیاد تعداد آن به آنچه که تخمین مى زنند بسیار نزدیک است. احتمالاً اسرائیل در مجموع ۵۳۰ تا ۶۸۴ کیلوگرم پلوتونیوم قابل استفاده در سلاح هسته اى را از زمان آغاز به کار رآکتور تحقیقاتى دیمونا در سال ۱۹۶۴ تولید کرده است. اسرائیل توانست با جداسازى پلوتونیوم میله سوخت رآکتور در پایان سال ۱۹۶۶ یا ۱۹۶۷ اولین سلاح هسته اى خود را بسازد و به این ترتیب ششمین کشورى بود که موفق به انجام چنین کارى شد. این کشور مى تواند سلاح هاى هسته اى را به وسیله هواپیما، موشک هاى بالستیک، کشتى و موشک هاى کروزى که از زیردریایى پرتاب مى شود، حمل کند. اسرائیل به احتمال بسیار در جست وجوى طرح هاى پیشرفته تر سلاح هاى هسته اى است اما جزئیات فعالیت آنان آشکار نشده است.
هند: این کشور امکان انتقال و توزیع تعداد کمى از سلاح هاى هسته اى را در چند روز یا چند هفته دارد و به نظر مى رسد هواپیماهاى جنگنده بمب افکن آن محتمل ترین وسیله حمل این سلاح ها باشند. هند احتمالاً آن قدر پلوتونیوم قابل استفاده در سلاح هسته اى دارد که بتواند با آنها ۷۵ تا ۱۱۰ سلاح تهیه کند، با این همه از تعداد واقعى سلاح هاى تولید شده در این کشور اطلاعاتى در دست نیست. این کشور در سال ۱۹۷۴ یک سلاح هسته اى را آزمایش کرد و پنج آزمایش دیگر را در مه ۱۹۹۸ انجام داد. از آن زمان تاکنون روند برنامه هاى تسلیحاتى هند متعادل تر شده است. این کشور به تولید مواد هسته اى براى استفاده در سلاح ادامه مى دهد، اما تاکنون رسماً اعلام نکرده است که چند سلاح تولید کرده یا تصمیم به تولید چه تعداد سلاح دارد. هند عضو پیمان عدم گسترش سلاح هسته اى (NPT) نیست و CTBT را نیز امضا نکرده است. به احتمال بسیار دانشمندان هندى در جست وجوى طرح هاى پیشرفته ترى براى سلاح هاى هسته اى اند و به محض آنکه مجوز را دریافت کنند، مى توانند این سلاح ها را امتحان کنند.
پاکستان: این کشور از امکانات لازم براى حمل و توزیع تعداد کمى سلاح هسته اى در چند روز یا چند هفته برخوردار است. پاکستان مى تواند تا پایان سال ۲۰۰۵ مقدار کافى اورانیوم قابل استفاده در سلاح هسته اى را تولید کند که مى تواند از آنها ۵۰ تا ۱۱۰ سلاح هسته اى بسازد. طبق گزارش هاى رسیده، سلاح هاى هسته اى این کشور در بخش هاى مختلف نگهدارى مى شود و بخش مرکزى شکافت پذیر این بمب ها جدا از سایر مواد منفجره غیرهسته اى نگهدارى مى شود. هر چند که مکان دقیق نگهدارى این تجهیزات عموماً ناشناخته است. پاکستان هم مثل هند، از امضاى NPT خوددارى کرده است. با این همه این کشور CTBT را امضا کرده است، اما از اجراى آن خوددارى مى کند. به احتمال بسیار دانشمندان پاکستانى سرگرم یافتن طرح هاى پیشرفته ترى هستند و به محض آنکه مجوز آزمایش این سلاح ها را به دست آورند، سریعاً به امتحان این سلاح ها مى پردازند.
کره شمالى: این کشور برنامه پیشرفته اى براى تولید سلاح هاى هسته اى دارد و به احتمال زیاد پیش از این توانسته است مقدار کافى پلوتونیوم را براى ساخت ۹ سلاح هسته اى تولید کند. معلوم نیست که این کشور چه تعداد از این سلاح ها را ساخته است. سازمان هاى جاسوسى آمریکا مى گویند: «کره شمالى در اواسط دهه ۱۹۹۰ یک یا احتمالاً دو سلاح هسته اى تولید کرده است.»
اما شاید این حدس و گمان بر اظهارات این کشور در مورد قصد یا امکانات آنها باشد و این احتمال هم وجود دارد که هیچ شاهد مستقیمى در این باره وجود نداشته باشد. اطلاعات بسیار کمى از فعالیت هاى هسته اى کره شمالى وجود دارد، اما به احتمال زیاد این سلاح ها ساده و از نسل اول طرح سلاح هسته اى اند. از توانایى کره شمالى براى دستیابى به طرح هاى پیشرفته تر اطلاعى در دست نیست، با این همه بسیار محتمل است که این کشور در این مورد سرگرم پژوهش است.
چرخه سوخت هسته اى چیست؟
اورانیومى که از زمین استخراج مى شود، بلافاصله قابل استفاده در نیروگاه هاى تولید انرژى نیست. براى آنکه بتوان بیشترین بازده را از اورانیوم به دست آورد، فرآیندهاى مختلفى روى سنگ معدن اورانیوم صورت مى گیرد تا غلظت ایزوتوپ U235 که قابل شکافت است، افزایش یابد. چرخه سوخت اورانیوم نسبت به سوخت هاى رایج دیگر، از جمله زغال سنگ، نفت و گاز طبیعى به مراتب پیچیده تر و متمایزتر است. چرخه سوخت اورانیوم را چرخه سوخت هسته اى نیز مى گویند. چرخه سوخت هسته اى از دو بخش انتهاى جلویى و انتهاى عقبى Front end) و (Back end تشکیل شده است. انتهاى جلویى چرخه، مراحلى است که منجر به آماده سازى اورانیوم به عنوان سوخت رآکتور هسته اى مى شود و شامل استخراج از معدن، آسیاب کردن، تبدیل، غنى سازى و تولید سوخت است. هنگامى که اورانیوم به عنوان سوخت مصرف شد و انرژى از آن به دست آمد، انتهاى عقبى چرخه آغاز مى شود تا ضایعات هسته اى به انسان و محیط زیست آسیبى نرسانند. این بخش عقبى شامل انباردارى موقتى، بازفرآورى کردن و انبار نهایى است.
• اکتشاف و استخراج
ذخایر طبیعى اورانیوم، سنگ معدن اورانیوم است که بر اساس مقدار قابل استحصال از معدن محاسبه مى شود. با تکنیک ها و روش هاى زمین شناسى، معدن اورانیوم شناسایى مى شود و نمونه هایى از سنگ معدن به آزمایشگاه فرستاده مى شود. در آنجا، محلولى از سنگ معدن تهیه مى کنند و اورانیوم ته نشین شده را مورد بررسى قرار مى دهند تا بفهمند چه مقدار اورانیوم را مى توان از آن معدن استخراج کرد و چقدر هزینه مى برد. اورانیوم موجود در طبیعت معمولاً از دو ایزوتوپ U235 و U238 تشکیل مى شود که فراوانى آنها به ترتیب ۷۱/۰ درصد و ۲۸/۹۹ درصد است. هنگامى که معدن شناسایى شد، به سه روش مى توان اورانیوم را استخراج کرد. استخراج از سطح زمین، استخراج از معادن زیرزمینى و تصفیه در معدن. دو روش نخست همانند دیگر روش هاى استخراج فلزات هستند ولى در روش سوم که در ایالات متحده استفاده مى شود، سنگ معدن در خود معدن تصفیه مى شود و اورانیوم به دست مى آید. سنگ معدن اورانیوم معمولاً از اکسید اورانیوم (U3O8) تشکیل شده است و غلظت آن در سنگ معدن بین ۰۵/۰ تا ۳/۰ درصد تغییر مى کند. البته این تنها منبع اورانیوم نیست. اورانیوم در برخى معادن فسفات با منشاء دریایى نیز وجود دارد که البته فراوانى بسیار کمى دارد، به طورى که حداکثر به ۲۰۰ ذره در یک میلیون ذره مى رسد. از آنجایى که این معادن فسفات مقادیر انبوهى تولید دارند، مى توان اورانیوم را با قیمت معقولى استحصال کرد.
• آسیاب کردن
پس از استخراج سنگ معدن، تکه سنگ ها به آسیاب فرستاده مى شود تا خوب خرد شده، خرده سنگ هایى با ابعاد یکسان تولید شود. اورانیوم توسط اسید سولفوریک از دیگر اتم ها جدا مى شود، محلول غنى شده از اورانیوم تصفیه و خشک مى شود. محصول به دست آمده، کنسانتره جامد اورانیوم است که کیک زرد نامیده مى شود.
• تبدیل
کیک زرد جامد است، ولى مرحله بعد (غنى سازى) از تکنولوژى بخصوصى بهره مى برد که نیازمند حالت گازى است. بنابراین کنسانتره اکسید اورانیوم جامد طى فرآیندى شیمیایى به هگزافلوراید اورانیوم (UF6) تبدیل مى شود. UF6 در دماى اتاق جامد است، ولى در دمایى نه چندان بالا به گاز تبدیل مى شود.
• غنى سازى
براى ادامه یک واکنش زنجیره اى هسته اى در قلب یک رآکتور آب سبک، غلظت طبیعى اورانیوم ۲۳۵ بسیار اندک است. براى آنکه UF6 به دست آمده در مرحله تبدیل، به عنوان سوخت هسته اى مورد استفاده قرار گیرد، باید ایزوتوپ قابل شکافت آن را غنى کرد. البته سطح غنى سازى بسته به کاربرد سوخت هسته اى متفاوت است. براى یک رآکتور آب سبک، سوختى با ۵ درصد اورانیوم ۲۳۵ مورد نیاز است، درحالى که در یک بمب اتمى، سوخت هسته اى باید حداقل ۹۰ درصد غنى شده باشد. غنى سازى با استفاده از یک یا چند روش جداسازى ایزوتوپ هاى سنگین و سبک صورت مى گیرد. در حال حاضر، دو روش رایج براى غنى سازى اورانیوم وجود دارد که عبارتند از انتشار گاز و سانتریفوژ گاز. در روش انتشار گازى (دیفیوژن)، گاز طبیعى UF6 با فشار بالا از یک سرى سدهاى انتشارى عبور مى کند. این سد ها که غشاهاى نیمه تراوا هستند، اتم هاى سبک تر را با سرعت بیشترى عبور مى دهند. در نتیجه ۲۳۵UF6 سریع تر از ۲۳۸UF6 عبور مى کند. با تکرار این فرآیند در مراحل مختلف، گازى نهایى به دست مى آید که غلظت U235 بیشترى دارد. مهم ترین عیب این روش این است که جداسازى ایزوتوپ هاى سبک در هر مرحله نرخ نسبتاً پایینى دارد، لذا براى رسیدن به سطح غنى سازى مطلوب باید این فرآیند را به دفعات زیادى تکرار کرد که این خود نیازمند امکانات زیاد و مصرف بالاى انرژى الکتریکى است و بالتبع هزینه عملیات نیز بسیار افزایش خواهد یافت. در روش سانتریفوژ گاز، گاز UF6 را به مخزن هایى استوانه اى تزریق مى کنند و گاز را با سرعت بسیار زیادى مى چرخانند. نیروى گریز از مرکز موجب مى شود ۲۳۵Uf6 که اندکى از ۲۳۸UF6 سبک تر است، از مولکول سنگین تر جدا شود. این فرآیند در مجموعه اى از مخزن ها صورت مى گیرد و در نهایت، اورانیوم با سطحى غنى شده مطلوب به دست مى آید. هر چند روش سانتریفوژ گازى نیازمند تجهیزات گرانقیمتى است، هزینه انرژى آن نسبت به روش قبلى کمتر است. امروزه فناورى هاى غنى سازى جدیدى نیز توسعه یافته است که همگى بر پایه استفاده از لیزر پیشرفت کرده اند. این روش ها که روش جداسازى ایزوتوپ با لیزر بخار اتمى (AVLIS) و جداسازى ایزوتوپ با لیزر مولکولى (MLIS) نام دارند، مى توانند مواد خام بیشترى را در هر مرحله غنى کنند و سطح غنى سازى آنها نیز بالاتر است.