Boosted fission weapon
ایک بڑھا ہوا فشن ہتھیار عام طور پر ایک قسم کے جوہری بم سے مراد ہے جو شرح کو بڑھانے کے لیے فیوژن ایندھن کی تھوڑی مقدار کا استعمال کرتا ہے، اور اس طرح فشن رد عمل کا نتیجہ نکلتا ہے۔ فیوژن رد عمل سے خارج ہونے والے نیوٹرون فشن کی وجہ سے خارج ہونے والے نیوٹرانوں میں اضافہ کرتے ہیں، جس سے نیوٹرون سے پیدا ہونے والے مزید فشن رد عمل ہوتے ہیں۔ اس طرح فشن کی شرح میں اس طرح اضافہ ہوتا ہے کہ بنیادی دھماکہ خیز طور پر جدا ہونے سے پہلے بہت زیادہ فسل مواد فشن سے گزرنے کے قابل ہوتا ہے۔ فیوژن کا عمل خود اس عمل میں صرف تھوڑی مقدار میں توانائی کا اضافہ کرتا ہے، شاید 1 فیصد۔ متبادل معنی ایک متروک قسم کا سنگل اسٹیج نیوکلیئر بم ہے جو تیز رفتار نیوٹرون بنانے کے لیے بڑے پیمانے پر تھرمونیوکلیئر فیوژن کا استعمال کرتا ہے جو ختم شدہ یورینیم میں فشن کا سبب بن سکتا ہے، لیکن جو دو مراحل والا ہائیڈروجن بم نہیں ہے۔ اس قسم کے بم کو ایڈورڈ ٹیلر نے "الارم کلاک" کہا تھا، اور آندرے سخاروف نے "سلوئیکا" یا "لیئر کیک" کہا تھا (ٹیلر اور سخاروف نے آزادانہ طور پر یہ خیال تیار کیا، جہاں تک جانا جاتا ہے)۔ ترقی بوسٹنگ کا خیال اصل میں 1947 کے آخر اور 1949 کے آخر میں لاس الاموس میں تیار کیا گیا تھا۔ فروغ دینے کا بنیادی فائدہ جوہری ہتھیاروں کو مزید چھوٹا کرنا ہے کیونکہ یہ انتہائی اہم جوہری دھماکے کے لیے درکار کم از کم جمود کے وقت کو کم کرتا ہے جس سے فوری نیوٹرون کی اچانک آمد فراہم ہوتی ہے اس سے پہلے کہ اہم کمیت خود کو اڑا لے۔ اس سے ایلومینیم پشر اور یورینیم سے چھیڑ چھاڑ کی ضرورت ختم ہو جائے گی اور انہیں اور بکھرے ہوئے مواد کو انتہائی نازک حالت میں دھکیلنے کے لیے درکار دھماکہ خیز مواد ختم ہو جائے گا۔ اگرچہ بھاری فیٹ مین کا قطر تھا اور اسے پھٹنے کے لیے 3 ٹن اونچے دھماکہ خیز مواد کی ضرورت ہوتی تھی، تھرمونیوکلیئر سیکنڈری کو بھڑکانے کے لیے ایک چھوٹے جوہری وار ہیڈ (جیسے W88) پر ایک بوسٹڈ فشن پرائمری نصب کیا جا سکتا ہے۔ جدید جوہری ہتھیاروں میں گیس کو بڑھانا ایک فشن بم میں، روایتی دھماکہ خیز مواد سے پیدا ہونے والے یکساں کروی پھٹنے کے ذریعے بکھرے ہوئے ایندھن کو تیزی سے "جمع" کیا جاتا ہے، جس سے ایک انتہائی اہم کمیت پیدا ہوتی ہے۔ اس حالت میں، نیوکلئس کے ٹکڑے ٹکڑے ہونے سے خارج ہونے والے بہت سے نیوٹرون ایندھن کے بڑے پیمانے پر دوسرے نیوکلیوں کے ٹکڑے ٹکڑے کرنے کا باعث بنتے ہیں، اضافی نیوٹرون بھی جاری کرتے ہیں، جس سے سلسلہ وار رد عمل ہوتا ہے۔ یہ رد عمل بم کے خود کو اڑانے سے پہلے زیادہ سے زیادہ 20 فیصد ایندھن استعمال کرتا ہے، یا ممکنہ طور پر بہت کم اگر حالات مثالی نہ ہوں: لٹل بوائے (بندوق کی قسم کا میکانزم) اور فیٹ مین (امپلوژن قسم کا میکانزم) بموں میں بالترتیب 1.38% اور 13 فیصد کی استعداد تھی۔ فیوژن بوسٹنگ ٹریٹیم اور ڈیوٹیریم گیس متعارف کروا کر حاصل کی جاتی ہے۔ ٹھوس لتیم ڈیوٹرائڈ-ٹریٹائڈ بھی کچھ معاملات میں استعمال کیا گیا ہے، لیکن گیس زیادہ لچک کی اجازت دیتی ہے (اور اسے بیرونی طور پر ذخیرہ کیا جا سکتا ہے) اور اسے فشن ایندھن کے دائرے کے مرکز میں ایک کھوکھلی گہا میں، یا بیرونی پرت اور "لیوٹیٹڈ" اندرونی کور کے درمیان کے خلا میں، پھٹنے سے کچھ وقت پہلے انجکشن کیا جا سکتا ہے۔ جب تک فشن فیول کا تقریبا 1 فیصد ٹکڑے ٹکڑے ہو جاتا ہے، درجہ حرارت اتنا بڑھ جاتا ہے کہ تھرمونیوکلیئر فیوژن کا سبب بنتا ہے، جو نسبتا بڑی تعداد میں نیوٹرون پیدا کرتا ہے، سلسلہ وار رد عمل کے آخری مراحل کو تیز کرتا ہے اور اس کی کارکردگی کو تقریبا دگنا کر دیتا ہے۔ ڈیوٹیریم-ٹریٹیئم فیوژن نیوٹرون انتہائی توانا ہوتے ہیں، جو اوسط فشن نیوٹرون سے سات گنا زیادہ توانا ہوتے ہیں، جس کی وجہ سے ان کے بکھرے ہوئے مادے میں پکڑے جانے اور فشن کا باعث بننے کا امکان بہت زیادہ ہوتا ہے۔ یہ کئی وجوہات کی وجہ سے ہوتا ہے: جب یہ توانا نیوٹرون ایک فسل نیوکلئس سے ٹکراتے ہیں، تو فشن کے ذریعے ثانوی نیوٹرانوں کی ایک بہت بڑی تعداد خارج ہوتی ہے (مثال کے طور پر۔ 4. 6 بمقابلہ 2.9 پیو-239 کے لیے)۔ فشن کراس سیکشن مطلق لحاظ سے اور بکھرے ہوئے اور کیپچر کراس سیکشن کے تناسب سے بڑا ہے۔ ان عوامل کو مدنظر رکھتے ہوئے، پلوٹونیم (کثافت 19.8 گرام/سینٹی میٹر 3) میں ڈی-ٹی فیوژن نیوٹرانوں کے لیے زیادہ سے زیادہ الفا ویلیو اوسط فشن نیوٹرون (2.5 بمقابلہ 3) کے مقابلے میں تقریبا 8 گنا زیادہ ہے۔ فیوژن بوسٹنگ کی ممکنہ شراکت کا احساس یہ مشاہدہ کرنے سے حاصل کیا جا سکتا ہے کہ ٹریٹیم کے ایک مول (3 گرام) اور ڈیوٹیریم کے ایک مول (2 گرام) کا مکمل فیوژن نیوٹرون کا ایک مول (1 گرام) پیدا کرے گا، جو اس لمحے کے لیے بچاؤ کے نقصانات اور بکھرنے کو نظر انداز کرتے ہوئے، پلوٹونیم کے ایک مول (239 گرام) کو براہ راست تقسیم کر سکتا ہے، جس سے ثانوی نیوٹرون کے 4.6 مول پیدا ہوتے ہیں، جو بدلے میں پلوٹونیم کے مزید 4.6 مول (1,099 گرام) کو تقسیم کر سکتا ہے۔ پہلی دو نسلوں میں پلوٹونیم کے اس 1,338 گرام کے ٹکڑے ٹکڑے ہونے سے 23 کلوٹن ٹی این ٹی کے مساوی (97 ٹی جے) توانائی خارج ہوگی، اور اس کے نتیجے میں 4.5 کلوگرام پلوٹونیم (ایک عام چھوٹے ٹکڑے ٹکڑے کا محرک) پر مشتمل بم کے لیے 29.7% کارکردگی پیدا ہوگی۔ فیوژن ایندھن کے 5 گرام کے فیوژن سے خارج ہونے والی توانائی پلوٹونیم کے 1,338 گرام کے فشن سے خارج ہونے والی توانائی کا صرف 1.73% ہے۔ بڑی کل پیداوار اور اعلی کارکردگی ممکن ہے، کیونکہ فیوژن بوسٹنگ کے بعد سلسلہ وار رد عمل دوسری نسل سے آگے بھی جاری رہ سکتا ہے۔ فیوژن-بوسٹڈ فشن بموں کو قریبی جوہری دھماکوں سے نیوٹرون تابکاری سے بھی محفوظ بنایا جا سکتا ہے، جس کی وجہ سے دوسرے ڈیزائن پہلے سے ہی پھٹ سکتے ہیں، اور زیادہ پیداوار حاصل کیے بغیر خود کو اڑا سکتے ہیں۔ پیداوار اور تابکاری کے خلاف قوت مدافعت کے سلسلے میں کم وزن کے امتزاج نے اس بات کو یقینی بنایا ہے کہ زیادہ تر جدید جوہری ہتھیار فیوژن-بوسٹڈ ہیں۔ فیوژن رد عمل کی شرح عام طور پر 20 سے 30 میگاکلون پر نمایاں ہو جاتی ہے۔ یہ درجہ حرارت بہت کم استعداد پر پہنچ جاتا ہے، جب بکھرے ہوئے مادے کا 1 فیصد سے بھی کم حصہ بکھر جاتا ہے (سینکڑوں ٹن ٹی این ٹی کی حد میں پیداوار کے مطابق)۔ چونکہ پھٹنے والے ہتھیاروں کو ڈیزائن کیا جا سکتا ہے جو اس حد میں پیداوار حاصل کرے گا چاہے نیوٹرون نازک ہونے کے وقت موجود ہوں، فیوژن بوسٹنگ ایسے موثر ہتھیاروں کی تیاری کی اجازت دیتا ہے جو پیش گوئی سے محفوظ ہوں۔ اس خطرے کا خاتمہ بوسٹنگ کے استعمال میں ایک بہت اہم فائدہ ہے۔ ایسا معلوم ہوتا ہے کہ اب امریکی ہتھیاروں میں موجود ہر ہتھیار ایک بہتر ڈیزائن ہے۔ ہتھیاروں کے ایک ڈیزائنر کے مطابق، بوسٹنگ بنیادی طور پر 1945 کے بعد سے فشن ہتھیاروں کی کارکردگی میں قابل ذکر 100 گنا اضافے کا ذمہ دار ہے۔ کچھ ابتدائی غیر اسٹیجڈ تھرمونیوکلیئر ہتھیاروں کے ڈیزائن ابتدائی تھرمونیوکلیئر ہتھیاروں کے ڈیزائن جیسے جو-4، سوویت "لیئر کیک" ("سلوئیکا")، نے یورینیم-238 ایٹموں میں فشن پیدا کرنے کے لیے بڑی مقدار میں فیوژن کا استعمال کیا جو ختم شدہ یورینیم بناتے ہیں۔ ان ہتھیاروں کا ایک بکھرے ہوئے کور تھا جس کے گرد لتیم-6 ڈیوٹرائڈ کی ایک پرت تھی، جس کے گرد ختم شدہ یورینیم کی ایک پرت تھی۔ کچھ ڈیزائنوں (بشمول پرت کیک) میں ان مواد کی کئی متبادل پرتیں تھیں۔ سوویت لیئر کیک امریکی الارم کلاک ڈیزائن سے ملتا جلتا تھا، جو کبھی نہیں بنایا گیا تھا، اور برطانوی گرین بانس ڈیزائن، جو بنایا گیا تھا لیکن کبھی تجربہ نہیں کیا گیا تھا۔ جب اس قسم کا بم پھٹتا ہے تو انتہائی افزودہ یورینیم یا پلوٹونیم کور کا ٹکڑا نیوٹرون بناتا ہے، جن میں سے کچھ فرار ہو کر لیتھیم-6 کے ایٹموں سے ٹکرا کر ٹریٹیم بناتے ہیں۔ کور میں فشن سے پیدا ہونے والے درجہ حرارت پر، ٹریٹیم اور ڈیوٹیریم اعلی سطح کے دباؤ کے بغیر تھرمونیوکلیئر فیوژن سے گزر سکتے ہیں۔ ٹریٹیم اور ڈیوٹیریم کا فیوژن 14 میگاواٹ کی توانائی کے ساتھ ایک نیوٹران پیدا کرتا ہے-جو کہ نیوٹران کے 1 میگاواٹ سے بہت زیادہ توانائی ہے جس نے رد عمل شروع کیا تھا۔ توانائی کی پیداوار کے بجائے اعلی توانائی والے نیوٹرانوں کی یہ تخلیق، اس قسم کے ہتھیار میں فیوژن کا بنیادی مقصد ہے۔ یہ 14 ایم ای وی نیوٹرون پھر یورینیم-238 کے ایٹم پر حملہ کرتا ہے، جس سے فشن ہوتا ہے: اس فیوژن مرحلے کے بغیر، یورینیم-238 کے ایٹم سے ٹکرانے والا اصل 1 ایم ای وی نیوٹرون شاید ابھی جذب ہوا ہوتا۔ یہ فشن پھر توانائی اور نیوٹرون بھی جاری کرتا ہے، جو پھر بقیہ لتیم-6 سے مزید ٹریٹیم بناتا ہے، اور اسی طرح، ایک مسلسل چکر میں۔ یورینیم-238 کے تحلیل سے حاصل ہونے والی توانائی ہتھیاروں میں مفید ہے: دونوں اس لیے کہ ختم شدہ یورینیم انتہائی افزودہ یورینیم سے بہت سستا ہے اور اس لیے کہ یہ نازک نہیں ہو سکتا اور اس لیے اس کے تباہ کن حادثے میں ملوث ہونے کا امکان کم ہے۔ اس قسم کا تھرمونیوکلیئر ہتھیار فیوژن سے اپنی پیداوار کا 20 فیصد تک پیدا کر سکتا ہے، باقی فشن سے آتا ہے، اور پیداوار میں ایک میگاٹن سے بھی کم ٹی این ٹی (4 پی جے) کے مساوی تک محدود ہے۔ جو-4 نے 400 کلوٹن ٹی این ٹی (1.7 پی جے) حاصل کیا۔ اس کے مقابلے میں، ایک "حقیقی" ہائیڈروجن بم فیوژن سے اپنی پیداوار کا 97 فیصد تک پیدا کر سکتا ہے، اور اس کی دھماکہ خیز پیداوار صرف ڈیوائس کے سائز کے لحاظ سے محدود ہے۔ گیس سے چلنے والے جوہری ہتھیاروں کی دیکھ بھال ٹریٹیئم ایک تابکار آاسوٹو ہے جس کی نصف زندگی 12.355 سال ہے۔ اس کا اہم سڑنا پروڈکٹ ہیلیم-3 ہے، جو نیوٹران کیپچر کے لیے سب سے بڑے کراس سیکشن والے نیوکلائڈز میں سے ایک ہے۔ لہذا، وقتا فوقتا ہتھیار کو اپنے ہیلیم فضلے کو باہر نکالنا چاہیے اور اس کی ٹریٹیم کی فراہمی کو دوبارہ چارج کرنا چاہیے۔ اس کی وجہ یہ ہے کہ ہتھیار کی ٹریٹیم سپلائی میں موجود کوئی بھی ہیلیم-3 ہتھیار کے پھٹنے کے دوران زہر کے طور پر کام کرے گا، نیوٹرانوں کو جذب کرے گا جس کا مطلب اس کے فشن ایندھن کے مرکزے سے ٹکرانا ہے۔ ٹریٹیئم پیدا کرنا نسبتا مہنگا ہے کیونکہ ہر ٹریٹن-ٹریٹیئم نیوکلئس-کو کم از کم ایک آزاد نیوٹرون کی پیداوار کی ضرورت ہوتی ہے جو فیڈ اسٹاک مواد (لیتھیم-6، ڈیوٹیریم، یا ہیلیم-3) پر بمباری کے لیے استعمال ہوتا ہے۔ دراصل، نقصانات اور ناکارہیوں کی وجہ سے، پیدا ہونے والے ہر ٹریٹن کے لیے درکار آزاد نیوٹرانوں کی تعداد دو کے قریب ہوتی ہے (اور ٹریٹیم فوری طور پر گرنے لگتا ہے، اس لیے پیداواری سہولت سے میدان میں موجود ہتھیاروں تک جمع کرنے، ذخیرہ کرنے اور نقل و حمل کے دوران نقصانات ہوتے ہیں۔) آزاد نیوٹرانوں کی پیداوار یا تو بریڈر ری ایکٹر یا ٹرائٹیم پروڈکشن کی سہولت کے لیے وقف پارٹیکل ایکسلریٹر (اسپلیشن ٹارگٹ کے ساتھ) کے آپریشن کا مطالبہ کرتی ہے۔ یہ بھی دیکھیں ٹیلر اولم ڈیزائن نیوکلیئر ہتھیاروں کے ڈیزائن کی تاریخ تھرمونیوکلیئر ہتھیاروں کے حوالہ جات نیوکلیئر ہتھیاروں کے ڈیزائن نیوکلیئر فشن لاس الاموس نیشنل لیبارٹری امریکی ایجادات 1947 میں سائنس 1947 میں ریاستہائے متحدہ میں ایڈورڈ ٹیلر