שלב אחר שלב: כך בונים פצצה גרעינית

ישראל והעולם מחכים למוצא פיו של טראמפ: בימים או בשעות הקרובות הוא יחליט האם להצטרף למערכה ולסייע לישראל בהשמדת הכור הגרעיני בפורדו, 90 מטרים מתחת לפני הקרקע, מעוז ייצור השלמת הפצצות הגרעיניות שיכולות להשמיד ערים שלמות. מה כוללת הדרך לייצור פצצה גרעינית? איך היא נראית, ואילו מתקנים נדרשים לצורך זה ומה זה אומר כשמדווחים ש"איראן מעשירה אורניום לרמה של 90%?  "מעריב" עושה סדר בתהיות שכל ישראלי שואל עכשיו.

מהי פצצה גרעינית?

מדובר בנשק שמשתמש באנרגיה עצומה המשתחררת מתוך גרעין האטום – החלק הפנימי ביותר של כל חומר. בפצצה גרעינית, יוצרים תגובת שרשרת שגורמת לפיצול של גרעיני אטומים מסוגים מסוימים (כמו אורניום או פלוטוניום), מה שמשחרר אנרגיה אדירה, חום אדיר והדף הרסני.

מהם סוגי הפצצות הגרעיניות, ומהם אורניום ופלוטוניום?

לפני שנסביר על סוגי הפצצות הגרעיניות, חשוב להבין מהם בעצם החומרים שמהם הן עשויות – אורניום ופלוטוניום ולמה דווקא הם מתאימים כל כך ליצירת נשק קטלני כל כך.

אורניום: המתכת הטבעית שממנה התחיל הכול

אורניום הוא יסוד כימי שמצוי בטבע, בעיקר בסלעים ובעפרות ברחבי העולם. הוא נראה כמו מתכת אפורה־כסופה, אך בתוכו יש גרעינים כבדים במיוחד. ישנם סוגים שונים (מה שנקראים "איזוטופים") של אורניום, אבל רק אחד מהם – אורניום 235 – מסוגל להתפצל בקלות בתהליך גרעיני ולשחרר המון אנרגיה.

הבעיה היא שבטבע יש כמות זעירה מאוד של אורניום 235 – פחות מאחוז אחד מכל עפרת האורניום. כדי להשתמש בו, צריך "להעשיר" את האורניום – כלומר להפריד את אותו איזוטופ נדיר משאר המרכיבים ולרכז אותו. רק כשהריכוז מגיע ליותר מ־90%, ניתן להשתמש באורניום לפצצה גרעינית.

למה אורניום כל כך מסוכן?

כשכדור קטן של אורניום מועשר מגיע למסה קריטית (כלומר כמות מספקת ליצירת תגובת שרשרת), ניתן לגרום לו להתפצל שוב ושוב בקצב מסחרר. בכל פיצול כזה משתחררת אנרגיה אדירה – וזה הבסיס לפיצוץ גרעיני. הפצצה שהוטלה על הירושימה בשנת 1945 הייתה מבוססת על אורניום, והיא הרגה תוך שניות מעל מאה אלף בני אדם.

פלוטוניום: החומר המלאכותי שהופך לפצצה קטלנית יותר

בניגוד לאורניום שנמצא בטבע, פלוטוניום כמעט ואינו קיים בצורה טבעית. זהו חומר כימי שנוצר באופן מלאכותי בכורים גרעיניים כאשר מקרינים אורניום רגיל בנייטרונים. החומר שמתקבל – פלוטוניום 239 – מתנהג בצורה דומה לאורניום 235, אבל עוד יותר נוטה להתפצל, ולכן הוא יכול ליצור תגובת שרשרת חזקה מאוד.

למה משתמשים בפלוטוניום לפצצות?

כיוון שקל יותר ליצור פלוטוניום טהור במעבדה מאשר להפריד אורניום נדיר, חלק מהמדינות מעדיפות לבנות פצצה מפלוטוניום. הפלוטוניום חזק יותר, אך גם רגיש יותר – כדי לפוצץ אותו צריך תהליך הדלקה מדויק מאוד של חומרי נפץ רגילים, ולכן הפצצה הזו יותר מורכבת מבחינה הנדסית. הפצצה שהוטלה על נגסאקי, ימים ספורים לאחר הירושימה, הייתה מבוססת על פלוטוניום.

אז מה ההבדל בפועל בין פצצה מאורניום לפצצה מפלוטוניום?

• אורניום דורש העשרה קפדנית אך תהליך ההפעלה פשוט יותר.
• פלוטוניום מיוצר בכור גרעיני, ההפעלה שלו מורכבת מאוד, אבל הוא חזק יותר.
• שתיהן יכולות לגרום להרס אדיר, אך פלוטוניום מתאים במיוחד לפצצות מתקדמות או קטנות יותר בעיצוב – כמו אלה שיכולות להיות משוגרות על טילים בליסטיים.

מה פירוש "העשרה של אורניום"?

באורניום טבעי יש רק כ־0.7% מהאיזוטופ המתפצל אורניום 235. כדי להשתמש בו לייצור חשמל או נשק – צריך "להעשיר" אותו, כלומר להעלות את אחוז אורניום 235 בו.

• לצורכי חשמל בכורים אזרחיים מספיקים 3%–5%
• פצצה גרעינית דורשת אורניום מועשר ליותר מ־90%

איראן טוענת שהיא הגיעה ל־60%, רמה שמקרבת אותה מאוד לאפשרות לייצר נשק גרעיני.

מהו איזוטופ, ואיך זה קשור לפצצה גרעינית?

המילה איזוטופ אולי נשמעת כמו מונח מדעי מסובך, אבל בפועל מדובר ברעיון די פשוט: כל חומר בעולם עשוי מאטומים, ולכל אטום יש גרעין. בתוך הגרעין הזה יש שני סוגים של חלקיקים: פרוטונים, שקובעים מהו החומר, ונויטרונים, שמשפיעים על המשקל והיציבות של האטום.

כאשר יש לאותו חומר בדיוק, למשל אורניום, מספר זהה של פרוטונים אבל מספר שונה של נויטרונים, אנחנו אומרים שיש לו איזוטופים שונים. למשל, כל האטומים של אורניום מכילים תשעים ושניים פרוטונים. אבל: אורניום 238 הוא האיזוטופ הנפוץ ביותר בטבע, ומכיל מאה ארבעים ושישה נויטרונים. אורניום 235, שהוא האיזוטופ החשוב לפצצות, מכיל מאה ארבעים ושלושה נויטרונים. לשני האיזוטופים יש שם דומה והתנהגות כימית כמעט זהה, אבל מבחינה פיזיקלית הם שונים לגמרי. אורניום 238 יציב, לא מתפצל בקלות, ולא מתאים לייצור נשק. לעומתו, אורניום 235 כן מתפצל בקלות, וזה בדיוק מה שהופך אותו לשימושי בפצצה גרעינית. אותו דבר קורה גם עם פלוטוניום. קיימים איזוטופים שונים של פלוטוניום, אך רק פלוטוניום 239 מתפצל בקלות, ולכן הוא האיזוטופ שבו משתמשים לבניית פצצות.

אז למה איזוטופים חשובים כל כך? 

כדי ליצור תגובת שרשרת גרעינית, כלומר פיצוץ אדיר, צריך איזוטופ שמסוגל להתפצל בקלות כאשר פוגע בו נויטרון. רק מספר קטן מאוד של איזוטופים בטבע מסוגלים לכך, ורק אותם מחפשות המדינות שמפתחות נשק גרעיני. לכן כל תהליך הפיתוח, ההעשרה והייצור מתמקד סביב בידוד אותם איזוטופים, בעיקר אורניום 235 ופלוטוניום 239.

מה זו צנטריפוגה ומה תפקידה?

צנטריפוגה היא מכשיר בצורת גליל שמסתובב במהירות עצומה. בתוך הגליל מפרידים את אורניום 235 (החומר הרצוי) משאר מרכיבי האורניום,  תהליך הדורש אלפי סיבובים והפעלה מדויקת. צנטריפוגות פועלות בקבוצות גדולות, ויחד הן מעשירות בהדרגה את האורניום. ככל שהמכונה מתקדמת יותר – כך קל יותר להגיע לרמות גבוהות של העשרה.

אילו מתקני גרעין יש באיראן?

המתקן המרכזי הוא בנתנז – שם פועלות אלפי צנטריפוגות מתקדמות. המתקן החשוב ביותר מבחינה ביטחונית נמצא בפורדו  בלב הר, בעומק 90 מטרים מתחת לאדמה. הוא נבנה כך שיהיה קשה מאוד לתקוף אותו.

בתן כף קיימים

• כור המחקר באספהאן: בו מתבצעים ניסויים מדעיים
• הכור באראק: תוכנן להפיק פלוטוניום לצרכים צבאיים
• אתר פארצ'ין: אזור צבאי שבו בוצעו לפי הערכות בדיקות של ראשי קרב גרעיניים

איך נראית הדרך לייצור פצצה גרעינית? אלה השלבים

• כריית אורניום: הפקת חומר הגלם מהמכרה
• העשרה בצנטריפוגות: העלאת ריכוז אורניום 235
• הכנת גרעין הפצצה: יציקת החומר לצורה מדויקת
• מערכת הדלקה: סדרת חומרי נפץ רגילים שמכווצים את החומר ליצירת תגובה גרעינית
• הרכבה על טיל: התקנת הפצצה בתוך ראש קרבי שניתן לשגר למרחק

כמה זמן לוקח להגיע לפצצה?

אם ברשות מדינה חומר בקיע בכמות מספקת (כמו אורניום מועשר לרמה צבאית), יידרשו לה עוד כמה חודשים של עבודה טכנולוגית והרכבה עד שהפצצה תהיה מוכנה. ישראל וארה"ב טוענות שאיראן כבר נמצאת קרוב מאוד לנקודה הזו.

מהי הפצצה האמריקנית שמסוגלת להרוס את הכור בפורדו?

הפצצה המדוברת היא GBU 57 שזכתה לכינוי "MOP" – Massive Ordnance Penetrator זוהי פצצה חודרת בונקרים שמשקלה מעל 13 טון, והיא מסוגלת לחדור לעומק של יותר מ־60 מטרים בתוך בטון וקרקע סלעית לפני שהיא מתפוצצת.

הפצצה הזו משוגרת רק ממטוס הקרב החמקן האמריקני מסוג B 2 Spirit – המטוס היחיד בעולם שמסוגל לשאת אותה. מטוס זה בנוי כך שיכולות ההתגנבות שלו מקשות מאוד על מערכות מכ"ם לזהות אותו, ולכן הוא היחיד שמתאים למשימה: לעבור מעל איראן מבלי להתגלות, ולשחרר את הפצצה שתוכל לפגוע ישירות בלב מתקן פורדו הקבור מתחת לאדמה.

כמה מדינות בעולם מחזיקות בפצצות גרעין?

לפי מידע גלוי, יש כיום שמונה מדינות עם נשק גרעיני: ארה"ב, רוסיה, סין, צרפת, בריטניה, הודו, פקיסטן וצפון קוריאה. ישראל נחשבת גם היא למדינה שמחזיקה בפצצות גרעיניות, אף שמעולם לא אישרה זאת רשמית. איראן עדיין לא הגיעה לשם – אבל לפי פרשנים, היא קרובה מתמיד.

מה עוצמת ההרס של פצצה גרעינית אחת?

פצצה אחת כמו זו שהוטלה על הירושימה יכולה להרוג מעל 100 אלף איש תוך שניות. הפיצוץ יוצר הדף אדיר, חום של מאות אלפי מעלות, וגל קרינה מסוכן שממשיך להשפיע ימים ואף שנים. פצצות מודרניות חזקות פי עשרות מהפצצה ההיסטורית.

מדוע לכורים אטומיים יש כיפה?

הכיפה שמכסה את הכור האטומי נראית מבחוץ כמו כיפת בטון עבה וגדולה, ולמעשה היא אחת השכבות החשובות ביותר של ההגנה סביב הכור. הכיפה הזו לא שם בשביל עיצוב, אלא ממלאת תפקיד קריטי בשמירה על הבטיחות – גם של העובדים בכור וגם של הציבור שמסביב.

הכיפה נועדה למנוע דליפה של קרינה מסוכנת.  בתוך הכור מתרחשות תגובות גרעיניות שמפיקות אנרגיה, אבל גם יוצרות קרינה רדיואקטיבית שעלולה להיות קטלנית. הכיפה משמשת כמחסום פיזי בין הליבה הגרעינית לבין הסביבה החיצונית. היא עשויה מבטון מזוין בעובי של כמה מטרים, ובתוכה מוטבעות שכבות פלדה שמונעות מעבר של קרינה.

שנית, הכיפה מגינה מפני תאונות פנימיות.  למשל, אם יקרה פיצוץ בתוך הכור או השתחררות של לחץ גבוה, הכיפה נועדה לבלום את הכוחות האדירים כדי שלא יתפזרו החוצה. היא שומרת את כל החומרים הרדיואקטיביים בתוך מבנה סגור. הכיפה נועדה גם להגן מפני איומים חיצוניים.  הכיפה יכולה לעמוד בפגיעת מטוס קל או ברעידות אדמה בעוצמה גבוהה, והיא נבנית תוך עמידה בסטנדרטים של בטיחות לאומית. במדינות מסוימות אף מתכננים את הכיפה כך שתוכל לשרוד תקיפת טילים, אם יקרה תרחיש קיצוני של מלחמה.

מדוע לכורים גרעיניים יש בריכה, ומהו הנוזל שנמצא בה?

בכל כור גרעיני פעיל קיימת בריכה גדולה מאוד בתחתית המבנה, ולתוכה שקועים רכיבי הדלק הגרעיני. הבריכה הזו אינה סתם מאגר מים: יש לה שני תפקידים חשובים ביותר. התפקיד הראשון הוא קירור.  במהלך הפעלת הכור נוצרת כמות עצומה של חום, ואם לא מקררים את ליבת הכור כל הזמן, עלולה להתרחש התחממות מסוכנת ואף התכה. המים שסביב הליבה סופגים את החום הזה ומועברים למערכות חיצוניות לקירור.

התפקיד השני של הבריכה הוא הגנה מפני קרינה.  החומרים שבתוך הליבה פולטים קרינה רדיואקטיבית בעוצמה גבוהה, ומים נחשבים לאחד החומרים היעילים ביותר לבלימת הקרינה הזו. ככל שהמים עמוקים יותר – הקרינה מגיעה פחות לסביבה.

הנוזל בבריכה הוא מים רגילים (H₂O) אך לעיתים מטופלים כך שיהיו נקיים ממלחים ומתכות. בחלק מהכורים, בעיקר בכורים מתקדמים או צבאיים, משתמשים גם במים כבדים – מים מיוחדים שבהם האטום מימן מוחלף באיזוטופ דוטריום – אך בכורים אזרחיים לרוב מדובר במים רגילים מאוד, שמסוננים כל הזמן ומתחלפים בקביעות. המראה הכחול־זרחני שנראה לפעמים במים נובע מתופעה פיזיקלית בשם קרינת צ'רנקוב, שנוצרת כאשר חלקיקים רדיואקטיביים נעים במהירות גבוהה יותר ממהירות האור בתוך המים – מראה מרהיב אך מסוכן.

מה יקרה בפורדו?

רק פצצות מיוחדות שמוטענות על מטוסי B2 מסוגלות לחדור לעומק שבו הוא נמצא. הפצצה שעל מטוס החמקן מסוגלת לחדור לעומק של 60 מטרים, בעוד שמתקני הגרעין האיראניים ממוקמים בעומק של כ-90 מטרים. לפיכך סביר שהתקיפה תתבצע ב"שכבות", כך שכמה פצצות יהרסו שכבה אחר שכבה.