પરમાણુ–બૉમ્બ (atom-bomb) : પરમાણુ-નાભિની ફિશન તરીકે ઓળખાતી એક ન્યૂક્લિયર વિખંડન(splitting)ની પ્રક્રિયામાં મુક્ત થતી ઊર્જા ઉપર આધારિત, વિસ્ફોટની એક પ્રયુક્તિ (device). વાસ્તવમાં તો આ સમગ્ર પ્રક્રિયા ન્યૂક્લિયસમાં થતી હોવાથી, પરમાણુ-બૉમ્બને ખરેખર તો ન્યૂક્લિયર બૉમ્બ તરીકે ઓળખવો જોઈએ. આ પ્રકારનો બૉમ્બ સમતુલ્ય ભાર ધરાવતા ઉચ્ચ રાસાયણિક વિસ્ફોટના કરતાં, દસ લાખ ગણી ઊર્જા ધરાવતો હોવાથી, તેને બીજા વિશ્વયુદ્ધની વિજ્ઞાનની એક સચોટ અને ઉપદ્રવી ઉપલબ્ધિ તરીકે ગણવામાં આવે છે.
સિદ્ધાંત : વીસમી સદીના પ્રારંભે વિજ્ઞાની આલ્બર્ટ આઇન્સ્ટાઇને એવી આગાહી કરી કે દ્રવ્યનું ઊર્જામાં રૂપાંતર થઈ શકે છે. તેનું પ્રાયોગિક સમર્થન 1932માં જ્હૉન ડી કૉકરોફ્ટ અને અર્નેસ્ટ વૉલ્ટને કર્યું હતું; પરંતુ છેક 1939માં ઑટો હાન અને ફ્રીટ્ઝ સ્ટ્રાસમાન નામના વિજ્ઞાનીઓએ એક તદ્દન નવી પ્રાકૃતિક ઘટના શોધી કાઢી, જેમાંથી ઊર્જા મેળવવાનું શક્ય જણાયું. યુરેનિયમની ભારે ધાતુ સાથે ન્યૂટ્રૉન સંઘાત પામે ત્યારે તેનું વિખંડન થઈને મૂળ પરમાણુ કરતાં ટુકડાઓના દ્રવ્યમાનમાં ઘટાડો થાય છે. આઇન્સ્ટાઇનના ‘દ્રવ્યમાન ઊર્જા’(mass-energy)ના સિદ્ધાંત પ્રમાણે થતા ટુકડાઓના દ્રવ્યમાનમાં થતા ઘટાડાને કારણે પ્રાપ્ત થતી સમતુલ્ય ઊર્જા, વિખંડિત ટુકડાઓને ગતિ આપવા માટેની ગતિજ ઊર્જા તથા ઘટના દરમિયાન ઉત્સર્જિત થતા વિકિરણની ઊર્જા રૂપે મળતી હતી.
વિખંડિત થતા યુરેનિયમ પરમાણુના ટુકડાઓમાં નવો ન્યૂટ્રૉન ઉત્પન્ન થતો હોય છે. સર્વસામાન્ય રીતે એમ સ્વીકારવામાં આવ્યું કે ઉત્પન્ન થતા આ ન્યૂટ્રૉન યુરેનિયમની બીજી નાભિઓ સાથે સંઘાત પામીને શૃંખલા-પ્રક્રિયા(chain reaction)ને ચાલુ કરે છે. જો શૃંખલા-પ્રક્રિયાને સાધારણ (moderate) ગતિથી નિયંત્રિત રાખવામાં આવે તો ઊર્જાનો નવો સ્રોત પ્રાપ્ત થઈ શકે છે. તેને અનિયંત્રિત રાખવામાં આવે તો શૃંખલા-પ્રક્રિયા વિસ્ફોટક બળ સાથે ઝડપથી ઊર્જા મુક્ત કરે છે.
1939 પછી, નીચેના પ્રશ્નોના ઉત્તર મેળવવા માટે ભૌતિકશાસ્ત્રીઓએ ઘણુંબધું સંશોધન કર્યું : (1) પ્રત્યેક વિખંડન દરમિયાન કેટલા ન્યૂટ્રૉન ઉત્પન્ન થાય છે ? (2) કયાં તત્ત્વો ન્યૂટ્રૉનનું પ્રગ્રહણ (capture) કરતાં નથી ? અથવા કયાં તત્ત્વો તેમનું વિમંદન (moderate) કરીને, અથવા તેમના વેગમાં ઘટાડો કરીને, યુરેનિયમના વિખંડનની શક્યતામાં વધારો કરે છે ? (3) શું વધુ હલકા અને જૂજ પ્રમાણમાં પ્રાપ્ય એવા યુરેનિયમના સમસ્થાનિક (isotope) U-235નું વિખંડન થતું હતું ? (4) વિખંડન માટે યુરેનિયમના સામાન્ય સમસ્થાનિક U-238ને વાપરી શકાય ? તેમણે શોધી કાઢ્યું કે પ્રત્યેક વિખંડન દરમિયાન થોડાક ન્યૂટ્રૉનનું ઉત્સર્જન થાય છે. તેથી જો ઘણાબધા ન્યૂટ્રૉન દ્રવ્યમાંથી છટકી જતા ન હોય અથવા અશુદ્ધિઓ વડે તેમનું પ્રગ્રહણ થતું હોય તો સૈદ્ધાંતિક રીતે, શૃંખલા-પ્રક્રિયા શક્ય બને છે. સામાન્ય પાણી, સારા એવા પ્રમાણમાં ન્યૂટ્રૉનને ધીમા પાડી તેમનું વિમંદન (moderation) કરે છે; પરંતુ સાથે સાથે તેમાંના ઘણાબધાનું તે શોષણ પણ કરે છે. અલ્પ માત્રામાં ભારે પાણી (heavy water, D2O) તથા ગ્રૅફાઇટ બંને પ્રમાણમાં સારા વિમંદકો (moderators) છે. યુરેનિયમનો ખરેખર વિખંડન પામતો ઘટક તો U-235 છે. કુદરતી રીતે મળતા યુરેનિયમમાં U-238નું પ્રમાણ 99.3 % અને બીજા ઘટક U-235નું પ્રમાણ 0.7 % જેટલું હોય છે; તેથી આવા એકસરખા રાસાયણિક પદાર્થોને છૂટા પાડવાનું આવશ્યક બને છે.
વિકાસ : કદાચિત જર્મની પરમાણુ-બૉમ્બ બનાવે તેવી શક્યતાથી ભયભીત બનીને હંગેરીમાં જન્મેલા ભૌતિકશાસ્ત્રીઓ લિયો ઝિલાર્ડ, યુજેન વિગ્નર અને ઍડવર્ડ ટેલરે આલ્બર્ટ આઇનસ્ટાઇનને, આ અંગે પ્રેસિડેન્ટ રૂઝવેલ્ટ ઉપર પત્ર પાઠવવા માટે પ્રેર્યા. પત્રથી પ્રેરાઈને છેક 1939માં પ્રેસિડેન્ટ રૂઝવેલ્ટે એવો આદેશ આપ્યો કે જર્મની પહેલાં, આવું પારમાણ્વિક શસ્ત્ર પ્રાપ્ત કરવા માટે અમેરિકાએ પ્રયાસ કરવો; પરંતુ થોડાંક વર્ષો પછી વેનવર બુશ નામના તેમના યુદ્ધની વૈજ્ઞાનિક પ્રવૃત્તિઓના સંયોજકે (co-ordinator of scientific activities for the war) આ અંગેનો તેમનો કાર્યભાર સંભાળી લીધો ત્યાં સુધી, આ વિચારને ખાસ પુદૃષ્ટિ મળી નહિ. જ્યારે આ આખો કાર્યક્રમ, 1942ના મધ્યભાગમાં, યુ.એસ. લશ્કરના નિયંત્રણ હેઠળ આવ્યો ત્યારે તેને મૅનહેટ્ટન પ્રોજેક્ટ નામ આપવામાં આવ્યું.
U-235 બંદૂક પ્રકારનો બૉમ્બ : તકનીકના દરેક તબક્કે ખૂબ મોટા પ્રમાણમાં અનિશ્ચિતતાઓ રહેલી હોવાથી, બધી જ પ્રક્રિયાઓ અને તકનીકોને, જ્યાં સુધી તે બધી બિનઅસરકારક નીવડે ત્યાં સુધી, જારી રાખવામાં આવી. યુરેનિયમના બે સમસ્થાનિકો U-235 અને U-238ને છૂટા પાડવાની કેટલીક પદ્ધતિઓમાંથી વાયુના વિસરણ(gaseous diffusion)ની અને વિદ્યુતચુંબકીય પદ્ધતિઓનો ઉપયોગ ઓકરિજ પ્રયોગશાળા, (ટેનૅસી) ખાતેના ઉત્પાદનમાં કરવામાં આવ્યો હતો. આ પ્રમાણે યુરેનિયમ-235ને તેના સર્વસામાન્ય 0.7 %થી શસ્ત્રની ગુણવત્તા માટેની 90 %થી વધુ જેટલી ક્ષમતા સુધી સમૃદ્ધ કરવામાં આવ્યું હતું. આ પ્રમાણે શુદ્ધ કરેલા દ્રવ્યને જે. રૉબર્ટ ઓપ્પનહેમરની અધ્યક્ષતામાં ન્યૂ મેક્સિકોની લૉસ આલ્મોસની પ્રયોગશાળામાં, બંદૂક પ્રકારના શસ્ત્રઘટકોમાં ઢાળવામાં આવ્યું. શૃંખલા-પ્રક્રિયાને નિભાવી રાખવા માટે બહુ મોટા ન હોય તેવા U-235ના બે ટુકડાને બંદૂકની નાળીમાં ઝડપથી નજીક લાવીને તત્કાળ સ્ફોટક નીવડે તેવું અતિક્રાંતિક દ્રવ્યમાન (supercritical mass) બનાવવામાં આવ્યું. 6 ઑગસ્ટ, 1945ના રોજ જાપાનના હિરોશીમા નગર ઉપરના લશ્કરી આક્રમણમાં તેનો સૌપ્રથમ ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો.
પ્લૂટોનિયમ પરમાણુ–બૉમ્બ : U-235 શસ્ત્રની સફળતાની વિશ્વસનીયતાનો અહેસાસ થાય તે પૂર્વે, એક નવા જ પ્રકારના પરમાણુ-બૉમ્બનું સૂચન કરવામાં આવ્યું. U-238, જેને પહેલાં અવશિષ્ટ સામગ્રી (waste material) તરીકે વિચારવામાં આવતું, તે વિખંડન પામ્યા સિવાય ન્યૂટ્રૉનનું પ્રગ્રહણ કરી શકે છે અને U-239માં રૂપાંતરિત થાય છે. (બધાં જ યુરેનિયમ પરમાણુઓમાં 92 પ્રોટૉન હોય છે; U-238માં 146 ન્યૂટ્રૉન છે અને ઉમેરાતું એક ન્યૂટ્રૉન કુલ દ્રવ્યમાન વધારીને 238 + 1 = 239 બનાવે છે.) પરંતુ આ પ્રમાણે ઉત્પન્ન થતું U-239 અસ્થાયી રેડિયો-સક્રિય (radio-active) છે, અને ક્ષય પામીને સૌપ્રથમ નેપ્ચુનિયમ 239 (93 પ્રોટૉન અને 146 ન્યૂટ્રૉન) અને ત્યારબાદ પ્લૂટોનિયમ 239 (94 પ્રોટૉન અને 145 ન્યૂટ્રૉન) બને છે.
પરમાણુ-બૉંબ
જેનું હુલામણું નામ ‘Little Boy’ હતું અને જેનો 6 ઑગસ્ટ, 1945ના રોજ જાપાનના હિરોશીમા શહેર ઉપર વિસ્ફોટ કરવામાં આવ્યો હતો તે, યુરેનિયમના ઈંધણવાળા પરમાણુ-બૉમ્બના આડ-છેદની આકૃતિ છે.
(1) સ્થિરતા જાળવવા માટેની પાંખો. (2) પૂર્વ-નિર્ધારિત ઊંચાઈએ બૉમ્બનું વિસ્ફોટન કરવા માટે હવાના દબાણનો વિસ્ફોટક. (3) દબાણ-સંવેદકો. (4) હવાના પ્રવાહના આવર્તકો. (5) ઇલેક્ટ્રૉનિક નળીઓ અને પિગળાવનારી વૈદ્યુત સર્કિટો. (6) રૂઢિગત વિસ્ફોટક વૈદ્યુત ભાર. (7) વિસ્ફોટન કરતો અગ્રભાગ. (8) અને (11) U-235ના બે ટુકડા, જેમને વિસ્ફોટક ક્રાંતિક દ્રવ્યમાન મેળવવા માટે એકબીજા સાથે ધકેલવામાં આવે છે તે. (9) ન્યૂટ્રૉન-પરાવર્તક. (10) બીબામાં ઢાળેલું બૉમ્બનું ખોખું. (12) દૂરમાપન (ટૅલિમૅટ્રી) અંગે સલાહસૂચન આપતા સળિયાઓ. (13) વિદ્યુતકોષો. (14) બૉમ્બને પૅક કરવા માટેની સાધનસામગ્રી (પૅકિંગ).
સૈદ્ધાંતિક રીતે જ U-239નું વિખંડન શક્ય હતું; એટલું જ નહિ, પરંતુ એક જુદું જ તત્ત્વ હોવાને નાતે તેને રાસાયણિક તકનીક દ્વારા યુરેનિયમમાંથી છૂટું પાડી શકાતું હતું, જે એક જ તત્ત્વના સમસ્થાનિકોને છૂટા પાડવા માટેની ભૌતિક પ્રક્રિયાઓ કરતાં ઘણુંબધું સરળ છે.
ઇટાલિયન ભૌતિકશાસ્ત્રી ઍનરિકો ફર્મીના માર્ગદર્શન હેઠળ સૌપ્રથમ સફળ રિઍક્ટરને, તેના જુદા જુદા ઘટકો એકત્રિત કરીને, શિકાગો યુનિવર્સિટી વિસ્તારમાં ગોઠવવામાં આવ્યું હતું. તેના દ્વારા 2 ડિસેમ્બર, 1942ના રોજ નિયંત્રિત શૃંખલા-પ્રક્રિયા મેળવવામાં આવી. ત્યારબાદ વૉશિંગ્ટનમાં હેનફર્ડ ખાતે બીજાં પાંચ મોટાં રિઍક્ટરો બાંધવામાં આવ્યાં અને યુરેનિયમને ન્યૂટ્રૉન વડે વિકિરિત (irradiate) કરીને તેનું પ્લૂટોનિયમમાં તત્ત્વાંતરણ (transmutation) કરવામાં આવ્યું. પ્લૂટોનિયમને છૂટું પાડ્યા પછી શસ્ત્ર બનાવવા માટે દરિયાઈ માર્ગે લૉસ આલ્મોસ મોકલવામાં આવ્યું.
આ પ્રકારના બૉમ્બમાં પહેલાં એક મોટી એ મુશ્કેલી ઊભી થતી હતી કે પ્લૂટોનિયમનો વળી એક બીજો સમસ્થાનિક પણ ઉદ્ભવતો હતો, જેનું સ્વત: (spontaneous) વિખંડન થતું હતું. એવો ભય સેવવામાં આવ્યો કે પ્લૂટોનિયમના ટુકડાઓને બંદૂકની નળીમાં એકબીજાની સમીપ લાવવામાં આવે તો કદાચિત શૃંખલા-પ્રક્રિયા બહુ ઝડપથી ચાલુ થઈને વેરવિખેરની સ્થિતિ ઉત્પન્ન કરે અને ઘણુંબધું પ્લૂટોેનિયમ વપરાઈ જાય તે પહેલાં, ટુકડાઓને દૂર ફંગોળી નાખે. આ પ્રમાણેની પ્રાકૃતિક ખામીને નિયંત્રિત કરવા માટે પ્રણાલીગત પ્રક્ષેપાસ્ત્રો (conventional ballistics) કરતાં, શક્ય તેટલું ઝડપથી, પ્લૂટોનિયમને અતિક્રાંતિક દ્રવ્યમાનવાળી સ્થિતિમાં લાવવું જોઈએ.
આથી ‘ઇમ્પ્લોઝન’ નામની એક નવી જ તકનીક વિકસાવવામાં આવી. પ્લૂટોનિયમના એક અ-ક્રાંતિક કવચ(non-cirtical shell)ની આસપાસ પ્રબળ રાસાયણિક વિસ્ફોટકો રાખવામાં આવ્યા. જ્યારે આ વિસ્ફોટકોને પેટાવવામાં આવ્યા ત્યારે પ્રકૃષ્ટ બળો ઉદ્ભવીને, પ્લૂટોેનિયમના મધ્યવર્તી ભાગને ભીંસમાં લઈ તેને એક ખૂબ ઘટ્ટ અતિક્રાંતિક દ્રવ્યમાનવાળી સ્થિતિમાં લઈ ગયા, જેમાં પ્રચંડ ધડાકા માટેની લાંબો સમય સુધી આગળ ધપી શકે તેવી શૃંખલા-પ્રક્રિયા ઉત્પન્ન થઈ. પરાજિત કરેલા જર્મની અને પાયામાંથી હચમચાવી નાખેલા જાપાનને સ્પર્શતા પ્રશ્નોની ચર્ચા કરવા માટે, ટ્રુમૅન, ચર્ચિલ અને સ્ટાલિન વચ્ચે, 16 જુલાઈ, 1945ના રોજ પોસ્ટડેમ મુકામે યોજાયેલી એક બેઠક દરમિયાન, ન્યૂ મેક્સિકોના એલેમોગોન્ડા ખાતે આ પ્રયુક્તિનું પરીક્ષણ કરવામાં આવ્યું. ત્યારબાદ 9 ઑગસ્ટ, 1945ના રોજ જાપાનના નાગાસાકી ઉપર થયેલ બૉમ્બમારામાં આ બૉમ્બનો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો.
પરમાણુ-બૉમ્બ વડે હિરોશીમા તેમજ નાગાસાકીનો વિનાશ કરી એક લાખ કરતાં વધુ લોકોનાં મૃત્યુ નિપજાવવા માટે તેમજ તેટલી જ સંખ્યામાં અન્ય લોકોને ઘાયલ કરવા માટેનાં કારણો અંગેનો વિવાદ હજી પણ ચાલુ જ છે. પરમાણુ-બૉમ્બ વડે પૅસિફિકનું યુદ્ધ તો જીતી શકાયું નહિ, પરંતુ આખરે નિશ્ચિત જણાતા જાપાનના પરાજયને તેણે થોડોક ત્વરિત બનાવ્યો. બૉમ્બમારાની તરફેણ કરનારાઓએ એવો દાવો કર્યો કે જો જાપાનના ટાપુઓ ઉપર લશ્કરી આક્રમણ કર્યું હોત તો કદાચિત દસ લાખ જેટલા સૈનિકો માર્યા ગયા હોત અને અંદાજી ન શકાય તેટલા નાગરિકોનો સંહાર થયો હોત. બૉમ્બ નાખવાનો વિરોધ કરનારા, જેમાં તેને વિકસિત કરનાર ઘણાબધા વિજ્ઞાનીઓ પણ હતા, તેમણે ભૂતકાળના અનુભવો ઉપરથી એવી દલીલ કરી કે અમેરિકાએ કરેલો પરમાણુ-બૉમ્બનો ઉપયોગ, ઠંડા યુદ્ધ માટેનું પ્રથમ પગલું હોઈ શકે.
1945 પછી યુનાઇટેડ સ્ટેટ્સે હવાઈ જહાજ દ્વારા હેરફેર થઈ શકે તેવા, હજારોની સંખ્યામાં પરમાણુ(વિખંડિત)-બૉમ્બ બનાવ્યા, જે યુદ્ધની પ્રાથમિક વ્યૂહરચનાના શસ્ત્ર તરીકે સેવા આપી શકે. 1950માં યુદ્ધક્ષેત્રે, પ્રતિજહાજ (antiship) અને પ્રતિપનડૂબક (anti-submarine) માટે નાના કદનાં વ્યૂહાત્મક (tactical) ન્યૂક્લિયર શસ્ત્રો વિકસાવવામાં આવ્યાં. તે જ દાયકામાં વધુ પ્રમાણમાં સ્ફોટક એવા હાઇડ્રોજન-બૉમ્બનો વિકાસ થયો. તેને પ્રજ્વલિત કરવા માટે નાના પ્રકારના પરમાણુ-બૉમ્બની આવશ્યકતા રહે છે, પરંતુ તેમાંથી ઓછા પ્રમાણમાં ઘાતક રેડિયો-સક્રિય વિકિરણ મળતું હોવાને કારણે, તે, યુ.એસ.ના ન્યૂક્લિયર શસ્ત્રાગારમાં પ્રભુત્વ ધરાવે છે.
જેમણે વિખંડનશસ્ત્રો પ્રાપ્ત કર્યાં છે તેવા દેશોમાં 1949માં તત્કાલીન સોવિયેત સંઘ, 1952માં બ્રિટન, 1960માં ફ્રાન્સ, 1964માં ચીન અને 1974માં તથા 1997માં ભારતનો સમાવેશ થાય છે. (ફક્ત શાંતિમય ઉપયોગો માટે જ.) હજી ઉદ્યોગીકરણ થયું છે તેવા કેટલાક અન્ય દેશોની પાસે તકનીકી કાબેલિયત છે અને ઇઝરાયલ તથા દક્ષિણ આફ્રિકા જેવા દેશો પાસે તો, તેમના શસ્ત્રાગારમાં પરીક્ષણ કર્યા વગરનાં ન્યૂક્લિયર શસ્ત્રો છે.
એરચ મા. બલસારા