کشف اورانیوم درجه تسلیحاتی با لیزر

شناسایی مواد هسته‌ای به هنگام اسکن مستقیم یک چمدان یا یک محموله کشتی کار سختی است و اگر نتوانید به مواد هسته‌ای نزدیک شوید، از فاصله دور امکان شناسایی آنها وجود ندارد. اما پژوهشگران به روشی دست یافته‌اند که به طور معمول برای شناسایی مواد شیمیایی در فاصله دور استفاده می‌شود و همچنین قابلیت تشخیص اورانیوم ۲۳۸ را از اورانیوم ۲۳۵ دارد. تنها ۳ نوترون کمتر می‌تواند در ظرفیت تخریب عنصر تفاوت بزرگی را ایجاد کند. ایگور جوانوویچ پروفسور مهندسی هسته‌ای و علوم رادیولوژیکی در دانشگاه میشیگان که بخشی از کار پژوهشی را در دانشگاه مستقر ایالت پنسیلوانیا مدیریت می‌کند، در این باره می‌گوید: مشکل بزرگ‌تر این است که سعی کنیم ایزوتوپ‌های گوناگون را از یک عنصر اندازه بگیریم. گوناگونی ایزوتوپ‌ها درباره اورانیوم بسیار مهم است، چون برخی از آنها می‌توانند در تولید سلاح‌های هسته‌ای استفاده شوند.

در فرآیند رایج کشف شیمیایی (رویکردی که ناسا در پروژه «مارس‌کیوریسیتی‌راور» به کار برده) در توضیح یک نمونه می‌توان گفت؛ الکترون‌ها به اتم‌ها و مولکول‌ها حمله می‌کنند و یک پلاسما را شکل می‌دهند. وقتی الکترون‌ها به اتم‌ها و مولکول‌ها برمی‌گردند و حالات پرانرژی اطراف آن پایین می‌آیند، در طیفی از رنگ‌های ویژه به انعکاس نور می‌پردازند که مانند یک اثر انگشت برای آن اتم یا مولکول عمل می‌کند. جوانوویچ و تیم او به همراه کایل هارتیگ استادیار مهندسی هسته‌ای در دانشگاه فلوریدا و آیزاک قبرگزیابر، دانشجوی فوق دکترا در دانشگاه پنسیلوانیا نشان دادند که این روش می‌تواند تفاوت میان اورانیوم ۲۳۵ و ۲۳۸ را وقتی اورانیوم در تماس با اکسیژن است، نشان دهد.
جوانوویچ می‌گوید: در این روش نه تنها امکان اندازه‌گیری در هوا وجود دارد، بلکه برخی مواد متشکله هوا نتایج حاصل از این کشف را به راحتی نشان می‌دهند. در این روش از پدیده‌ای که رشته‌های لیزری نام گرفته، استفاده می‌شود. وقتی پالس‌های بسیار کوتاه و شدید لیزر به هوا وارد می‌شوند، در امتداد خط پرتو یک کانال پلاسما ایجاد می‌کنند. این کانال به صورت یک نوع فیبر نوری است و پالس‌های لیزری را طوری متمرکز نگه می‌دارد که به هدف خود در یک نقطه کوچک حتی در فاصله یک کیلومتری و بیشتر ضربه وارد کنند. پالس‌های لیزری شدید، پلاسمایی از اورانیوم و هوا ایجاد می‌کنند که برای اورانیوم فرصت مناسبی برای اتصال با اکسیژن فراهم می‌کند و وقتی این اتفاق می‌افتد، انرژی ذخیره شده در میانه اکسیژن و اورانیوم ۲۳۵ یا ۲۳۸ آن قدر متفاوت است که شناسایی شود. جوانوویچ می‌گوید: بسته به اینکه ما اورانیوم ۲۳۵ را ببینیم یا اورانیوم ۲۳۸، مولکول‌ها رنگ‌های کمی متفاوت را می‌تابانند. در بیشتر موارد، سیستم‌های تشخیص انتظار دارند از شکاف‌های خودبه‌خودی اورانیوم ۲۳۵ پرتو دریافت کنند یا سبب ایجاد شکاف‌هایی با پرتاب نوترون به آیتم‌های مشکوک شوند.

این روش‌های سنتی می‌تواند داخل یک‌بسته را ببیند و حتی داخل برخی محافظ‌ها که منظور شده تا از تابش نور به بیرون ممانعت کند. جوانوویچ در ادامه توضیح می‌دهد: در این روش جدید نیاز است که اورانیوم در گرد و غبار حوالی بندرگاه و در یک سیستم غنی‌سازی محرمانه افشا شود، اما در خارج از فضای سایت نیز قابل تشخیص است. این سیستم می‌تواند طوری تنظیم شود که متناسب با فضای پشت کامیون، یک جعبه کوله پشتی یا حتی یک هواپیمای بدون خلبان شکل بگیرد. جوانوویچ و همکارانش به حق دسترسی به مواد هسته‌ای در درجه تسلیحاتی در ایالت پنسیلوانیا دست پیدا کرده‌اند. آنها برای اینکه اورانیوم ۲۳۵ را از اورانیوم ۲۳۸ تشخیص دهند، نمونه را در داخل یک فضای خالی بار کردند و در تماس با لیزری قرار دادند که چند متر دورتر از آن قرار دارد.

لیزر، پلاسمایی از هوا و اورانیوم را در سطح آن نمونه ایجاد کرد و گروه، نور را از طریق یک سیستم نوریاب برداشت؛ سیستمی که یک متر دورتر از نمونه بود. جوانوویچ پیش‌بینی می‌کند این روش در دیگر موضوعات مربوط به تجهیزات هسته‌ای نیز جواب دهد و اگر به طور نمونه یک بمب هسته‌ای منفجر شود، می‌توان فهمید چه موادی در آن بوده و از کدام سو آمده است. دانشمندان برای دستیابی به درست‌ترین تحلیل‌ها نیاز به نمونه‌های جمع شده از محل انفجار دارند، اما انجام تحلیل از دور و با یک فاصله، امن‌تر و سریع‌تر خواهد بود و می‌تواند در کارآمد کردن تجهیزات هسته‌ای و انجام فعالیت‌هایی مانند نظارت بر تولید سوخت هسته‌ای و حصول اطمینان از سطوح مناسبی از غنی‌سازی مفید و موثر باشد. اورانیوم به‌طور طبیعی فلزی است سخت، سنگین، نقره‌ای و پرتوزا. این فلز کمی نرم‌تر از فولاد و به‌طور معمول غیرقابل‌انعطاف است. اورانیوم یکی از چگال‌ترین فلزات پرتوزاست که در طبیعت یافت می‌شود. چگالی آن ۶۵درصد بیشتر از سرب و کمی کمتر از طلاست. ایزوتوپ U۲۳۵ اورانیوم در نیروگاه‌های انرژی هسته‌ای به‌عنوان سوخت و در سلاح‌های‌اتمی به‌عنوان ماده منفجره استفاده می‌شود.