Termonukleárna zbraň

Termonukleárne zbrane alebo termojadrové zbrane sú atómové nálože ktoré hlavnú časť uvoľnenej energie produkujú prostredníctvom jadrovej fúzie.

Príklady:

Vodíková bomba

Vodíková bomba je atómová bomba, ktorej hlavný zdroj energie tvoria ťažké izotopy vodíka – deutérium a trícium. Každá vodíková bomba obsahuje menšiu štiepnu nálož na báze uránu, plutónia alebo niektorého ďalšieho transuránu, ktorá funguje ako „rozbuška“ – poskytuje energiu na vytvorenie podmienok – teplotu niekoľko miliónov stupňov Celzia a tlak 1 000 TPa pre zapálenie jadrovej fúzie. Výsledkom môže byť výbuch o sile viac než 100 Mt (megaton) TNT, pri ktorom bomba ničí domy v okruhu 20 km a zapaľuje horľavé predmety do vzdialenosti 100 km. Horná hranica pre výkon vodíkovej nálože neexistuje, v možnostiach súčasnej technológie je výroba nálože s výkonom 1 gigatony TNT pri hmotnosti menej ako 250 ton. Teoretická hranica pomeru výkon/hmotnosť je asi 6 megaton na tonu hmotnosti, reálne sa dá údajne dosiahnuť pomer 5,2 – 5,5 Mt/t, ale pri praktickej aplikácii sa dosahuje maximálne 3 – 4 Mt/t. Spodná hranica výkonu je limitovaná výkonom štiepnej nálože.

Kobaltová bomba

Je to taktiež vodíková bomba, lenže v obale celej nálože je použitý kobalt, ktorý sa pôsobením neutrónov zmení na izotop ⁶⁰Co s polčasom rozpadu 5,24 roka a dlhodobo zamorí pôdu. Existujú aj iné riešenia podobného druhu. Na strednodobé zamorenie terénu (týždne až mesiace) sa dá použiť tantal a zinok, na krátkodobé (dni až týždne) zlato a sodík. Neexistuje žiadny dôkaz, že by ktorákoľvek jadrová mocnosť jadrovú zbraň s kobaltovým plášťom skutočne vyrobila.

Naopak, pokiaľ je zamorenie terénu nežiaduce, dá sa plášť či obal nálože zhotoviť z materiálu, ktorý silne pohlcuje neutróny a rádioaktívne izotopy nevytvára – napríklad bór. Táto možnosť ale nemá praktický význam – vonkajší plášť nálože ma totiž odrážať röntgenové žiarenie späť dovnútra nálože (pozri popis funkcie) – a bór ho odráža slabo.

Neutrónová bomba

Vodíková bomba malého alebo veľmi malého výkonu (jednotky kiloton alebo menej), čím je obmedzený jej deštruktívny účinok a naopak zosilnené vyžarovanie rôznych druhov žiarenia, hlavne neutrónov. Treba mať na pamäti, že obmedzenie deštrukčných účinkov a zosilnenie žiarenia je vždy relatívne, teda v pomere k podobným zbraniam s väčším celkovým výkonom. Dosah ničivých efektov tlakovej vlny a svetelného žiarenia pri zmenšovaní výkonu klesá rýchlejšie ako dosah prenikavej radiácie a neutrónov. Tiež rádioaktívne zamorenie je vzhľadom na malý kaliber nálože, a teda aj malú celkovú hmotnosť, menšie.

Propagandisticky bola neutrónová bomba prezentovaná ako zbraň, ktorá zabíja ľudí a ponecháva stavby nedotknuté. Skutočným vojenským účelom bola možnosť viesť úder okamžite cez zasiahnuté územie.

Neutróny spôsobujú poškodenie buniek a zasiahnutý organizmus bez okamžitého liečenia môže zomierať i niekoľko rokov.

Konštrukcia vodíkovej bomby

Okrem prvých pokusných náloží žiadna vodíková bomba neobsahuje deutérium alebo trícium vo voľnom stave, ako plyn alebo ako skvapalnený plyn. Okrem toho, že by to vyžadovalo veľmi zložitú, rozmernú a ťažkú chladiacu aparatúru a tieto izotopy vodíka nemajú v plynnom ani v tekutom stave na efektívny termonukleárny výbuch dostatočnú hustotu. Okrem toho je trícium rádioaktívne a rozpadá sa s polčasom rozpadu cca 12,3 roku.

Ako náplň termonukleárnych zbraní sa požíva zlúčenina lítia s deutériom – deuterid lítny. Pre kvalitné zbrane sa lítium izotopovo čistí. Potrebné trícium vzniká z lítia pôsobením neutrónov z výbuchu štiepnej nálože. Ani samotné použitie deuteritu lítia však nezabezpečuje potrebné parametre pre efektívny výbuch, stlačenie a ohrev fúzneho materiálu je nedostatočný.

Obloženie štiepnej nálože fúznym palivom nezabezpečí dostatočný nárast výkonu nálože, predovšetkým preto, že fúzne palivo nie je dostatočne ohriate a pokiaľ aj je, je súčasne veľmi rýchle rozptýlené do priestoru expandujúcou oblasťou po štiepnom výbuchu.

Na to, aby štiepna nálož dokázala zapáliť fúznu reakciu, musí nejakým spôsobom preniesť energiu na fúzne palivo a toto stlačiť a ohriať na hodnoty potrebné na zapálenie fúznej reakcie. Na to existuje niekoľko možných mechanizmov:

• prúd neutrónov zo štiepnej nálože – neefektívne, respektíve nefunguje to
• rázová vlna štiepnej nálože – neefektívne, respektíve funguje to nedostatočne
• tlak žiarenia, konkrétne röntgenového z výbuchu štiepnej nálože – nedostatočne efektívne
• tlak plazmy vzniknutej odparením ľahkého materiálu vplyvom röntgenového žiarenia – málo efektívne
• tlak plazmy vzniknutej odparením ťažkého materiálu vplyvom röntgenového žiarenia – efektívne

Súčasné konštrukcie využívajú všetky možnosti, samozrejme najefektívnejší mechanizmus v najväčšej miere. Najpoužívanejší súčasný princíp konštrukcie je nazývaná v USA podľa tvorcov Ulam-Teller, v ZSSR „tretia idea“.

Konštrukcia

Princíp spočíva v tom, že fúzny materiál sa uzavrie do hrubostennej (valcovej alebo kužeľovitej) nádoby z ťažkého kovu (bežne sa používa izotop ²³⁸U) ktorá má v strede masívny tŕň z rovnakého materiálu, alebo častejšie – z plutónia. Rovnako masívne sú aj veká nádoby. Na jedno veko nádoby sa umiestni ochranný nárazník z ťažko taviteľného kovu, napríklad wolfrámu a nad nárazník sa umiestni štiepna nálož, najčastejšie implóznej (guľovej) konštrukcie. Priestor medzi štiepnou náložou a nádobou s fúznym materiálom sa vyplní materiálom s malou pohltivosťou pre röntgenové žiarenie a neutróny (napríklad polystyrénová alebo polyetylénová pena plnená vodíkom). Celá zostava je uzatvorená v obale, ktorý má z vnútornej strany vysokú odrazivosť pre neutróny a röntgenové žiarenie – napríklad z karbidu wolfrámu (nie je to úplne nevyhnutné, ale výrazne to zvyšuje efektívnosť ohrevu stien nádoby a tým celkový výkon nálože).

Funkcia

Je odpálená štiepna nálož (predstavuje prvý stupeň). Všetky deje, ďalej popísané, prebehnú v čase kratšom ako jedna mikrosekunda.

V jadre štiepnej nálože vzniká obrovská teplota a tlak. Ešte skôr, než začne oblasť štiepneho výbuchu expandovať, uniká z nej mohutný tok röntgenového a gama žiarenia, preniká celou konštrukciou nálože, je pohlcovaný v atómoch uránu a prudko ohrieva celú konštrukciu nádoby. Nádoba s fúznym materiálom, vrátane plutoniového tŕňa a okolitý materiál sa prudkým ohrevom odparí a zmení na plazmu. Steny a vnútorný tŕň sa premenia na plazmu s veľmi vysokou hustotou a expandujú – steny a veká smerom von a dovnútra a tŕň smerom von, k stenám nádoby – tým sa ale prudko stláča a ďalej ohrieva obsah nádoby – fúzne palivo. Preto je dôležité, aby boli steny nádoby z uránu a trň z plutónia - urán a plutónium majú aj v stave plazmy výrazne vyššiu hustotu ako deuterid lítia. V tejto chvíli už začína expandovať aj priestor výbuchu štiepnej nálože a unikajú z neho rýchle neutróny. Rýchle neutróny štiepia lítium a vzniká trícium. Wolframový nárazník na veku nádoby sa vplyvom tlaku žiarenia a expandujúcej oblasti štiepneho výbuchu začína pohybovať proti dnu nálože a ďalej stláča jej obsah. Tlak a teplota štiepneho materiálu, teraz už žeravej zmesi deutéria a trícia, dosiahne teplotu a tlak potrebný na zapálenie fúznej reakcie. Vzniká hélium a uvoľňujú sa neutróny.

Rýchle neutróny sú zachytené v jadrách ²³⁸U, ktorý pôvodne tvoril konštrukciu nádoby a štiepia ich, čim sa uvoľňuje ďalšia energia. Ďalšie posilnenie nálože o tretí stupeň je možné tým, že z ²³⁸U bude zhotovený aj celý vonkajší obal nálože.

Pozri aj

• Cár bomba