水爆と原爆の違いをわかりやすく解説

原子爆弾は重い原子を割ってエネルギーを得ます。水素爆弾はエネルギーの大半を軽い原子の融合から得ますが、その火をつけるために内部に原子爆弾を必要とします。これが短い答えです。実際の違いは威力にあります。1945年に戦争で使われた2発の爆弾は15キロトンと21キロトンでしたが、その7年後に実験された最初の水素爆弾は10,400キロトンでした。

分裂と融合

中性子がウラン235やプルトニウム239の原子核に当たると、原子核は二つの軽い破片に割れ、2～3個の新しい中性子を放り出します。十分な量の物質が一か所に密に詰まっていれば、その中性子がさらに原子核を割り、核分裂の数はおよそ100分の1マイクロ秒ごとに倍になります。エネルギー放出の全体は100万分の1秒足らずで終わります。

核融合はその逆です。重い水素である重水素と三重水素の原子核を無理やり押しつけてヘリウムにすると、その過程で失われた質量がエネルギーに変わります。重さあたりで比べると、重水素・三重水素の核融合はウランの核分裂の約4倍のエネルギーを放出します。難点は温度です。数千万度という温度は、どんな化学爆薬でも作り出せません。

水素爆弾に原子爆弾が入っている理由

核融合に必要な熱を実用的に生み出せるのは、核分裂の爆発だけです。1951年にエドワード・テラーとスタニスワフ・ウラムが考案した2段式の設計では、まずプライマリと呼ばれる核分裂爆弾が爆発します。そのX線が光の速さで外殻の中に満ち、爆風が兵器を引き裂く前に第2段を圧縮します。圧縮された燃料が点火します。

セカンダリはウランで包まれていて、核融合から飛び出す高速中性子の奔流がそのウランも分裂させます。多くの熱核兵器では、全威力のおよそ半分がこの最後の核分裂から来ています。つまり「水素爆弾」という名前は半分しか正しくありません。実際には、核分裂・核融合・核分裂の爆弾なのです。

1945年から1952年へ

核分裂爆弾は戦時中のマンハッタン計画の産物でした。広島は一度も実験されていなかったウラン・ガンバレル型によって、長崎はトリニティの装置と同一のプルトニウム爆縮型によって破壊されました。戦後、核分裂爆弾は急速に大型化しましたが、やがて天井に突き当たります。一つの兵器に詰め込む核分裂性物質を増やすほど、早すぎる反応を防ぐのが難しくなるのです。実験された最大の純核分裂爆弾、1952年のアイビー・キングは500キロトンでした。

その2週間前、アメリカはアイビー・マイクを実験していました。液体重水素を満たした重さ74トンの冷却装置で、10.4メガトンを発生させ、島を一つ消し去りました。2年のうちに液体燃料は固体の重水素化リチウムに置き換えられ、水素爆弾は航空機に積める大きさになりました。ソ連の本格的な2段式兵器は1955年、イギリスは1957年、中国は1967年、フランスは1968年に続きました。

今日の核戦力にあるもの

アメリカ、ロシア、イギリス、フランス、中国が配備している戦略弾頭は、ほぼすべてが熱核兵器です。この設計には威力のほかにもう一つ利点があります。効率がよいのです。重さ数百キログラムの現代の2段式弾頭が数百キロトンの威力を持つため、1発のミサイルに複数を積めます。純粋な核分裂兵器は新たに核保有を目指す国の出発点であり続けていますし、現代の弾頭のプライマリもまた、少量の重水素・三重水素ガスでブーストされた核分裂装置です。

よくある混同

核爆弾と原子爆弾は同じもの？「核兵器」は両方の種類を含みます。「原子爆弾」はふつう核分裂兵器を指します。

水素爆弾のほうが放射能が強い？必ずしもそうではありません。放射性降下物の量は主に、どれだけ核分裂が起こったか、そして火球が地面に触れたかどうかで決まります。セカンダリのウランが少ないクリーンな設計はキロトンあたりの降下物が少なく、大威力の地表爆発は大量の降下物を生みます。

水素爆弾はいくらでも大きくできる？原理的には段を連ねることができ、ソ連のツァーリ・ボンバは3段で、100メガトンを想定して設計されました。しかし実際には、そのような兵器に軍事的な使い道はありません。ツァーリ・ボンバの物語がそれを示しています。

二つの種類を地図上で比べるには、シミュレーターでリトルボーイを選び、次に現代の800キロトン級弾頭を選んでください。それぞれの設計の詳細は核兵器のしくみで説明しています。