Jak działa broń jądrowa

Broń jądrowa czerpie energię nie z reakcji chemicznej, jak trotyl, lecz z samego jądra atomu. Jedna głowica wielkości lodówki może uwolnić więcej energii niż wszystkie bomby zrzucone podczas drugiej wojny światowej razem wzięte. Istnieją dwa podstawowe mechanizmy: rozszczepienie i synteza.

Obudowa bomby implozyjnej „Fat Man” — Bomba implozyjna „Fat Man”: konstrukcja plutonowa sprawdzona w próbie Trinity i zrzucona na Nagasaki.

Schemat łańcuchowej reakcji rozszczepienia — Łańcuchowa reakcja rozszczepienia: każde rozpadające się jądro uwalnia energię i neutrony, które rozszczepiają kolejne jądra.

Rozszczepienie: dzielenie ciężkich jąder

Niektóre ciężkie izotopy, uran-235 i pluton-239, uderzone neutronem rozpadają się na dwa lżejsze fragmenty, uwalniając energię i dwa lub trzy nowe neutrony. Jeśli odpowiednio dużo materiału jest upakowane dostatecznie ciasno (masa krytyczna), neutrony te wywołują kolejne rozszczepienia i reakcja rośnie wykładniczo: około 80 pokoleń podwojeń mieści się w czasie krótszym niż mikrosekunda.

Problem inżynierski polega na tym, by utrzymać materiał w stanie podkrytycznym aż do chwili detonacji. W 1945 roku zbudowano dwa rozwiązania:

Układ działowy: jeden kawałek uranu zostaje wystrzelony przez lufę w drugi. Rozwiązanie proste i tak niezawodne, że przed użyciem nigdy go w pełni nie przetestowano. Tak działał Little Boy, bomba zrzucona na Hiroszimę o mocy około 15 kiloton.
Implozja: kula plutonu zostaje ściśnięta do stanu nadkrytycznego przez precyzyjnie zsynchronizowane ładunki konwencjonalne. Tę konstrukcję sprawdzono w próbie Trinity i użyto w bombie Fat Man nad Nagasaki.

Czysto rozszczepieniowe ładunki kończą się na kilkuset kilotonach; największy, jaki kiedykolwiek przetestowano, Ivy King, miał moc około 500 kt.

Kula ognia próby jądrowej Trinity — Kula ognia Trinity, 1945 rok: pierwsza detonacja konstrukcji implozyjnej.

Synteza: skok termojądrowy

Synteza łączy lekkie jądra, deuteru i trytu, uwalniając jeszcze więcej energii na gram, ale wymaga temperatur rzędu dziesiątek milionów stopni. Jedyną praktyczną „zapałką” jest sama bomba rozszczepieniowa. W wielostopniowej konstrukcji Tellera–Ulama najpierw zostaje odpalony rozszczepieniowy „stopień pierwotny”, a jego promieniowanie rentgenowskie ściska i zapala fizycznie oddzielny „stopień wtórny” z paliwem do syntezy, zanim bomba sama się rozerwie. Stopnie można w zasadzie łączyć w nieskończoność i tak właśnie Związek Radziecki doszedł do 50 megaton w Car-bombie.

Większość współczesnych głowic to dwustopniowe konstrukcje termojądrowe, zwykle wzmocnione: kilka gramów mieszaniny deuteru i trytu wstrzykniętej do stopnia pierwotnego wyraźnie podnosi jego sprawność, dzięki czemu głowice mogą być małe, lekkie i bezpieczne, a mimo to mieć moc setek kiloton.

Dlaczego współczesne głowice są „mniejsze”

Pociski z czasów zimnej wojny były mało celne, więc mocarstwa nadrabiały to wielomegatonowymi głowicami. Gdy naprowadzanie się poprawiło, brutalną siłę zastąpiła precyzja: typowa rozmieszczona dziś głowica strategiczna, jak amerykańska W88 (455 kt) czy rosyjska głowica pocisku Topol (800 kt), jest o wiele słabsza od wielomegatonowych potworów z lat sześćdziesiątych, a jeden pocisk niesie teraz kilka niezależnie naprowadzanych głowic (MIRV) zamiast jednej olbrzymiej.

Zobacz różnicę na własne oczy

Najlepiej zrozumieć te liczby, porównując je na mapie: wypróbuj 15-kilotonową bombę z Hiroszimy, potem współczesną głowicę Topola o mocy 800 kt nad Waszyngtonem, a na koniec 50-megatonową Car-bombę, wszystko w symulatorze. Jak właściwie dochodzi do zniszczeń, opisuje strona o skutkach wybuchu jądrowego.