Bomba wodorowa a bomba atomowa: na czym polega różnica
Bomba atomowa czerpie energię z rozszczepiania ciężkich jąder. Bomba wodorowa bierze jej większość z łączenia jąder lekkich, a do rozruchu potrzebuje bomby atomowej w środku. To krótka odpowiedź. Praktyczna różnica to moc: dwie bomby użyte w wojnie w 1945 roku uwolniły 15 i 21 kiloton, a pierwsza bomba wodorowa, przetestowana siedem lat później, 10 400 kiloton.
| Bomba atomowa (rozszczepieniowa) | Bomba wodorowa (termojądrowa) | |
|---|---|---|
| Reakcja | Ciężkie jądra rozszczepiają się w reakcji łańcuchowej | Lekkie jądra łączą się, do tego dużo rozszczepienia |
| Paliwo | Uran-235 lub pluton-239 | Deuterek litu i tryt, z rozszczepieniowym zapalnikiem |
| Jak się zaczyna | Materiał wybuchowy łączy masę krytyczną | Bomba atomowa (stopień pierwotny) zapala stopień syntezy |
| Typowa moc | Od 1 do kilkudziesięciu kiloton; największa próba: 500 kt | Od setek kiloton do megaton; przetestowano 50 Mt |
| Pierwsza próba | Trinity, lipiec 1945 | Ivy Mike, listopad 1952 |
| Użyta w wojnie | Hiroszima i Nagasaki | Nigdy |
Rozszczepianie i łączenie
Gdy neutron uderza w jądro uranu-235 lub plutonu-239, jądro rozpada się na dwa lżejsze fragmenty i wyrzuca dwa lub trzy nowe neutrony. Jeśli w jednym miejscu jest ciasno upakowane dość materiału, neutrony te rozszczepiają kolejne jądra, a liczba rozszczepień podwaja się mniej więcej co setną część mikrosekundy. Całe wyzwolenie energii trwa krócej niż jedną milionową sekundy.
Synteza biegnie w drugą stronę. Jądra ciężkiego wodoru, deuteru i trytu, zostają zmuszone do połączenia się w hel, a utracona przy tym masa zamienia się w energię. W przeliczeniu na kilogram synteza deuteru z trytem daje około cztery razy więcej energii niż rozszczepienie uranu. Haczyk tkwi w temperaturze: dziesiątki milionów stopni, czego żaden materiał wybuchowy nie zapewni.
Dlaczego w bombie wodorowej siedzi bomba atomowa
Jedynym praktycznym źródłem ciepła potrzebnego do syntezy jest wybuch rozszczepieniowy. W dwustopniowej konstrukcji opracowanej w 1951 roku przez Edwarda Tellera i Stanisława Ulama najpierw wybucha bomba rozszczepieniowa zwana stopniem pierwotnym. Jej promieniowanie rentgenowskie, pędzące z prędkością światła, wypełnia obudowę i ściska stopień wtórny, zanim fala wybuchu zdąży rozerwać ładunek. Sprężone paliwo zapala się.
Stopień wtórny jest owinięty uranem, a strumień szybkich neutronów z syntezy rozszczepia także ten uran. W wielu ładunkach termojądrowych mniej więcej połowa całkowitej mocy pochodzi z tego ostatniego etapu rozszczepienia. Nazwa «bomba wodorowa» jest więc prawdziwa tylko w połowie: to bomba rozszczepieniowo-syntezowo-rozszczepieniowa.
Od 1945 do 1952 roku
Bomba rozszczepieniowa była owocem wojennego Projektu Manhattan. Hiroszimę zniszczyła uranowa konstrukcja działowa, której nigdy wcześniej nie testowano; Nagasaki plutonowa bomba implozyjna identyczna z ładunkiem z próby Trinity. Po wojnie bomby rozszczepieniowe szybko rosły, ale natrafiły na sufit. Im więcej materiału rozszczepialnego włoży się do jednego ładunku, tym trudniej powstrzymać go przed przedwczesną reakcją. Największa czysto rozszczepieniowa bomba, jaką kiedykolwiek przetestowano, Ivy King z 1952 roku, miała moc 500 kiloton.
Dwa tygodnie wcześniej Stany Zjednoczone przetestowały Ivy Mike, ważącą 74 tony chłodzoną aparaturę wypełnioną ciekłym deuterem. Dała 10,4 megatony i starła z mapy wyspę. W ciągu dwóch lat ciekłe paliwo zastąpiono stałym deuterkiem litu i bomba wodorowa zmieściła się w samolocie. Prawdziwa radziecka broń dwustopniowa pojawiła się w 1955 roku, brytyjska w 1957, chińska w 1967, a francuska w 1968.
Co leży dziś w arsenałach
Niemal każda głowica strategiczna rozmieszczona przez Stany Zjednoczone, Rosję, Wielką Brytanię, Francję i Chiny jest termojądrowa. Poza samą mocą ta konstrukcja ma jeszcze jedną zaletę: jest wydajna. Współczesna dwustopniowa głowica ważąca kilkaset kilogramów ma moc kilkuset kiloton, dzięki czemu jeden pocisk może nieść ich kilka. Czysto rozszczepieniowe ładunki pozostają punktem wyjścia dla nowych państw jądrowych, a stopnie pierwotne współczesnych głowic same są ładunkami rozszczepieniowymi, wzmocnionymi niewielką porcją mieszaniny deuteru i trytu.
Częste pomyłki
Czy bomba jądrowa to to samo co bomba atomowa? «Broń jądrowa» obejmuje oba rodzaje. «Bombą atomową» nazywa się zwykle tylko ładunki rozszczepieniowe.
Czy bomba wodorowa jest bardziej radioaktywna? Niekoniecznie. Opad zależy głównie od tego, ile zachodzi rozszczepień i czy kula ognista dotyka ziemi. „Czysta” konstrukcja z niewielką ilością uranu w stopniu wtórnym daje mniej opadu na kilotonę; wybuch naziemny o dużej mocy daje go bardzo dużo.
Czy bombę wodorową można zbudować dowolnie dużą? W zasadzie stopnie można łączyć; radziecka Car-bomba miała trzy i była zaprojektowana na 100 megaton. W praktyce taka broń nie ma zastosowania wojskowego, co pokazuje historia Car-bomby.
Aby porównać oba rodzaje na mapie, wybierz w symulatorze Little Boya, a potem współczesną głowicę o mocy 800 kiloton. Szczegóły każdej konstrukcji opisuje strona jak działa broń jądrowa.