0
Bomba wodorowa to oręż, którego siły nie sposób przyrównać do żadnej konwencjonalnej broni. Testowe eksplozje ujawniły nie tylko jej moc, ale przyczyniły się także do rozwoju nauki. Jak działa bomba wodorowa i czy można porównać ją do bomby atomowej?
Bomba wodorowa – czym dokładnie jest i na jakiej zasadzie działa?
Gdy 6 sierpnia 1945 roku amerykański bombowiec B–29 zrzucił na japońskie miasto Hiroszima bombę Little Boy, ludzkość weszła w epokę atomową. Eksplozja o mocy ok. 15 kiloton trotylu i temperaturze 300 000 ℃ doprowadziły do całkowitej destrukcji miasta i natychmiastowej śmierci ponad 80 000 ludzi (nie licząc śmierci późniejszych, związanych np. z promieniowaniem). Trzy dni później ten sam los spotkał miasto Nagasaki. Choć niszczycielskie skutki mogły przerażać, stały się wstępem do budowy broni jeszcze bardziej destrukcyjnej – bomby wodorowej.
Co to jest bomba wodorowa (termojądrowa)? Jest to ładunek wybuchowy wyzwalający energię w wyniku reakcji łańcuchowej. Pod wpływem wysokiej temperatury dochodzi do fuzji jądrowej izotopów wodoru, którymi są deuter i tryt. Oznacza to, że dwa lżejsze jądra deuteru i trytu łączą się w jedno, cięższe jądro helu.
Do zapoczątkowania tej reakcji konieczny jest ładunek inicjujący, którego głównym składnikiem jest radioaktywny uran lub pluton. Rozszczepienie jąder jednego z tych pierwiastków umożliwia bombardowanie jąder kolejnego pierwiastka – litu – neutronami właśnie uranu lub plutonu. To z kolei pozwala na wygenerowanie wspomnianego trytu, który w wyżej opisanej fuzji jądrowej tworzy hel.
Ten typ bomby określany jest ładunkiem dwufazowym. W fazie pierwszej dochodzi do rozszczepienia jąder uranu lub plutonu. Umożliwia to przejście do fazy drugiej, czyli syntezy deuteru i trytu w hel.
Co ciekawe, fazę pierwszą można pominąć. Jednak o ile deuter jest izotopem stabilnym (co oznacza, że nie następuje proces jego rozpadu), tak tryt ma krótki okres półtrwania (12,32 roku). Lepszym rozwiązaniem jest więc otrzymanie go w wyniku rozszczepienia pierwiastków radioaktywnych już w trakcie detonacji. Powód jest prozaiczny – dzięki temu bombę wodorową można przechowywać znacznie dłużej, przez wiele lat.
Udoskonaloną wersją jest ładunek trójfazowy. W bombie o takiej konstrukcji ładunek jest dodatkowo otoczony powłoką złożoną z izotopów uranu lub (także radioaktywnego) toru. Ich rozszczepienie w wyniku dwóch pierwszych faz zwiększa siłę wybuchu bomby.
Ze względu na charakter tych procesów powyższą reakcję nazywa się właśnie łańcuchową. Zapoczątkowanie jednej reakcji (w tym wypadku rozszczepienia uranu lub plutonu) prowadzi do kolejnej, do której wyzwolenia nie jest już potrzebny czynnik inicjujący. Produktami tej reakcji są ciepło, światło i promieniowanie radioaktywne. To właśnie one (oślepiający rozbłysk, ekstremalnie wysoka temperatura i szkodliwe dla biologicznych organizmów promieniowanie jonizujące) stanowią o niszczycielskiej sile bomby wodorowej.
Sprawdź: Czym są kryształy czasowe? Czy będziemy świadkami przełomu w fizyce?
Bomba wodorowa vs bomba jądrowa – różnice
Wyjaśniliśmy już, jak działa bomba wodorowa. Biorąc pod uwagę fakt, że nazywana jest również bombą termojądrową, można zacząć się zastanawiać, jaka jest różnica między ładunkiem termojądrowym a jądrowym. Tak naprawdę rozbieżność między tymi pojęciami ogranicza się do semantyki.
Termin „bomba jądrowa” jest zbiorczym określeniem wszystkich rodzajów broni nuklearnej. W zakres tego pojęcia wchodzi zarówno bomba wodorowa (termojądrowa), jak i atomowa, neutronowa i kobaltowa. Jakie są między nimi różnice?
Bomba atomowa a wodorowa
Zasada działania bomby atomowej opiera się na wyzwoleniu energii w wyniku rozszczepienia ciężkich jąder atomowych izotopów pierwiastków radioaktywnych, czyli uranu lub plutonu. Nie dochodzi więc do fuzji lżejszych jąder pierwiastków w cięższe tak jak w bombie wodorowej.
Rozszczepienie jąder atomowych uzyskuje się poprzez bombardowanie pierwiastków neutronami. W wyniku tego działania jądra się rozpadają, emitując kolejne neutrony, co prowadzi do rozpadu kolejnych jąder.
Reakcję łańcuchową należy przeprowadzić jak najszybciej, ponieważ w sytuacji zbyt wolnego rozpadu materiału rozszczepialnego reakcja zostanie przerwana. Aby osiągnąć masę krytyczną, łączy się kilka porcji materiału rozszczepialnego (tzw. metoda działa) lub doprowadza się do jego zapadnięcia (metoda implozyjna). Z tego powodu, w celu przyspieszenia reakcji, używa się konwencjonalnego ładunku wybuchowego.
Bomba atomowa i wodorowa różnią się również siłą eksplozji. Zrzucone na Hiroszimę i Nagasaki bomby atomowe miały siłę odpowiednio 15 i 21 kiloton (kt). Moc wybuchu pierwszej bomby wodorowej to już 10,4 megatony (mt), czyli 10 400 kt.
Bomba neutronowa a wodorowa
Bomba neutronowa jest odmianą bomby wodorowej. Od klasycznej bomby wodorowej różni się brakiem płaszcza uranowego, który redukuje odległość, jaką mogą przemierzyć neutrony.
Siła wybuchu bomby neutronowej może być mniejsza niż wodorowej. Eksplozja nie powoduje również znacznego skażenia radioaktywnego terenu. Niszczycielską siłę ma za to pojawiające się w wyniku wybuchu promieniowanie neutronowe – rodzaj promieniowania jonizującego.
Zobacz: Kim był Nikola Tesla? Najważniejsze informacje o tym wielkim wynalazcy
Powstaje ono na skutek reakcji neutronów z materią i ich rozpadu na zjonizowane kwanty, powodując powstawanie kolejnych izotopów promieniotwórczych. Absorpcja promieniowania neutronowego przez tkanki organizmów żywych doprowadza, w zależności od przyjętej dawki, do choroby popromiennej (i w konsekwencji do śmierci) oraz powstawania nowotworów.
Bomba kobaltowa a wodorowa
Ten rodzaj bomby jądrowej posiada osłonę z kobaltu. Bombardowanie neutronami nieradioaktywnego, stabilnego izotopu kobalt–59 powoduje jego rozpad, a następnie powstanie promieniotwórczego izotopu kobalt–60. Jest on silnym źródłem bardzo szkodliwego promieniowania gamma.
Skażenie terenu jest znaczne, co uniemożliwia zamieszkiwanie na nim. Wystawienie się na działanie promieniowania gamma jest śmiertelne dla organizmów żywych.
Pierwsza zdetonowana bomba wodorowa
Powstanie bomby wodorowej było konsekwencją wytworzenia się nowego porządku politycznego po II wojnie światowej i zapoczątkowanej wraz z nim Zimnej Wojny między USA i ZSRR. Posiadające od 1945 roku technologię broni jądrowej Stany Zjednoczone uzyskały ogromną przewagę militarną nad resztą świata.
Doprowadziło to do intensyfikacji prac nad własną bombą atomową przez ZSRR i do udanej próby detonacji w 1949 roku. Wyrównanie sił między mocarstwami skłoniło Amerykanów do stworzenia broni jeszcze bardziej śmiercionośnej.
Kilka lat prac przyniosło w końcu efekt. Pierwsza bomba wodorowa została zdetonowana 1 listopada 1952 roku. Bomba o nazwie Ivy Mike wybuchła z siłą 10,4 mt na Eniwetok, atolu wchodzącym w skład Wysp Marshalla na Oceanie Spokojnym.
W wyniku eksplozji powstała kula ognia o średnicy około 3 km. Wysokość tzw. grzyba atomowego osiągnęła 41 km a rozpiętość – 32 km. W ziemi powstał również krater o średnicy ok. 2 km i głębokości 50 m.
Dzięki lotnikom udało się zebrać do specjalnie przerobionych zbiorników paliwa próbki skażonego powietrza z grzyba atomowego, które następnie poddano badaniom w USA. W ten sposób odkryto dwa nowe pierwiastki – einstein i ferm.
Polski wkład w opracowanie ładunku termojądrowego
Znaczny postęp technologiczny po II wojnie światowej był możliwy dzięki wysiłkowi naukowców z różnych stron świata. Jednym z potwierdzających tę tezę przykładów jest właśnie bomba wodorowa. Przy budowie tej broni pracował również Polak – nazywał się Stanisław Ulam i urodził się w 1909 roku we Lwowie.
Od młodości przejawiał zainteresowanie naukami ścisłymi, zwłaszcza matematyką. W 1927 roku rozpoczął studia na Politechnice Lwowskiej. W 1933 roku obronił doktorat z matematyki. W późniejszych latach był zapraszany na wykłady na wielu znanych uniwersytetach Europy takich jak Sorbona i Cambridge.
Od 1935 roku przebywał w USA, gdzie wykładał m.in. na Harvardzie. W 1943 roku otrzymał propozycję uczestnictwa w tajnym wojskowym projekcie Manhattan. Jego celem była właśnie budowa bomby wodorowej. Zadaniem Ulama było wykonywanie obliczeń hydrodynamicznych potrzebnych do uzyskania implozji w kształcie sfery. Symetria i szybkość implozji były bowiem kluczowymi kwestiami dla zaistnienia reakcji łańcuchowej.
Praca Polaka zakończyła się sukcesem. Po II wojnie światowej Stanisław Ulam kontynuował pracę akademicką. Zmarł w 1984 roku w Santa Fe w USA.
Car–bomba – największa zdetonowana do tej pory bomba wodorowa
Wyścig zbrojeń między USA i ZSRR prowadził do powstawania coraz bardziej śmiercionośnych ładunków. Apogeum tego wyścigu przypadło na szczytowy okres Zimnej Wojny, jakim był początek lat 60.
Największa bomba wodorowa, jaką dotychczas zdetonowano, to wyprodukowana w ZSRR Car–bomba. Została stworzona na polecenie I sekretarza KC KPZR Nikity Chruszczowa jako demonstracja radzieckiej potęgi militarnej. Ze względu na ogromną wagę, która wynosiła 27 ton, nie miała militarnego zastosowania. W warunkach bojowych samolot z tak ogromnym ładunkiem byłby po prostu zbyt łatwym celem do przechwycenia.
Na potrzeby eksperymentu dostosowano bombowiec Tupolew Tu–95W, pod którym podwieszono Car–bombę. 30 października 1961 roku zrzucił on ładunek z wysokości 10,5 km na archipelag Nowa Ziemia na Oceanie Arktycznym. Sam wybuch nastąpił na wysokości 4 km.
Jego siła nie jest dokładnie znana. Według strony amerykańskiej wynosiła 58 mt, według radzieckiej – 50 mt. W wyniku eksplozji wytworzyła się ognista kula o 8 km średnicy. Grzyb atomowy miał wysokość 60 km i 40 km średnicy i można było go zobaczyć nawet z miejsc oddalonych od rejonu eksplozji o 900 km. Detonacja doprowadziła do wytworzenia się fali sejsmicznej, która trzykrotnie okrążyła Ziemię. Niektóre wysepki archipelagu na skutek wybuchu zostały całkowicie unicestwione.
Bomba wodorowa to najbardziej niszczycielska broń stworzona przez ludzkość. Choć dzięki niej udało dokonać fuzji jądrowej i poznać nowe pierwiastki, pozostaje mieć nadzieję, że tego ponurego reliktu Zimnej Wojny nikt nigdy już nie wykorzysta przeciwko innym ludziom.
