Hidrogenska bomba

Termonuklearna, vodonična ili hidrogenska bomba (skraćeno H-bomba), je bomba čija se eksplozivna snaga zasniva na energiji koja se oslobodi pri fuziji izotopa vodonika ili nekih sličnih lakih atomskih jezgara. Svo nuklearno oružje, pored razornog dejstva, ima još radioaktivno i toplotno dejstvo. Kako najveći deo radioaktivnosti potiče iz same bombe, H-bombe se nazivaju i čiste bombe, jer su produkti fuzije lakih atomskih jezgara, uglavnom neradioaktivni izotopi. Do sada nijedna hidrogenska bomba nije iskorištena u ratne svrhe, ali su vršena nuklearna testiranja ove vrste bombe. Većina testova je vršena pod vodom i u pustinji zbog rizika od uništenja okoline. Prva termonuklearna bomba je eksplodirala 1952. u mestu Eenewetak u SAD, a druga 1953. godine u Rusiji.

Princip rada hidrogenske (nuklearne) bombe: fisiona bomba koristi zračenje da kompresuje i ugreje odvojene delove fuzionog goriva

Termonuklearno ili fuziono oružje je druga generacija dizajna nuklearnog oružja koja ima mnogo veću destruktivnu moć od atomskih bombi prve generacije. Moderna fuzijska oružja sastoje se uglavnom od dve glavne komponente: nuklearno fisione primarne faze (čije gorivo su uranijum-235 ili plutonijum-239) i zasebne nuklearno fuzione sekundarne faze u kojoj se koristi termonuklearno gorivo: teški vodonični izotopi deuterijum i tricijum, ili u modernom oružju litijum deuterid. Fuziona eksplozija počinje sa detonacijom fisionog primarnog stupnja. Njena temperatura je viša od približno sto miliona Kelvina, te ona intenzivno isijava termalnu x-radijaciju. Ovi X-zraci poplavljuju prazninu („radijacioni kanal” često ispunjen polistirenskom penom) između primarnog i sekundarnog sklopa smeštenog unutar ograđenog prostora koji se naziva radijaciona kutija, koji ograničava energiju X-zraka i odupire se istiskivanju. Rastojanje koje razdvaja dva sklopa osigurava da se fragmenti krhotina iz primarne fisije (koji se kreću znatno sporije od fotona X-zraka) ne mogu da razlože sekundarni sklop pre nego što se okonča fuziona eksplozija.

Sekundarna fuziona faza – koja se sastoji od potiskivača/zbijača, fuzionog goriva i plutonijumske svećica – biva implodirana pomoću energije X-zraka koji vrše pritisak prema unutrašnjosti. Ovim se vrši kompresija i povećava gustina plutonijumske svećice u centru bombe. Gustina plutonijumskog goriva se povišava do te mere da se svećica dovodi do superkritičnog stanja, i započinje lančana reakcija nuklearne fisije. Tako proizvedeni fisioni produkti zagrevaju visoko komprimovano, i stoga supergusto, termonuklearno gorivo koje okružuje svećicu do oko tri stotine miliona Kelvina, inicirajući fuzione reakcije u jezgrima fuzionog goriva. U modernom oružju čije gorivo je litijum deuterid, fisiona plutonijumska svećica isto tako emituje slobodne neutrone koji se sudaraju sa litijumskim jezgrima i snabdevaju tricijumsku komponentu termonuklearnog goriva.

Mehanizam radijacione implozije iskorištava temperaturnu razliku između toplog okružujućeg radijacionog kanala sekundarnog stupnja i relativno hladne unutrašnjosti. Ova temperaturna razlika se nakratko održava pomoću masivne toplotne barijere zvane „potiskivač/zbijač”, koja isto tako služi kao implozioni podešavač, povećavajući i produžavajući kompresiju sekundarnog sklopa. Ako je napravljen od uranijuma, obogaćenog uranijuma ili plutonijuma, on može da zarobi fisione neutrone proizvedene fisionom reakcijom i da sam podlegne fisiji, povećavajući sveukupni eksplozivni prinos. Osim toga, pojedina rešenja isto tako sadrže radijacione kutije od fisilnog materijala koji podleže fisiji. Rezultat je da takve bombe imaju treću tercijarnu fisionu fazu, i većina sadašnjih Teler–Ulam implementacija su oružja sa fisijom-fuzijom-fisijom. Fisija zbijača ili radijacione kutije predstavlja jedan od glavnih doprinosa ukupnom prinosu i time se proizvode radioaktivni fisioni proizvodi nuklearnih padavina.

Način funkcionisanja

Termonuklearna bomba se sastoji od atomske bombe u sredini i dva omotača oko nje. Atomsku bombu okružuje jedinjenje litijuma i deuterijuma, a oko ovog omotača se nalazi veliki štitni spoljašnji omotač od materijala koji je podložan procesu fisije. Veliki spoljašnji omotač drži sve komponente bombe na okupu kako bi se dobila moćnija eksplozija.

Neutroni iz atomske eksplozije uzrokuju spajanje vodonikovih jezgara i dobijanje helijuma, tricijuma i energiju. Eksplozija atomske bombe zatim stvara visoke temperature neophodne za proces fuzije. Eksplozija same hidrogenske bombe stvara veoma visoke temperature u trenutku eksplozije. Najviše temperature su blizu njenog jezgra i u ovoj zoni skoro sva prisutna materija ispari i formira gas pod velikim pritiskom. Pri iznenadnom povećanju pritiska, gas se od centra širi u obliku jakog udarnog talasa, čija jačina opada udaljavanjem od centra eksplozije. Ovaj talas sadrži većinu oslobođene energije i je odgovoran za glavni dio destruktivnog mehaničkog efekta nuklearne eksplozije. Širenje udarnog talasa i njegovi efekti veoma zavise od toga da li se eksplozija desila u vazduhu, pod vodom ili pod zemljom.

Istorijat

Priča o fuzionoj bombi je postala aktuelna od 1942. godine, kada je Edvard Teler, američki nuklearni fizičar mađarskog porekla, na jednom seminaru posvećenom atomskom oružju podsetio publiku na ideju Enrika Fermija o „superbombi“. Fermi je smatrao da bi bomba koja bi funkcionisala na isti način kao i Sunce bila u stanju da oslobodi nezamislivu količinu energije. Iako je Teler smatrao da bi hidrogenska bomba mogla da bude napravljena do kraja rata, ostao je potpuno usamljen u istraživanjima i bez Openhajmerove podrške, delimično i zato što je aktuelni projekat „Menhetn“ bio dovoljno komplikovan.

Zbog toga što su za pokretanje procesa fuzije potrebni ogromni pritisci i visoka temperatura, Teler je veliku atomsku bombu zamislio kao potencijalni upaljač. Ipak, on nije uspeo da definiše tehnički koncept H-bombe sve dok matematičar Stanislav Ulam nije za sredstvo inicijalne kompresije i zagrevanja fuzionog materijala iskoristio zračenje.

Bacanje prvih atomskih bombi na japanske gradove Hirošimu i Nagasaki obeležilo je kraj Drugog svetskog rata. Iako je postojala polemika o tome da li treba razvijati nuklearna oružja poput H-bombe, akademsku raspravu prekinuo je predsednik Truman, koji je 31. januara 1950. godine doneo odluku da se pristupi izradi fuzione bombe.

Eksplozija hidrogenske test bombe

Amerikanci su prvu hidrogensku bombu, sa deuterijumom kao gorivom i „klasičnom“ fisionom bombom kao kapislom, testirali na jednom malom ostrvu u Maršalovom arhipelagu, 1. novembra 1952. godine. Testiranje je obavljeno statički, na specijalno konstruisanoj platformi a ne bacanjem iz vazduha, pošto nijedan tadašnji bombarder nije mogao da ponese bombu tešku preko 64 tone. Rušilačka moć eksplozije prevazišla je čak i Telerova očekivanja. Njena snaga procenjena je na 10,5 megatona, što je 450 puta više od snage bombe bačene na Nagasaki. Probno ostrvo je bukvalno isparilo, a na njegovom mestu stvoren je podvodni krater širok dva kilometra i dubok pedeset metara.

Već 12. avgusta 1953. Sovjeti su testirali H-bombu koju je konstruisao Andrej Saharov. Iako je jačina ove bombe bila znatno ispod jednog megatona, ipak se radilo o pokretnom oružju koje se moglo natovariti na avion i lansirati na američke gradove. Teler je ovaj trenutak iskoristio da ojača svoju poziciju u armijskim i državnim strukturama, a pomoć mu je neočekivano stigla od strane Makartija.

Krajem februara 1954. godine, Teler je na jednom veštačkom ostrvu u Bikini arhipelagu testirao prvu američku termonuklearnu bombu koja se mogla izbaciti iz bombardera (eksperiment „Castle Bravo“). Bila je to najveća nuklearna proba i, istovremeno, najveći nuklearni incident u čitavoj američkoj istoriji. Neočekivano velika eksplozija od 15 megatona (dva puta veća od očekivane), u kombinaciji sa nepovoljnim vremenskim uslovima izazvala je radiološku kontaminaciju na preko 7000 km². Iako su brojna ostrva hitno iseljena pred naletom radioaktivne magle, za mnoge ozračene stanovnike nije bilo spasa. Tokom narednih decenija masovno su umirali od raka i drugih bolesti izazvanih radijacijom.

Saharov i Kurčatov konstruisali su sovjetsku „Car bombu“ jačine 50 megatona. Prilikom testa izvedenog u arktičkoj pustinji 30. oktobra 1961. godine nastala je nuklearna pečurka visoka 65 i široka 40 km pri čemu je snaga eksplozije dostigla skoro dva procenta snage Sunca. Bomba je, ipak, bila krajnje nepraktična: suviše velika za klasične bombardere, suviše malog dometa za one specijalno prerađene, suviše glomazna za klasične projektile.

Do današnjeg dana H-bomba je zadržala svoje mesto u skladištima velikih sila.

Polemika o H-bombi

Britanska nuklearna bomba

Nakon što su eksplodirale fisione bombe nad Hirošimom i Nagasakijem, u naučnoj javnosti porastao je otpor prema razvoju još strašnijih oružja za masovno uništenje, bilo iz moralnih, bilo iz pragmatičnih razloga.

• S jedne strane, bilo je jasno da H-bomba može da služi isključivo kao instrument genocida nad civilnim stanovništvom s obzirom da njena razorna moć generalno isključuje mogućnost lokalizovane upotrebe.
• Drugo mišljenje je bilo da će rad na američkoj H-bombi biti skup i neizvestan, kao i da će odgovorom Sovjetskog Saveza započeti trka u naoružanju. Najjači glas protivljenja došao je od Openhajmera, koji nije želeo da vidi H-bombu u strateškom arsenalu američke vojske smatrajući da će, pre ili kasnije, Sovjeti imati istu takvu. Pritom je smatrao i da Amerika ima znatno veći broj gusto naseljenih urbanih celina pogodnih za gađanje superbombama, dok je broj sličnih meta u Rusiji relativno mali.

Literatura

• Hansen, Chuck (1988). U.S. nuclear weapons: The secret history. Arlington, TX: Aerofax. ISBN 978-0-517-56740-1. 
• "Engineering and Design of Nuclear Weapons" from Carey Sublette's Nuclear Weapons FAQ.
• Hansen, Chuck (1995). The Swords of Armageddon: U.S. nuclear weapons development since 1945. Sunnyvale, CA: Chukelea Publications. 
• Dalton, E. G. Barroso (2009). The physics of nuclear explosives. in Portuguese. (São Paulo, Brazil: Editora Livraria da Física. ISBN 978-85-7861-016-6. .
• DeGroot, Gerard, "The Bomb: A History of Hell on Earth", London: Pimlico. 2005. ISBN 978-0-7126-7748-6.
• Peter Galison and Barton Bernstein, "In any light: Scientists and the decision to build the Superbomb, 1942-1954" . Historical Studies in the Physical and Biological Sciences. 19 (2).  (1989): 267-347.
• German A. Goncharov, "American and Soviet H-bomb development programmes: historical background" (trans. A.V. Malyavkin), . Physics—Uspekhi (PDF). 39 (10) http://www.fas.org/nuke/guide/russia/nuke/goncharov-h-bomb.pdf.  (1996): 1033—1044. Available online (PDF)
• Holloway, David (1994). Stalin and the bomb: The Soviet Union and atomic energy, 1939-1956. (New Haven, CT: Yale University Press. ). ISBN 978-0-300-06056-0. 
• Rhodes, Richard (1995). Dark sun: The making of the hydrogen bomb. (New York: Simon and Schuster). ISBN 978-0-684-80400-2. 
• S.S. Schweber (2000). In the shadow of the bomb: Bethe, Oppenheimer, and the moral responsibility of the scientist. (Princeton, N.J.: Princeton University Press. ). ISBN 978-0-691-04989-2. 
• Gary Stix, "Infamy and honor at the Atomic Café: Edward Teller has no regrets about his contentious career", Scientific American (October 1999): 42-43.
• Khariton, Yulii Borisovich; Smirnov, Yuri (1993). The Khariton version . 49 (4) [http://books.google.com/books?id=qQwAAAAAMBAJ&lpg=PA20&dq=Khariton&as_pt=MAGAZINES&pg=PA20 http://books.google.com/books?id=qQwAAAAAMBAJ&lpg=PA20&dq=Khariton&as_pt=MAGAZINES&pg=PA20].  [[Kategorija:Stranice sa izvorima bez naslova]][[Kategorija:Stranice sa izvorima i URL-om bez naslova]]. Bulletin of the Atomic Scientists. 
• De Geer, Lars-Erik (1991). „The radioactive signature of the hydrogen bomb” (PDF). Science and Global Security. 2: 351—363. doi:10.1080/08929889108426372. 

Spoljašnje veze

Principi

• "Hydrogen bomb / Fusion weapons" at GlobalSecurity.org (see also links on right)
• "Basic Principles of Staged Radiation Implosion (Teller–Ulam)" from Carey Sublette's NuclearWeaponArchive.org.
• "Matter, Energy, and Radiation Hydrodynamics" from Carey Sublette's Nuclear Weapons FAQ.
• "Engineering and Design of Nuclear Weapons" from Carey Sublette's Nuclear Weapons FAQ.
• "Elements of Thermonuclear Weapon Design" from Carey Sublette's Nuclear Weapons FAQ.
• Annotated bibliography for nuclear weapons design from the Alsos Digital Library for Nuclear Issues

Istorija

• PBS: Race for the Superbomb: Interviews and Transcripts Архивирано на сајту Wayback Machine (11. март 2017) (with U.S. and USSR bomb designers as well as historians).
• Howard Morland on how he discovered the "H-bomb secret" (includes many slides).
• The Progressive November 1979 issue – "The H-Bomb Secret: How we got it, why we're telling" (entire issue online).
• Annotated bibliography on the hydrogen bomb from the Alsos Digital Library
• University of Southampton, Mountbatten Centre for International Studies, Nuclear History Working Paper No5.
• Peter Kuran's "Trinity and Beyond" – documentary film on the history of nuclear weapon testing.