Második atom­fegy­ver­ke­zési ver­seny - II. rész

A második részben bemutatjuk milyen fejlesztési korlátokba ütközött az atombomba és kitérünk az "ítéletnap" fegyverekre is.

Mint korábbi cikkünkben kifejtettük, az atombombák fejlesztésénél a hatékonyság és kezdetben a rombolóerő növelése elsődleges volt. Azonban a fissziós bomba további fejlesztése falba ütközött, mivel méreteit nem lehet korlátlanul növelni. Egyfelől mert problémás jelentősebb mennyiségű hasadóanyagot úgy beleplántálni a bombába, hogy az anyag a kritikus tömeg alatt maradjon, másfelől még nehezebb elérni, hogy a hasadóanyag nagy hatásfokkal érje el a szuperkritikus állapotot, még mielőtt a reakció szétvetné azt.


Hirosima az atomrobbanás után - mindössze 15 kilotonnás volt
A nukleáris fegyverek hatóerejét a viszonylagos robbanóerő alapján határozzák meg: nagyságrendileg mennyi hagyományos TNT (trotil, trinitro-toluol) robbanótöltet pusztító hatásának felel meg. A Hirosimára ledobott Little Boy robbanóereje mintegy 15 000 tonna (15 kilotonna) TNT-vel volt egyenértékű, a Nagaszakira ledobott Fat Man pedig nagyságrendileg 21 kilotonnával.

Tudni kell ugyanakkor, hogy a hagyományos nukleáris fegyvereknél a felszabaduló energiának csak a felét teszi ki a robbanás ereje. Körülbelül 35%-a látható és ultraibolya tartományú fény, hő, valamint röntgensugárzás útján, a maradék 15% pedig radioaktív sugárzásként realizálódik. A hagyományos fissziós bombák robbanóereje jellemzően nem megy 150-200 kilotonna fölé, a legnagyobb ilyen töltet (amennyire a hozzáférhető információk alapján ez megállapítható) 500 kilotonnás robbanóerővel bírt.

Tuningolt fissziós bomba

A maghasadásról már volt szó, ott nehézelemek bomlottak le könnyebb elemekre. Ennek ellentéte a magegyesülés, amikor könnyűizotópokból nehezebb anyagok jönnek létre. Ez a fúzió, amivel az a legnagyobb probléma, hogy hihetetlen magas hőmérsékletre (és/vagy nyomásra) van szükség, hogy beinduljon, mégpedig nagyságrendileg százmillió Celsius-fokra. Az egyik legalapvetőbb fúzió a deutérium-trícium (D-T) fúzió, amelynél a két hidrogénizotóp egy héliumatommá olvad össze, miközben neutron szabadul fel. A felszabaduló neutron határozottan jól jön a fissziós bomba hatásfokának növelésére, hiszen még több maghasadás jöhetne létre a hasadóanyagban. Így jött létre a tuningolt fissziós bomba, ahol a berobbantási térben D-T-gáz található.


A D-T fúzió lezajlása
Említettük már, hogy a fissziós bombánál a hasadóanyagnak csak egy kisebb része hasad fel a láncreakció alatt (a Little Boy esetén mindössze alig 1,4%, de a legtöbb fissziós bombánál is általában 20% alatti az arány). Ezzel a megoldással viszont a hatásfokot jelentősen meg lehet növelni, és vele együtt a robbanóerőt is. Egy önmagában 20 kilotonna TNT-vel egyenlő robbanóerejű fissziós bomba ereje a tuningnak köszönhetően mintegy 40 kilotonnára nő. Ennek megfelelően a bomba előállítási költsége is csökkenhet, hiszen az adott robbanóerőhöz kevesebb hasadóanyagra lesz szükség.

A hidrogénbomba, vagyis termonukleáris fegyver

A tuningolt fissziós bomba alapján látható, hogy lehet még több energiát kisajtolni a nukleáris bombából, csak azt kell megoldani, hogy a fúzió mértékét tovább növeljük. Teller Ede és Stanislaw Ulam közösen dolgozta ki a többfokozatú nukleáris fegyvert (így a hidrogénbombát ismerik Teller-Ulam konstrukcióként is), de később a többi nagyhatalom tudósai is feltalálták ugyanezt. A probléma az, hogy a deutérium tárolása problémás, leginkább folyékony állapotban megoldható, de egy bomba belsejében az abszolút nulla fokhoz közeli hőmérsékletet fenntartani nem egyszerű, főleg nem praktikus. Megoldásként lítium és deutérium vegyületét (lítium-deuterid) alkalmazták, amely szilárd halmazállapotú, és viszonylag olcsó.


A kétfokozatú termonukleáris bomba felépítése
A lítium-deuterid a korai hidrogénbombáknál hengeres alakban volt elhelyezve U-238 burkolatban, a közepén egy üreges rúd alakú Pu-239 vagy U-235 gyújtógyertyával. A henger előtt egy fissziós bomba foglalt helyet, melynek a felrobbanása akkora nyomást hoz létre, hogy a henger összepréselődik, a belsejében lévő gyújtógyertya szuperkritikussá válik, így a litium-deuteridben a nagy hő és a rendkívüli nyomás hatására megindul a fúziós reakció, hihetetlen mennyiségű energiát szabadítva fel. Az újabb változatokban a második fokozat nem hengeres, hanem gömb alakú a feltételezések szerint, mivel ez egyfelől kedvezőbb a második fokozat berobbanásának szempontjából, másfelől kevesebb helyet foglal el, ami a kis méretű robbanófejeknél nagy előny.