Die H-Bombe (auch als Wasserstoffbombe , Fusionsbombe oder thermonukleare Bombe bekannt ) ist eine Atombombe, deren Hauptenergie aus der Fusion von Lichtkernen stammt.
Stärker und komplexer als eine Kernspaltungsbombe - bekannt als A-Bombe - ist eine H-Bombe in zwei Stufen unterteilt:
Schon 1940 , die ungarische - amerikanische Atomphysiker Edward Teller sah die Möglichkeit , die enorme Wärmeleistung des Einsatzes (was es möglich macht eine Temperatur von zu erreichen 10 8 K oder hundert Millionen Grad Kelvin oder Grad Celsius ) durch die Explosion erzeugt. einer A-Bombe , um den Kernfusionsprozess auszulösen. In 1941 traten Teller das Manhattan - Projekt , das die Atombombe entwickeln soll.
Nach Vorarbeiten in Chicago mit Enrico Fermi und in Berkeley mit Robert Oppenheimer reiste Teller zum Los Alamos National Laboratory , um unter der Leitung von Oppenheimer an der Atombombe zu arbeiten. Angesichts der Schwierigkeit, eine Fusionsbombe herzustellen, wird der H-Bomben-Spur nicht gefolgt, sehr zu Tellers Enttäuschung.
In 1949 , nachdem die Sowjets zur Detonation gebracht , ihre eigene Atombombe des29. AugustDie Analysen der amerikanischen Geheimdienste zeigen, dass es sich um eine Bombe mit Plutonium handelt . Das Monopol der Vereinigten Staaten besteht dann nicht mehr und die Nachrichten verursachen einen erheblichen psychologischen Schock. In der Tat glaubten die Amerikaner, sie könnten das Monopol der Atomwaffen zehn Jahre lang behalten. Dann beginnen sie ein neues Epos, nämlich die Suche nach einer Bombe, die noch mächtiger ist als die Spaltbombe: die Fusionsbombe.
Der Präsident der Vereinigten Staaten, Harry S. Truman, bittet das nationale Labor von Los Alamos daher, eine Bombe zu entwickeln, die dank der Fusion der Kerne funktioniert. Oppenheimer ist gegen diese Entscheidung und betrachtet sie als ein weiteres Instrument des Völkermords. Teller wurde dann zum Programmmanager ernannt. Obwohl sein Modell vernünftig ist, erreicht es nicht das beabsichtigte Ziel.
Der polnisch-amerikanische Mathematiker Stanislaw Marcin Ulam führt in Zusammenarbeit mit CJ Everett detaillierte Berechnungen durch, die zeigen, dass Tellers Modell ineffizient ist. Ulam schlägt dann eine Methode vor, die beibehalten wird. Durch Platzieren einer Spaltbombe an einem Ende und von Kernmaterial am anderen Ende eines Gehäuses ist es möglich, die von der Spaltbombe erzeugten Stoßwellen zu lenken . Diese Wellen komprimieren und "entzünden" den Kernbrennstoff.
Zunächst widerlegt Teller die Idee und versteht dann die Vorzüge, schlägt jedoch die Verwendung von Strahlung anstelle von Stoßwellen vor, um thermonukleares Material zu komprimieren. Die erste H-Bombe, Ivy Mike , explodiert weiter über dem Eniwetok- Atoll (in der Nähe des Bikini- Atolls im Pazifik )1 st November 1952und dies zu Tellers Zufriedenheit, trotz der Uneinigkeit eines großen Teils der wissenschaftlichen Gemeinschaft. Diese Bombe war eine Leistung von 10,4 Mt .
"Strahlungsimplosion" ist heute die Standardmethode zur Herstellung von Fusionsbomben. Die beiden Schöpfer Ulam und Teller haben ebenfalls ihre H-Bombe patentiert.
Eine typische thermonukleare Vorrichtung besteht aus zwei Stufen, einer Primärstufe, in der die Explosion ausgelöst wird, und einer Sekundärstufe, in der die thermonukleare Hauptexplosion stattfindet.
Die Leistung der Primärstufe und ihre Fähigkeit, die Sekundärstufe zur Explosion zu bringen, werden durch eine Mischung aus Tritium erhöht (versetzt) , die eine Kernfusionsreaktion mit Deuterium eingeht . Die Fusion erzeugt eine große Menge an Neutronen , die die Spaltung des in den Stufen vorhandenen hochangereicherten Plutoniums oder Urans erheblich erhöhen . Dieser Ansatz wird in modernen Waffen verwendet, um trotz einer signifikanten Verringerung von Größe und Gewicht eine ausreichende Leistung sicherzustellen.
Die Bombe selbst ist von einer Struktur umgeben, die es ermöglicht, den massiven Beitrag der durch die Explosion der Spaltbombe erzeugten Röntgenstrahlen beizubehalten . Diese Wellen werden dann umgeleitet, um das Fusionsmaterial zu komprimieren, und die totale Explosion der Bombe kann dann beginnen.
Eine Bombe mit Teller-Ulam-Architektur ist dieselbe wie eine Spalt-Fusions-Spalt-Bombe.
Reaktionen, die eine Fusion beinhalten, können wie folgt sein (D ist ein 2 H- Deuteriumkern , T ein 3 H- Tritiumkern , n ein Neutron und p ein Proton , He ein Heliumkern ):
1. D + T → 4 He + n + 17,6 MeV 2.D + D → 3 He + n + 3,3 MeV 3.D + D → T + p + 4,0 MeV 4.T + T → 4 He + 2 n 5. 3 He + D → 4 He + p 6. 6 Li + n → T + 4 He 7. 7 Li + n → T + 4 He + nDie erste dieser Reaktionen (Deuterium-Tritium-Fusion) ist relativ einfach zu starten, die Temperatur- und Kompressionsbedingungen sind für chemische Hochleistungssprengstoffe erreichbar. Es allein reicht nicht aus, um eine thermonukleare Explosion auszulösen, kann jedoch zur Verstärkung der Reaktion verwendet werden: Einige Gramm Deuterium und Tritium in der Mitte des spaltbaren Kerns erzeugen einen großen Neutronenfluss, der die Verbrennungsrate von erheblich erhöht das Material. spaltbar. Die erzeugten Neutronen haben eine Energie von 14,1 MeV , was ausreicht, um die Spaltung von U-238 zu verursachen, was zu einer Spaltung-Fusion-Spaltung-Reaktion führt. Die anderen Reaktionen können nur ablaufen, wenn eine primäre Kernexplosion die notwendigen Temperatur- und Kompressionsbedingungen geschaffen hat.
Die Explosion einer H-Bombe erfolgt über ein sehr kurzes Zeitintervall: 6 × 10 -7 s oder 600 ns . Die Spaltreaktion erfordert 550 ns und die der Fusion 50 ns .
Thermonukleare Bomben haben qualitativ ähnliche Auswirkungen wie andere Atomwaffen. Sie sind jedoch im Allgemeinen stärker als A-Bomben, sodass die Auswirkungen quantitativ viel größer sein können.
A „klassischer“ Wert der Energie , die durch die Explosion einer Bombe Spaltung freigesetzt wird , ist etwa 14 kt von TNT (oder 14.000 t ), eine Tonne TNT 10 entwickelt 9 cal oder 4,184 × 10 9 J . Der Maximalwert überschreitet konstruktionsbedingt kaum 700 kt .
Im Vergleich dazu wären H-Bomben theoretisch mindestens 1000-mal stärker als Little Boy , die Spaltbombe, die 1945 auf Hiroshima abgeworfen wurde . Zum Beispiel setzte Ivy Mike , die erste amerikanische Fusionsbombe, eine Energie von etwa 10.400 kt ( 10,4 Mt ) frei. Die stärkste Explosion in der Geschichte war , dass der Zar Bomba Sowjets , die als Test waren zu dienen Bombe 100 Mt : seine Macht war 57 Mt . Es war eine Bombe Typ „FFF“ (Spaltung-Fusion-Spaltung) , aber „zurückhaltend“: die 3 th Boden inert. Chruschtschow wird erklären, dass es darum ging, nicht "alle Spiegel Moskaus zu zerbrechen" .
Die maximale Energie, die eine Fusionsbombe abgibt, kann unbegrenzt erhöht werden (zumindest auf Papier). Der Zar Bomba ausgekuppelt 2,84 x 10 17 J .
Die Struktur einiger sowjetischer und später russischer H-Bomben verwendet einen anderen Ansatz, der anstelle separater Komponenten geschichtet ist und es der UdSSR ermöglichte, die ersten transportablen H-Bomben zu haben (und daher für den Einsatz beim Bombardement geeignet). Die erste sowjetische H-Bombenexplosion ereignete sich am12. August 1953Es ist der RDS-6s- Test ( von den Amerikanern Joe 4 genannt ), der eher eine "dotierte" A-Bombe war. Die UdSSR wird anschließend das von Andreï Sakharov (neu) entdeckte Teller-Ulam-Konzept verwenden .
Die Briten hatten keinen Zugang zu amerikanischer Technologie, um ihre Fusionsbombe zu entwerfen, und tasteten bis 1957 nach einer Bombe mit mehreren Megatonnen .
Die Volksrepublik China (1967) und Frankreich (1968) haben Megatonnen-H-Bomben gebaut und getestet. Aufgrund der Geheimhaltung von Atomwaffen wurde die Teller-Ulam-Struktur "neu erfunden" (in Frankreich von Michel Carayol ).
Die Indien Ansprüche die gleichen getan haben, aber einige Experten, die sich auf Aufzeichnungen Seismograph , bestreiten dieses Ergebnis.
Die Nordkorea behauptete, die entworfen und erfolgreich getestet zu haben6. Januar 2016, eine H-Bombe. Das American Institute of Geology (USGS) und die South Korean Meteorological Agency haben ein Erdbeben mit einer Stärke zwischen 4,2 und 5,1 entdeckt: Experten zufolge zu schwach, um eine thermonukleare Bombe zu authentifizieren. Dieses Land behauptet auch, die getestet zu haben3. September 2017Eine H-Bombe, wie es scheint, mit Erfolg, verschiedene Regierungsbehörden haben bedeutende vom Menschen verursachte Erdbeben entdeckt. Die geschätzte Stärke dieses Erdbebens betrug 6,3.
Das Militär spricht von einer „sauberen“ H-Bombe, wenn weniger als 50% ihrer Gesamtenergie aus der Spaltreaktion stammt. In der Tat erzeugt die Fusion allein keine radioaktive Verbindung direkt. Der radioaktive Niederschlag einer „sauberen“ H-Bombe wäre daher a priori weniger bedeutend als der einer herkömmlichen A-Bombe gleicher Stärke, während die anderen Effekte ebenso verheerend bleiben. Der Unterschied ergibt sich aus dem Design der Fusionsstufe. Wenn das Pad aus Uran besteht, reißt es und setzt die Hälfte der Kraft der Bombe frei, verursacht aber 90% des Ausfalls. Wenn die Bombe durch einen Stecker aus einem anderen schweren, aber nicht spaltbaren Metall wie Blei ersetzt wird, verliert sie die Hälfte ihrer Kraft, jedoch mit viel geringerem Niederschlag.
Unter den Unfällen mit operativen H-Bomben waren zwei besonders berühmt:
Der thermonukleare Charakter dieser Bomben griff jedoch nicht in diese Unfälle ein, da die korrekte Zündung der Sekundärstufe unter zufälligen Umständen unmöglich war.