Termonukleární zbraně

Nutnou součástí každé termonukleární zbraně je obyčejná atomová bomba s náloží z plutonia. Jejím úkolem je vytvořit teplotu přes 10 mil. °C při výbuchu. Slouží tedy jako rozbuška. Termonukleární výbušnina je kolem plutoniového jádra uložena v několika vrstvách, lišících se složením.

 
Základní konstrukce vodíková bomby s tritiem.
Zdroj: Techmania Science Center. Autor: Magda Králová. Under Creative Commons.

Z tabulky je vidět, že nejrychleji při teplotě něco málo přes 10 mil. °C, kterou zajistí plutoniová bomba, termonukleárně reaguje deuterium a tritium. Proto je další vrstva vyrobena z těchto dvou prvků. Výroba tritia je nákladná, proto je další vrstva už z jiných prvků.

D-T vrstva má za úkol zvýšit teplotu na několik set mil. °C. Ostatní vrstvy už obsahují ty prvky, které se slučují obtížněji. Nevýhodou této konstrukce bomby je nutnost chladit směs D-T na -250 °C, aby byla v pevném nebo kapalném stavu. Takto zkonstruovaná bomba byla použita jen při prvním americkém výbuchu v roce 1952.

U dalších bomb byl tento problém vyřešen tak, že se tritium v bombě tvořilo až během výbuchu atomové rozbušky. Proto první vrstva nebyla tvořena směsí deuteria a tritia, ale sloučeninou ⁶Li a D, tzv. lithiumdeuteridu (⁶Li²D). V okamžiku výbuchu atomové rozbušky vzniká štěpením atomů plutonia velmi silný proud neutronů, které zasáhnou jádra lithia 6 za vzniku helia a tritia. Pak reakce postupují stejně.

V termonukleárních zbraních je slučování jader zajištěno pomocí inerciálního udržení, kdy je palivo silně stlačeno, zahřáto na vysokou teplotu a po spuštění termojaderné reakce volně expanduje. Dobu expanze lze prodloužit tak, že se termonukleární palivo obklopí balastním materiálem o velké hmotnosti, který současně slouží jako obal paliva. Typická doba expanze je 10 ns.

Edward Teller.
Zdroj: commons.wikimedia.org. Public domain.

S prvními úvahami o sestrojení termonukleární zbraně přišel v roce 1941 Tokutaro Higawara z univerzity v Kyotu ve své přednášce a ve stejném roce i Enrico Fermi při obědě s Edwardem Tellerem. Myšlenka dva roky zrála a od roku 1943 se stala společně s vývojem jaderné bomby náplní laboratoře v Los Alamos v Novém Mexiku. Během práce Tellerův tým zjistil, že problém realizace termonukleární bomby je daleko složitější a obtížnější, než jejich původní představy. Vědci neměli v období II. světové války k dispozici elektronické počítače, a proto se jim tento problém nepodařilo vyřešit. Zpočátku se k výpočtům používaly obyčejné stolní velmi poruchové kalkulačky, pak obchodní počítače IBM (elektromechanické stroje, které se programovaly propojováním kabely). Primitivní výpočetní technika neumožňovala provést detailní výpočty mnohem složitějšího procesu zapálení a průběhu termonukleárního hoření, a nebylo proto divu, že na konci války byly představy o průběhu základních procesů při termonukleární explozi velmi hrubé, založené na zjednodušených modelech zanedbávajících efekty, které se později ukázaly jako velmi podstatné. Použití počítačů navrhl John von Neumann, zpočátku se jednalo o počítač ENIAC s pamětí 100 bitů. Nutností byl vývoj dalších, výkonnějších počítačů – v roce 1949 první počítač IBM CPC, v roce 1952 počítač MANIC. V letech 1946 – 1953 se na vývoji podíleli mimo jiné i Edward Teller, Enrico Fermi, Emil Konopinski, Georg Gamow, John von Neumann, John Wheeler a Hans Bethe.

Stanislaw Ulam.
Zdroj: commons.wikimedia.org. Public domain.

Až do září 1949 pokračovaly práce na vývoji termonukleární zbraně v jediné laboratoři USA v Los Alamos pouze na vědecké úrovni. Situace se změnila po první explozi sovětské atomové (plutoniové) bomby 29. srpna 1949 a odhalení sovětské špionáže v USA. V USA se rozběhla debata o dokončení termojaderné bomby. 31. ledna 1950 prezident Truman vydal své rozhodnutí pokračovat ve vývoji jaderných zbraní, včetně termonukleárních. Během léta 1950 provedli v kalifornském středisku Levermore Fermi, Stanislaw Ulam, von Neumann a Richard Garwin řadu přibližných výpočtů, které sice potvrdily funkčnost navrhovaného zařnízení, ale také přišly s negativy – radiační tepelné ztráty by byly příliš vysoké a potřeba tritia se odhadovala na 3 – 5 kg (tehdejší zásoby v USA byly jen desítky gramů). I když ze strany vlády byla projektu dána zelená, nebyl koncept žádného funkčního zařízení. O pár měsíců později přišel Ulam s dvoustupňovým uspořádáním termojaderného paliva. Teller přišel s využitím záření pro přenos energie z jedné do druhé části. Dnes je tento princip označovaný jako Ulamův–Tellerův princip radiační exploze. Výpočty během podzimu 1951 vypadaly slibně, a proto se v polovině roku 1952 pracovalo na dvou projektech s krycími názvy Alarm Clock (systém skládající se z vrstev štěpného materiálu a termojaderného paliva) a Sausage (systém založený na principu radiační imploze deuteria a dvoustupňovém uspořádání). K dokončení projektu Alarm Clock bylo potřeba větší množství vzácného izotopu lithia, a proto se pozornost více soustředila na projekt Sausage. Definitivní návrh byl hotový v červnu 1952 a s konstrukcí začal Richard Garwin. Pokusná exploze zařízení Sausage s krycím názvem Mike o hmotnosti 65 t byla provedena 1. listopadu 1952 na ostrově Elugelab. Síla exploze byla 10,4 megatun TNT, z toho 8 Mt bylo způsobeno štěpením přírodního uranu, který sloužil jako balastní materiál obklopující sekundární nálož rychlými neutrony z termojadenré reakce. Zbytek, tj. 2,4 Mt, pocházel z termojaderné reakce. Po výbuchu zůstal z ostrova Elugelab jen kráter o průměru dva kilometry a hloubce 50 metrů.

Instalace stacionárního zařízení Sausage před explozí.
Zdroj: commons.wikimedia.org. Public domain.

Výbuch s krycím názvem Mike.
Zdroj: commons.wikimedia.org. Public domain.

Zařízení Sausage nebylo pro svou hmotnost 65 t použitelné pro vojenské účely, byl proto zahájen vývoj vojenské verze, která byla vyzkoušena v sérii experimentů pod názvem Operation Casle na atolu Bikini. 1. března 1954 byl nad atolem Bikini proveden vůbec nejsilnější termonukleární výbuch. Díky chybě ve výpočtu byla exploze o síle 15 Mt TNT výrazně větší než se očekávalo. Radioaktivní spad poté zamořil velkou část území, včetně japonské rybářské lodě Šťastný drak, která se nacházela více než sto kilometrů od místa exploze. Všech 23 námořníků onemocnělo a jeden dokonce zemřel.

 GoogleMapy

Největší odpálenou nukleární bombou byla bomba Car odpálená 30. října 1961, na ostrově Nová země o síle 50 megatun TNT. Světelný záblesk byl pozorovatelný na vzdálenost 1000 kilometrů, hřibovitý oblak sahal do výšky 70 kilometrů, v okolí několika set kilometrů bylo na pevnině všechno zničeno a tlaková vlna obletěla třikrát změkouli. Byly vyrobeny tři bomby tohoto kalibru.

Jenom USA od roku 1940 do roku 1995 investovali do jaderných zbraní 3,5 bilionu dolarů.

V době studné války nezůstal pozadu ani sovětský svaz. První informace získal ze špionáže v USA. V říjnu 1945 byl Igor Kurčatov s kolegy pověřen organizováním práce na termonukleární zbrani založené na principech získaných ze špionáže. V červnu 1953 byla práce na termonukleární bombě založené na stejném principu jako Tellerův Alarm clock dokončena. Výslednou zprávu podepsali Tamm, Sacharov a Zeldovič a pokusná exploze byla provedena 12. srpna 1953. Detaily o bombě nebyly nikdy publikovány, síla výbuchu byla 400 kt TNT. Sověti brzy poznali, že termonukleární bomba založena na tomto principu není perspektivní, proto se zaměřili na vývoj dvojstupňové bomby.

Cílem Sovětů bylo vyrobit jadernou zbraň, která by zastrašila nejen USA, ale i celý svět. Roku 1954 byl zahájen vývoj nejsilnější jaderné bomby v dějinách, na které pracoval Andrej Sacharov a Julij Charitonov. Původně chtěli vytvořit třífázovou vodíkovo-uranovou bombu o síle 100 megatun TNT. Ukázalo se, že účinek by byl příliš silný, proto vyměnili uranový obal za olověný, který pohlcuje neutrony. Vznikla dvoufázová bomba shruba o poloviční síle. Nesla označení RDS-220 nebo familiárně „Váňa“ a byla shozena 30. října 1961 z letounu Tupolev TU-95 z výšky 10,5 km na souostroví Nová země. Bomba vybuchla ve výšce 4 km nad zemí a vytvořila ohnivou kouli viditelnou ze vzdálenosti 1000 km. Síla výbuchu byla ohromující a vyděsila i samotné Sověty.

I když Sovětský svaz navrhoval už od 50. let uzavřít smlouvu, která by nukleární a jaderné zbraně zakazovala, USA šly opačným směrem a pokračovaly v dalším vývoji zbraní. Když už bylo zamoření ovzduší patrné i v Evropě, zdvihla se celosvětová vlna odporu s heslem „lepší je být dneska aktivní, než zítra radioaktivní“. USA byly proto v srpnu 1963 donuceny se Sovětským svazem podepsat dohodu o konci jakýchkoli nadzemních testů nukleárních zbraní. V důsledku rostoucí radioaktivity zemské atmosféry se všechny další experimenty konaly pod zemí. Dohodu postupně podepsalo více než sto států. 16. října 1980 uskutečnila Čína poslední atmosférický test jaderné zbraně. Jihoafrická republika v březnu 1993 oznámila, že sice v minulosti vyrobila omezený počet jaderných zbraní, ale dobrovolně se jich vzdává. Munice i veškerá dokumentace byla zcela zlikvidována. 30. května 1998 provedl Pákistán podzemní odpal nálože o kalibru kolem 20 kilotun TNT. Byl to vůbec poslední jaderný test. Snad!