Ydinase

Ydinase on pommi, joka saa räjähdysvoiman ydinfissiosta tai ydinfuusiosta. Yhdellä ydinaseella voi tuhota tai tehdä vakavasti toimintakyvyttömäksi kokonaisen kaupungin. Suurin osa ydinaseen tuhovoimasta on peräisin paine- ja lämpö­vaikutuksesta. Näiden lisäksi ydinaseilla on merkittävä, joskin yleensä tuhovoimaltaan edellä mainittuja vähäisempi säteily­vaikutus. Säteilyvaikutus voi aiheuttaa altistuneessa väestössä sairauksia, kuten säteilysairautta tai syöpää, tai radioaktiivisella laskeuman avulla voidaan määräajaksi tehdä jonkin alueen käyttö ja kulku sen läpi mahdottomaksi.
Nykyisin ydinaseita on tunnetusti käytössä Yhdysvalloilla, Venäjällä, Isolla-Britannialla, Ranskalla, Kiinalla, Intialla, Pohjois-Korealla ja Pakistanilla. Nämä maat ovat julistautuneet ydinasevaltioiksi. Lisäksi jotkin maat saattavat omistaa ydinaseita, mutta ne eivät ole julkisesti tunnustaneet niitä tai väitteitä ei ole pystytty todentamaan. Esimerkiksi Israelilla arvioidaan olevan huomattava määrä ydinaseita. Etelä-Afrikka on vapaaehtoisesti luopunut ydinaseistaan.
Ydinaseita on räjäytetty yli kaksituhatta kertaa. Näistä kaksi räjäytystä tapahtui toisessa maailman­sodassa, loput on suoritettu ydinkokeissa. Yhdysvallat pommitti japanilaisia kaupunkeja Hiroshimaa ja Nagasakia toisessa maailmansodassa. Suurin koskaan räjäytetty ydinase on Neuvostoliiton vuonna 1961 Novaja Zemljalla räjäyttämä Tsar-Bomba.
Ydinaseiden sotilaallisen käytön lisäksi uhkana on valmistukseen, varastointiin ja kuljetukseen liittyvä ydinaseonnettomuuden riski.
Sotilaallisen käytön lisäksi ydinräjähteitä on käytetty tai esitetty käytettäväksi myös erilaisissa rauhanomaisissa sovelluksissa.

Ydinaseiden historia

Atomipommin periaatteen esitti vuonna 1934 fyysikko Leó Szilárd.
Käytännössä toimiviksi ydinaseet kehitettiin toisen maailmansodan aikana. Yhdysvallat aloitti vuonna 1939 Manhattan-projektin, jonka tuloksena atomipommit räjäytettiin Japanissa Hiroshimassa ja Nagasakissa elokuussa 1945.

Fissiopommit

Atomipommit saavat räjähdysvoimansa fissiosta, jossa raskaat ytimet (uraani tai plutonium) hajoavat kevyemmiksi atomiytimiksi, kun niitä pommitetaan neutroneilla. Ytimien halkeamisessa syntyvien neutronien halkaistessa jälleen uusia ytimiä syntyy räjähdysmäinen ketjureaktio, jossa vapautuu suunnattomasti energiaa. Toisinaan atomipommilla tarkoitetaan juuri fissiopommia, toisinaan taas mitä tahansa ydinasetta. Tämä sotkee jonkin verran käsitteitä.

Fissiopommin fysikaaliset perusteet

Atomipommi perustuu ydinreaktioon. Atomiytimissä tapahtuu muutoksia, jos niitä pommitetaan hiukkasilla, joilla on sopiva energia, yleensä neutroneilla. Joissain tapauksissa atomi absorboi tämän vapaan neutronin ja tulee itse epävakaaksi. Silloin atomi halkeaa ja lähettää säteilyä ja uusia vapaita neutroneita, jotka puolestaan rikkovat lisää ytimiä. Raskaimmat atomiytimet halkeavat helpoimmin, koska ne ovat luonnostaan epävakaita.
Varsinainen räjähdys johtuu siitä, että lähinnä valtavan röntgensädepulssin takia ympäröivä ilma kuumenee nopeasti, joten se laajenee räjähdysmäisesti ja lähettää sokkiaallon. Atomipommin räjähdys havaitaan välähdyksenä, jota seuraa tulipallon näkyminen ja lopulta sienipilven synty. Atomipommin tulipallon lämpötila on yli kymmenen miljoonaa astetta.
Suinkaan kaikki aineet eivät fissioidu eli halkea pommitettaessa neutroneilla, vaan ainoastaan raskaimmat aineet. Kevyempien aineiden siepatessa neutroneja syntyy muun muassa uusia alkuaineita. Fissiopommikelpoisia aineita on muutamia: luonnossa esiintyy uraania (U), ja ydinreaktorissa voi tuottaa plutoniumia (Pu). Muitakin vastaavia aineita on, mutta niitä ei tiedetä käytetyn ydinaseissa.

Isotoopit

Isotoopit ovat alkuaineiden erimassaisia alalajeja, jotka eroavat toisistaan ytimessä olevien neutronien määrän perusteella. Uraanilla on useita isotooppeja, joista vain tietyt sopivat ydinpolttoaineeksi tai pommimateriaaliksi. Luonnonuraanista on rikastettava erilleen se uraani, joka sopii ydinpommiin.
Uraaniatomissa on 92 protonia ja plutoniumissa 94. Luonnonuraani sisältää pääasiassa kahta isotooppia, uraani-238:aa ja uraani-235:tä. Halkeamiskelpoinen uraani-235 (²³⁵U) on harvinaista luonnonuraanissa: siinä sitä on vain noin 0,7 %. Myös ²³⁸U halkeaa, mutta vain nopeilla neutroneilla, joita ei voida tuottaa kuin esimerkiksi fuusioreaktiossa, ja se taas vaatii syttyäkseen atomipommin. Luonnon neutronit ovat vähäenergisia, kuten myös uraanifission vapauttamat neutronit.
Jotta uraani kelpaisi atomipommiin, sitä on rikastettava siten, että se sisältää halkeamiskelpoista ²³⁵U:tä ainakin noin 93,5 %. Yli 80-prosenttista rikastettua uraania sanotaan vahvasti rikastetuksi uraaniksi. Jotta ketjureaktio olisi jossain uraanikappaleessa mahdollinen, siinä on oltava riittävä määrä halkeamiskelpoista uraani-235:tä. Tätä määrää sanotaan kriittiseksi massaksi. Tämä siksi, etteivät ensimmäisen halkeamisen tuloksena olevat neutronit karkaisi uraanikimpaleesta jatkamatta ketjureaktiota. Jos kaikki ensimmäisessä halkeamisessa syntyneet neutronit sattumalta karkaavat uraanista ulos, tulee kuitenkin joskus jokin neutroni, joka käynnistää ketjureaktion.

Ydinpommin koosta ja sen rajoituksista

Fissiopommia ei voi rakentaa rajattoman suureksi, koska suuret pommit vaativat enemmän fissioituvaa ainetta kuin ”normaalit” atomipommit. Fissioituvan aineen määrän kasvaessa tulee yhä vaikeammaksi estää ennenaikainen fissiopommin räjähdys. Jos fissioreaktio alkaa liian aikaisin, pommin räjähdysteho jää pieneksi. Toisaalta suurta uraanimäärää on vaikeampi pitää pienehkössä tilavuudessa alikriittisenä. Fissiopommin voiman käytännön yläraja lienee 500 kt. Pommi ei voi myöskään olla rajattoman pieni, koska silloin kriittinen massa jää saavuttamatta. Pienin tuotettu ydinase oli Yhdysvalloissa valmistettu fissiopommi ”Davy Crockett”, jonka teho oli alle 0,1 kilotonnia. Vuonna 1951 yhdysvaltalaiset räjäyttivät ensimmäisen alle 0,1 kilotonnin (100 TNT-tonnin) ydinräjähteen ja 1958 vain 200:aa trotyylikiloa vastaavan ydinräjähteen.
Molemmilla suurvalloilla oli myös ydinkärkisiä torpedoja ja merimiinoja. Niiden räjähdysteho oli yleensä noin 0,3 kilotonnia. Tällaisia aseita epäillään olleen venäläisessä sukellusveneessä, joka ajoi karille Karlskronassa vuonna 1981, joskin Neuvostoliitto kiisti asian ja sanoi säteilyhavaintojen olleen peräisin mittaajien tritiumia sisältäneistä kellotauluista.
0,1–200 kilotonnin räjähdettä sanotaan kilotonniluokan aseeksi, ja yli 0,5 megatonnin aseet ovat selvästi megatonniluokan aseita. Näin ollen atomipommit ovat aina melko ”pieniä”, kilotonniluokan aseita. Nykyajan mannertenvälisissä ohjuksissakin ydinkärkien räjähdysteho on yleensä alle 500 kilotonnia, esimerkiksi ”Peacekeeperissä” 340 kilotonnia. Tosin Peacekeeper oli MIRV-ohjus, joka kantoi kymmentä ydinkärkeä. Yhteenlaskettu teho siis oli 3,4 megatonnia. Venäläisen Topol-ohjuksen kärjen räjähdysteho on 750 kilotonnia.
Toisen maailmansodan aikana Saksaa pommitettiin 1,6 megatonnin voimalla käyttäen tavanomaisia räjähteitä.

Tykkityyppinen uraanipommi

Uraanipommin rakenne on yksinkertainen. Pommin runkona on putki. Putken toisessa päässä on painava uraanikappale, ja toisessa kevyempi, joka ammutaan räjähdyspanoksella isompaan kappaleeseen kiinni. Isommassa kappaleessa on pienemmän kappaleen kokoinen lovi. Kriittinen massa saavutetaan, kun pienempi kappale iskeytyy paikalleen ja ketjureaktio alkaa. Joskus molemmat kappaleet on kuorrutettu sopivalla tavalla neutroneja heijastavalla aineella (muun muassa beryllium, volframi, luonnonuraani). Mukana voi olla myös poloniuminen erillinen neutronilähde, mutta se ei ole välttämätön.
Hiroshiman pommi pohjautui tähän tykkityyppiseen rakenteeseen, joka on helppo rakentaa ja jota kehiteltäessä ei tarvita suuria määriä monimutkaisia testejä.

Fuusiopommin toiminta

Vasemmalla puolella on fissiovaihe, oikealla fuusiovaihe. Fuusiovaiheen keskellä oleva ontto fissioituva ainesauva on ns. sytytystulppa.
Ideana on se että fissiopommin aiheuttama räjähdys luo riittävän suuren paineen ja kuumuuden, eli sopivat olosuhteet häiriöttömälle fuusioreaktion alkamiselle.

Kobolttipommi

Kobolttipommien kuoret on valmistettu koboltista, joka räjähdyksessä muuttuu radioaktiiviseksi. Tarkoituksena on tehdä pommin laskeumasta myrkyllisempi, ja saastuttaa ympäristöä pitempään. Puhutaan ”suolatuista pommeista”. Vaikutuksen saamiseksi eri pituisille ajoille kuoriin on käytetty myös muun muassa sinkkiä.
Mikäli kobolttipommi räjäytettäisiin korkealla ilmakehässä, koboltti muuttuisi pieniksi hiukkasiksi ja saastuttaisi maapallon hyvin laajalti hiukkasten levitessä tuulten mukana. Koboltin radioaktiivisen isotoopin koboltti-60:n puoliintumisaika on 5,27 vuotta.

Ydinaseen merkitys

Ydinase on ollut tähän mennessä ainoa ase, jota ei ole käytetty sen jälkeen, kun se on ollut vähintään kahden maan hallussa. Aikanaan muun muassa jalkajousta, konekivääriä ja ruutia tehokkaampia räjähdysaineita pidettiin aseina, jotka joko vaikuttaisivat sodankäynnin loppumiseen tai joiden käyttö ”sivistyneiden” maiden välillä olisi tuomittavaa. Japanissa ruutiin perustuvien aseiden omistaminen kiellettiin 1600-luvulla kuolemanrangaistuksen uhalla.
Yhdysvaltain halun taustaksi rajoittaa joukkotuhoaseita on esitetty sitä, että se rajoittaa Yhdysvaltain toimintamahdollisuuksia maailmassa. Edelleen Mao Zedongin kerrotaan sanoneen, että kymmenellä ydinaseella Kiina saavuttaisi koskemattomuuden. Ilmiö näkyy myös Yhdysvaltain ja Pohjois-Korean suhteissa.

Ydinaseiden leviäminen

Ydinsulkusopimus estää virallisesti ydin­aseiden leviämistä. Sopimusta valvoo tarkastuksin kansainvälinen atomienergiajärjestö IAEA. Moni sopimusta allekirjoittamaton maa on hankkinut itselleen ydinaseen. On maita, jotka ovat havitelleet ydinasetta ydinsulkusopimuksesta huolimatta.
On helpompaa rakentaa vähemmän korkealuokkainen ydinase kuin mitä yhdysvaltalaiset kehittivät Manhattan-projektissa. Ydinaseen valmistaminen vie teollisuusmaalta kymmenestä viiteentoista vuotta. Aika voi olla lyhyempikin, jos ydinpolttoainekierto on pommintekoon sopiva. Japania pidetään maana, joka pystyisi helposti valmistamaan ydinaseen, jos haluaisi. Kehitysmaa tarvitsee tekniikkaa valmistaakseen ydinaseen. Uraanin rikastamiseen tai plutoniumin jälleenkäsittelyyn soveltuvan ydintekniikan ostoyritykset voivat kertoa ydinaseen havittelusta. Tietyntyyppiset reaktorit soveltuvat pommituotantoon paremmin kuin toiset. Toimiva tutkimusreaktori saattaa kertoa ydinaseen kehittelystä.
Siviilikäyttöisen hyötöreaktorin avulla voidaan tuottaa ydinaseisiin kelpaavaa materiaalia, ja ainakin Pakistanin, Intian, Iranin sekä Pohjois-Korean epäillään näin jo tehneen.
Fissiopommeja voidaan myös tuhota laimentamalla ne ydinpolttoaineeksi sopivaksi ja ”polttaa” ne ydinvoimalassa.
Suurvallat ja kansainväliset järjestöt seuraavat monesti ydinaseiden kehittelystä epäiltyjen maiden, esimerkiksi Iranin toimia.
Jonkun maan pinnalla tai ilmakehässä tekemiä ydinkokeita voidaan havaita esimerkiksi yhdysvaltalaisilla Vela-satelliiteilla, jotka havaitsevat valonvälähdykset ja gammasäteilyn. Yllättävä maanjäristys alueella, jossa niitä ei yleensä esiinny, voi liittyä maanalaiseen ydinkokeeseen. Myös maanalaisesta ydinkokeesta voi vuotaa joskus ulos säteilyä, jonka vakoilijat voivat mitata paikan päällä. Maanalaisten ydinkokeiden aiheuttamia maanjäristyksiä voidaan vaimentaa tai eliminoida suorittamalla ydinkoe suolakupoliin öljyllä syövytetyssä ontossa tilassa. Tarkoitukseen sopivat puhtaat suolakerrostumat ovat harvinaisia.

Ydinaseiden käyttö

Ydinaseita on käytetty taistelutoimissa vain kaksi kertaa, Nagasakissa ja Hiroshimassa, mutta niitä on usein aiottu käyttää myös muissa kriiseissä ja sodissa. Korean sodan aikana YK:n joukkojen yhdysvaltalaiskomentaja kenraali Douglas MacArthur ehdotti kirjeessään kongressinjäsen Martinille ydinaseiden käyttämistä pohjoiskorealaisia ja kiinalaisia vapaaehtoisia vastaan.
Ydinpommien räjähdysvoimat mitataan vastaavana trotyylimäärinä. Trotyyli (TNT, Trinitrotolueeni) on tavallinen räjähde sotilaskäytössä. Kahdenkymmenen kilotonnin (kt) räjähdys vapauttaa siis yhtä paljon energiaa kuin kahdenkymmenentuhannen trotyylitonnin räjäyttäminen. Erikoissuurten tavanomaisten pommien voima on vain noin 0,044 kt eli 44 t. Suurten vetypommien voima mitataan miljoonina trotyylitonneina eli megatonneina (Mt).
Strategisia ydinaseita käytetään toisiaan täydentävissä järjestelmässä eli ”triadissa”. Ydinkärkiä voidaan sijoittaa pommikoneisiin, mannertenvälisiin- ja SLBM-ohjuksiin.

Pommien vaikutukset näkyvät yhä

Ihmiset ympäri maailman muistavat vuosittain Hiroshiman ja Nagasakin atomipommitusten uhreja. Yhdysvaltalaisten pudotettua atomipommit vuonna 1945 Japanissa kuoli 200 000 siviiliä. Edelleen uskotaan, että vielä vuosikymmeniä pommitusten jälkeen tuhannet ihmiset sairastuivat syöpään tai syntyivät vammaisina.
Pitkäaikaisessa seurantatutkimuksessa pommien säteilyn laskettiin olleen syynä n. tuhanteen syöpätapaukseen. Säteilylle altistuneiden ja siltä säästyneiden vanhempien jälkeläisten sairastuvuudessa ei havaittu eroa.