Termonukleárna zbraň

Vodíková bomba

Vodíková bomba je atómová bomba, ktorej hlavný zdroj energie tvoria ťažké izotopy vodíka – deutérium a trícium. Každá vodíková bomba obsahuje menšiu štiepnu nálož na báze uránu, plutónia alebo niektorého ďalšieho transuránu, ktorá funguje ako „rozbuška“ – poskytuje energiu na vytvorenie podmienok – teplotu niekoľko miliónov stupňov Celzia a tlak 1 000 TPa pre zapálenie jadrovej fúzie. Výsledkom môže byť výbuch o sile viac než 100 Mt (megaton) TNT, pri ktorom bomba ničí domy v okruhu 20 km a zapaľuje horľavé predmety do vzdialenosti 100 km. Horná hranica pre výkon vodíkovej nálože neexistuje, v možnostiach súčasnej technológie je výroba nálože s výkonom 1 gigatony TNT pri hmotnosti menej ako 250 ton. Teoretická hranica pomeru výkon/hmotnosť je asi 6 megaton na tonu hmotnosti, reálne sa dá údajne dosiahnuť pomer 5,2 – 5,5 Mt/t, ale pri praktickej aplikácii sa dosahuje maximálne 3 – 4 Mt/t. Spodná hranica výkonu je limitovaná výkonom štiepnej nálože.

Kobaltová bomba

Je to taktiež vodíková bomba, lenže v obale celej nálože je použitý kobalt, ktorý sa pôsobením neutrónov zmení na izotop ⁶⁰Co s polčasom rozpadu 5,24 roka a dlhodobo zamorí pôdu. Existujú aj iné riešenia podobného druhu. Na strednodobé zamorenie terénu (týždne až mesiace) sa dá použiť tantal a zinok, na krátkodobé (dni až týždne) zlato a sodík. Neexistuje žiadny dôkaz, že by ktorákoľvek jadrová mocnosť  jadrovú zbraň s kobaltovým plášťom skutočne vyrobila.
Naopak, pokiaľ je zamorenie terénu nežiaduce, dá sa plášť či obal nálože zhotoviť z materiálu, ktorý silne pohlcuje neutróny a rádioaktívne izotopy nevytvára – napríklad bór. Táto možnosť ale nemá praktický význam – vonkajší plášť nálože ma totiž odrážať röntgenové žiarenie späť do vnútra nálože (pozri popis funkcie) – a bór ho odráža slabo.

Konštrukcia

Princíp spočíva v tom, že fúzny materiál sa uzavrie do hrubostennej (valcovej alebo kužeľovitej) nádoby z ťažkého kovu (bežne sa používa urán ²³⁸U, nálož je potom „trojstupňová“) ktorá má ešte v strede masívny tŕň z rovnakého materiálu, alebo častejšie – z plutónia. Rovnako masívne sú aj veká nádoby. Na jedno veko nádoby sa umiestni ochranný nárazník z ťažko taviteľného kovu, napríklad wolfrámu a nad nárazník sa umiestni štiepna nálož, najčastejšie implóznej (guľovej) konštrukcie. Priestor medzi štiepnou náložou a nádobou s fúznym materiálom sa vyplní materiálom s malou pohltivosťou pre röntgenové žiarenie a neutróny (napríklad polystyrénová alebo polyetylénová pena plnená vodíkom). Celá zostava je uzatvorená v obale, ktorý má vysokú odrazivosť pre neutróny a röntgenové žiarenie – napríklad z karbidu wolfrámu (nie je to nevyhnutné, ale zvyšuje to efektívnosť a celkový výkon nálože).

Funkcia

Je odpálená štiepna nálož (predstavuje prvý stupeň pri trojstupňovej schéme). Všetky deje, ďalej popísané, prebehnú v čase kratšom ako jedna mikrosekunda.
V jadre štiepnej nálože vzniká obrovská teplota a tlak. Ešte skôr, než začne oblasť štiepneho výbuchu expandovať, uniká z nej mohutný tok röntgenového a gama žiarenia, preniká celou konštrukciou nálože, je pohlcovaný v atómoch uránu a prudko ohrieva celú konštrukciu nádoby. Nádoba s fúznym materiálom a okolitý materiál sa prudkým ohrevom odparí a zmení na plazmu. Steny a vnútorný tŕň sa premenia na plazmu s veľmi vysokou hustotou a expandujú – steny a veká smerom von a do vnútra a tŕň smerom k stenám nádoby – tým sa ale prudko stláča a ďalej ohrieva obsah nádoby – fúzne palivo. Preto je dôležité, aby boli steny nádoby z uránu a trň z plutónia- urán a plutónium majú aj v stave plazmy výrazne vyššiu hustotu ako deuterid lítia. V tejto chvíli už začína expandovať aj priestor výbuchu štiepnej nálože a unikajú z neho rýchle neutróny. Rýchle neutróny štiepia lítium a vzniká trícium. Wolframový nárazník na veku nádoby sa vplyvom tlaku žiarenia a expandujúcej oblasti štiepneho výbuchu začína pohybovať proti dnu nálože a ďalej stláča jej obsah. Tlak a teplota štiepneho materiálu, teraz už žeravej zmesi deutéria a trícia, dosiahne teplotu a tlak potrebný na zapálenie fúznej reakcie. Vzniká hélium a uvoľňujú sa neutróny.
Rýchle neutróny sú zachytené v jadrách uránu ²³⁸U, ktorý pôvodne tvoril konštrukciu nádoby a štiepia sa, čim sa uvoľňuje ďalšia energia – to predstavuje tretí stupeň pri trojstupňovej schéme celej nálože. Ďalšie posilnenie tretieho stupňa je možné tým, že z uránu ²³⁸U bude zhotovený celý obal nálože.