Eine Wasserstoffbombe ist bei weitem die zerstörerischste Waffe, die die Menschheit je erfunden hat. Es ist die stärkste Art von Atombombe, die in einigen Fällen mehr als das 2,000-fache der Ausbeute der Atombomben erreicht, die auf Hiroshima und Nagasaki in Japan abgeworfen wurden. Im Gegensatz zu den ersten „Atombomben“ – auch bekannt als Atombomben –, die Energie durch Spaltung oder Zerbrechen schwerer Atomkerne wie Uran und Plutonium freisetzen, setzt eine Wasserstoffbombe Energie frei, indem sie leichte Kerne wie Tritium oder Deuterium miteinander verschmelzen und umwandeln noch mehr Materie in Energie. Als Präsident Truman den Abwurf der Atombombe auf Hiroshima und Nagasaki genehmigte, sagte er, dass die Waffen die gleiche Kraft hätten wie die Sonne, aber das stimmte nicht wirklich – die Sonne verwendet Kernfusion, nicht Kernspaltung. Eine Wasserstoffbombe setzt jedoch wirklich die Energie frei, die die Sonne antreibt.
So funktioniert es
Bei der Kernfusion werden aus leichteren schwereren Elementen hergestellt, indem Atomkerne miteinander verbunden werden. In der Sonne geschieht dies meist in der Verschmelzung von Wasserstoffkernen zu Helium. Eine Fusionsreaktion ist sehr schwer zu starten, weil Kerne positiv geladen sind und sich daher durch die starke elektromagnetische Kraft stark abstoßen. Die Kerne von Elementen, die schwerer als Wasserstoff sind, werden durch die starke Kernkraft zusammengehalten, die in dieser Größenordnung viel stärker ist als die elektromagnetische. Die starke Kraft ist jedoch nur über extrem kurze Distanzen von etwa der Größe eines Atomkerns von Bedeutung.
Um die Kernfusion zu starten, müssen die Kerne irgendwie sehr nahe beieinander gebracht werden. In der Sonne wird dies durch die Schwerkraft erreicht. In einer Wasserstoffbombe wird dies durch eine Kombination von extremem Druck und extremer Temperatur erreicht, die durch eine Spaltungsexplosion hervorgerufen wird. Eine Wasserstoffbombe ist daher eine zweistufige Waffe: Eine anfängliche Spaltungsexplosion verursacht eine Fusionsexplosion. Eine „primäre“ Kernspaltungsbombe wird auf normale Weise gezündet, die dann einen „sekundären“ Fusionsbrennstoff komprimiert und eine Uran-„Zündkerze“ zündet, die spaltet und den Fusionsbrennstoff der Hitze aussetzt, die für den Beginn der Reaktion erforderlich ist – etwa 20,000,000 °F (11,000,000°C).
In der Sonne führt der Hauptfusionsprozess zu vier Wasserstoffkernen, die einfach aus einem einzigen Proton bestehen und sich zu einem Heliumkern verbinden, der zwei Protonen und zwei Neutronen enthält. In Zwischenschritten entstehen die schwereren Wasserstoffisotope Deuterium und Tritium mit einem bzw. zwei Neutronen. Es ist unpraktisch zu versuchen, den gesamten Prozess mit gewöhnlichem Wasserstoff zu wiederholen, aber die Verschmelzung von Deuterium und Tritium kann erreicht werden. Ein früher Test beinhaltete die Verwendung dieser Gase in verflüssigter Form, aber eine entscheidende Modifikation war die Verwendung des festen Lithium-Deuterids, einer Verbindung aus Lithium und Deuterium. Unter den Bedingungen der anfänglichen Spaltexplosion wird das Lithium in Tritium umgewandelt, das dann mit dem Deuterium verschmilzt.
Geschichte
Das erste Mal wurde das Prinzip einer Wasserstoffbombe am 9. Mai 1951 vom US-Militär während des „George“-Tests der Operation Greenhouse auf dem Pacific Proving Grounds getestet. Der größte Teil der Energieausbeute dieses Tests stammte aus Kernbrennstoff, aber er zeigte, dass eine Spaltbombe als Sprungbrett für etwas noch Zerstörerisches verwendet werden kann. Ein ähnlicher Test, „Item“, fand am 25. Mai 1951 statt.
Der erste echte Wasserstoffbombentest, „Ivy Mike“, wurde am 1. November 1952 im Eniwetok-Atoll im Pazifik im Rahmen der Operation Ivy gezündet. Die Bombe explodierte mit einer Kraft von 10.4 Megatonnen (Millionen Tonnen) TNT – über 450 Mal stärker als die Atombombe, die im Zweiten Weltkrieg auf Nagasaki abgeworfen wurde. Mit flüssigem Deuterium als Brennstoff benötigte diese Wasserstoffbombe 18 Tonnen Kühlgeräte. Es war keine praktische Waffe, aber es bewies, dass eine Fusionsbombe von enormer Kraft gebaut werden konnte.
Ein späterer Test, „Castle Bravo“, verwendete stattdessen festes Lithium-Deuterid, wodurch das Gewicht des Geräts verringert, die Notwendigkeit einer Kühlung überflüssig wurde und es zu einer Waffe wurde, die von einem Flugzeug getragen oder an einer Rakete befestigt werden konnte. Der Castle-Bravo-Test ist mit einer Ausbeute von 15 Megatonnen die stärkste von den Vereinigten Staaten getestete Atomwaffe, aber nicht die stärkste aller Zeiten. Diese Unterscheidung gehört zu dem Gerät, das als „großer Ivan“ bekannt ist und am 13,000. Oktober 4,000 von der Sowjetunion in 30 m Höhe über einem Testfeld auf der Insel Nowaja Semlja gezündet wurde 1961 km vom Ground Zero entfernt und zerbrochene Fensterscheiben 50 km entfernt. Zeugen beschrieben einen riesigen Feuerball, der den Boden erreichte und bis zu einer Höhe von fast 15.5 Fuß (25 m) erreichte; eine Pilzwolke, die 559 ft (900 m) erreichte; und ein Blitz, der in einer Entfernung von 34,000 Meilen (10,363 km) sichtbar war.