העקרונות של טלר-אולם לפצצת מימן: פצצת ביקוע עושה שימוש בקרינה על מנת לכווץ ולחמם אזור נפרד של דלק היתוך
פצצת מימן או פצצה תרמו-גרעינית היא פצצה גרעינית שבתוכה גרעיני המימן עוברים היתוך גרעיני (מיזוג) לגרעינים כבדים יותר, תוך שחרור אנרגיה בכמות עצומה (באופן טבעי מתרחש תהליך זה בכוכבים ובהם השמש). פצצת המימן היא הנשק החזק והקטלני ביותר שקיים בעולם ועוצמתה גדולה פי אלף לערך משל פצצת האטום, שבה מתבצע תהליך ביקוע גרעיני, ונמדדת ביחידות של מיליוני טונות TNT, מגהטון.
כדי שתהליך ההיתוך יתרחש יש צורך בלחץ עצום היוצר טמפרטורה גבוהה מאוד, תנאים שנוצרים בכוכבים בזכות המסה הגדולה שלהם. בפצצת מימן מושגים תנאים אלה באמצעות פיצוץ פצצת ביקוע כתֶּחֶל לפיצוץ פצצת המימן.
פצצה מסוג זה נבנתה ונוסתה מספר פעמים בהיסטוריה על ידי המעצמות, אולם מעולם לא הופעלה במהלך מלחמה כלשהי.
עקרון פעולה, הנדסה ומאפיינים
עוצמת הפיצוץ של פצצת מימן גדולה בסדרי גודל מזו של פצצת אטום רגילה. בעוד שעוצמת פצצת אטום רגילה היא עשרות או מאות קילוטון TNT, עוצמתה של פצצת מימן היא בסדר גודל של עשרות מגהטון TNT (מגהטון = 1,000 קילוטון).
עקרון פעולה
מבין כל הכוחות הידועים בטבע, הכוח הגרעיני החזק, המדביק את חלקיקי גרעין האטום יחדיו, הוא החזק ביותר. אך כוח זה פועל רק במרחקים קצרים מאוד. גודלו של אטום הוא מרחק גדול מדי עבור כוח זה. רק במרחקים קטנים פי עשרת-אלפים, מסדר הגודל של גרעין האטום, עוצמתו הגדולה מופעלת.
מכך נובע שאם שני פרוטונים יתנגשו, הם יידבקו זה לזה בעוצמה רבה. בהתנגשות ישתחרר כוח ההצמדה של הכוח הגרעיני החזק, שיהיה משמעותי, ולמעשה האנרגיה שתשתחרר תהיה בסדר גודל של כאחוז מכלל מסת הפרוטונים. אבל מאחר שכוח ההדבקה פועל רק מטווחים קצרים מאוד, כוח הדחייה האלקטרוסטטי, הנובע מכך שלשני הפרוטונים מטען חיובי, ישנה את מסלולם וימנע את ההיצמדות, אלא אם הפרוטונים ינועו במהירות גבוהה מאוד, שתתגבר על הדחייה האלקטרוסטטית.
ניתן לחשב את המהירות הזו, וניתן גם, מאחר שחום אינו אלא ביטוי של האנרגיה הקינטית של חלקיקים, לחשב באיזה חום ההתנגשות יכולה להתקיים. מדובר (עבור פרוטונים) בטמפרטורה של כעשרה מיליון מעלות צלזיוס. אפשר לקבל תוצאה דומה, אך פחות אנרגטית, אם משתמשים בגרעיני מימן כבד (דיטריום וטריטיום) בטמפרטורה נמוכה יותר – אך עדיין גבוהה מכל מה שניתן להשיג בשימוש בחומר נפץ.
בפצצת מימן משיגים את הטמפרטורה הזו על ידי שימוש בפצצת ביקוע גרעיני (פצצת אטום) הפועלת על עיקרון הביקוע הגרעיני של ביקוע פלוטוניום על מנת ליצור את החום הדרוש לתהליך ההיתוך הגרעיני (שהוסבר קודם), הפיצוץ יוצר קרינה רבה אשר מוחזרת על ידי "מקרה הקרינה" בגוף הפצצה אשר מנתב את הקרינה אשר מחממת קצף פוליסטרן שגורם להיתוך ראשוני בקפסולת ההיתוך (בשילוב עם החום שנפלט מפצצת הביקוע בנוסף לקרינה) אשר גורם לחלק מאבקת הליתיום הידריד להפוך לדאוטריום וטריטיום (איזוטופים של מימן) ולבצע היתוך גרעיני קטן היקף יחסית אשר משחרר נייטרונים שגורמים לביקוע בצינור הביקוע העשוי פלוטניום שנמצא בתוך קפסולת ההיתוך, הביקוע של צינור הביקוע גורם לשחרור חום נוסף והיתוך כל הדאוטריום והטריטיום בקפסולת ההיתוך אשר גורמים (בנוסף לשחרור האנרגיה העצום בתהליך הביקוע שלהם) למעטפת הקפסולה העשויה אורניום 238 להתבקע (למרות שבדרך כלל האיזוטופ 238 אינו מתבקע אלא אם כן ישנו שטף נייטרונים מהיר שקורה רק במקרי היתוך גרעיני שכאלה) מה שגורם לשחרור אנרגיה נוספת בצורה של ביקוע (בפצצות גדולות תהליך ביקוע זה יכול להוות כ-50% מאנרגיית הפצצה).
היסטוריה
ההחלטה על פיתוח הפצצה
עוד בשנת 1941, לפני שהוחל בפיתוח פצצת האטום הראשונה, הציע הפיזיקאי האיטלקי אנריקו פרמי, כי ההיתוך הגרעיני (fusion) – ולא הביקוע (fission) – יכול לשחרר יותר אנרגיה ולכן להיות הרסני יותר.
בעקבות הניסוי הגרעיני הסובייטי ב־1949 הכריז נשיא ארצות הברית, הארי טרומן, על פרויקט לפיתוח פצצת מימן. היוזמה לפרויקט זה הייתה של המדען אדוארד טלר, וזאת בעקבות הרעיון של פרמי. טלר טען כי באמצעות היתוך גרעיני ניתן להשיג פצצה שעוצמתה תהיה פי אלף מאשר הפצצה האטומית שהוטלה על הירושימה, פצצה שתוכל למחוק אי כדוגמת מנהטן (כולל בניינים) מעל פני האדמה.
מתנגדים
אחד מראשי המתנגדים לפיתוח פצצת המימן היה רוברט אופנהיימר – אבי פצצת האטום וחבר בוועדה לאנרגיה אטומית של ארצות הברית, שהתנגד לפיתוח של פצצת מימן, הן משיקולים פרקטיים – הוא פקפק באפשרות לבנות מתקן כזה – והן משיקולים עקרוניים-הומניטריים, בהיותו מזועזע מהתוצאות ההרסניות של הפיצוצים הגרעיניים בהירושימה ובנגסאקי. טלר ותומכיו לעומת זאת חשדו במניעיו, אם בשל היותו בעל רקע קומוניסטי, שפועל להשהיה של יצירת נשק הרתעתי למול ברית המועצות, ואם בשל רצונו האישי שמדען אחר לא יאפיל על ההישג האישי שלו.
פיתוח הפצצה
ניסוי בפצצת מימן בעוצמה של 15 מגהטון על ידי ארצות הברית בשנת 1955. צולם ממרחק 125 ק"מ מהפיצוץ.
במהלך פיתוח פצצת המימן הסתכסך טלר עם עמיתיו, משום שלא היה מרוצה מקצב ההתקדמות של הפרויקט. בסופו של דבר הגיע טלר, יחד עם עמיתו סטניסלב אוּלַם, לעיצוב פתרון לבעיות ייצור הפצצה. הישג זה זיכה את טלר בכינוי "אבי פצצת המימן", כינוי שהוא לא אהב.
אוּלַם, ביחד עם שותפיו, הראה כי המודל המוקדם של טלר לפצצת מימן איננו מספק, ובמקומו הציע מודל טוב יותר. הוא היה הראשון שהבין כי ניתן לארוז את כל רכיבי פצצת המימן באריזה אחת, למקם פצצת אטום (פצצת ביקוע גרעיני להבדיל מהיתוך גרעיני) בקצה אחד ואת הדלק התרמו-גרעיני בקצה השני, ואז להשתמש בכוח המכני של פצצת הביקוע כדי לדחוס ולפוצץ את הדלק התרמו-גרעיני (ובכך לגרום להיתוך). רעיון זה היה ככל הנראה תולדה של רעיונותיו הראשוניים של אוּלַם לבנות פצצה גרעינית רגילה מדורגת, שבה זרם הנייטרונים מפצצת ביקוע אחת ידחס את הדלק שבפצצת הביקוע השנייה, ובכך יגדיל את יעילותה.
טלר התנגד בתחילה להצעתו של אוּלַם, אך אחר כך הבין את יתרונותיה והציע להשתמש ב"מצת" פלוטוניום, שימוקם במרכז דלק ההיתוך, כדי להתחיל את התגובה הגרעינית ולהגביר אותה. טלר גם שינה את הרעיון של אוּלַם לדחוס את דלק ההיתוך, בכך שהבין שהקרינה מפצצת הביקוע תדחס את הדלק בצורה יעילה בהרבה מן הכוח המכני של הפיצוץ. מבנה הפצצה הזה, של קריסה (פיצוץ כלפי פנים) מבוססת קרינה ומדורגת, הפך מאז למבנה הסטנדרטי של פצצות מימן. אף שסבורים שגם הפיזיקאי הסובייטי אנדריי סחרוב הגה את המבנה הזה באופן עצמאי, הוא זכה לשם "פצצה מסוג טלר-אולם". אוּלַם וטלר הגישו ביחד בקשה לרישום פטנט על סוג זה של פצצה.
עוצמת ההרס והחורבן של פצצת המימן הראשונה הייתה גדולה פי 700 מזו של פצצת האטום שהוטלה על הירושימה, והגיעה ל-10.4 מגהטון TNT. הפצצה, שמפאת ממדיה לא הייתה ניתנת להטלה ממטוס, אוחסנה בהאנגר גדול באי. לאחר הוכחת ההיתכנות של פצצת המימן, המשיך הצוות בפיתוח במטרה להקטין את ממדי הפצצה, כך שניתן יהיה להובילה במטוס.
"פצצת הצאר", שפותחה בראשותו של איגור קורצ'טוב ושבה מילא אנדרי סחרוב תפקיד מפתח, הייתה פצצת המימן הגדולה והחזקה ביותר שנוסתה אי פעם, והפיצוץ הגדול ביותר מעשי ידי אדם. הפצצה יצרה פיצוץ בעוצמה של כ-50 מגהטון (פי כ-3,300 מעוצמת הפצצה שהוטלה על הירושימה). הניסוי נערך ב-30 באוקטובר1961 בנוביה זמליה, ארכיפלג באוקיינוס הקרח הצפוני.
ההדף הורגש באי דיקסון, המרוחק כ-700 ק"מ משם. מעוצמת הפיצוץ, הקיף גל ההדף שלוש פעמים את כדור הארץ.
למעשה, עם הפצצה הזו ניתן היה להגיע לעוצמת פיצוץ של 100 מגה טון, אך המהנדסים נמנעו מהגעה לעוצמה זו בשל החשש מכמות נשורת רדיואקטיבית חריגה שתגרום לזיהום חמור בברית המועצות. הפצצה לא הייתה פונקציונלית אלא לצורכי תעמולה בלבד, משום שלא היה ניתן לעשות שימוש צבאי בפצצה – המטוס שיישא אותה יוכל לשאת אותה בלבד ולטוס במהירות איטית מאוד.
לפי ההערכות כנראה שגם למדינת ישראל יש מספר לא ידוע של פצצות מימן. גורמים חיצוניים, כגון מדען הגרעין אדוארד טלר, טענו שלישראל יש פצצות מימן. תמונות שצילם מרגל האטום מרדכי ואנונו כללו דגם שעל פי הערכות מומחים הוא של פצצת מימן בת 1 מגהטון. ישראל מעולם לא אישרה זאת באופן רשמי ושומרת על עמימות מכוונת בנושא.
.jpg)
