Schéma implóznej konštrukcie bomby s generátorom neutrónov v jej strede. Kredit: Fastfission , Wikipedia, CC BY-SA 2.5

Najskôr veľmi stručná rekapitulácia: atómové bomby sú založené na reťazovej štiepnej reakcii. Keď sa zhromaždí dostatočné, najmenej tzv. kritické množstvo uránu ²³⁵U alebo plutónia ²³⁹Pu, neutróny zo spontánneho rozpadu jadier atómov zasiahnu dostatočné množstvo ďalších jadier na to, aby počet z nich uvoľnených neutrónov a nasledovných rozpadov rýchlo narastal a tým aj množstvo energie, ktorá sa pri týchto rozpadoch uvoľňuje. Ak dokážeme rýchlosť reťazovej reakcie regulovať, môžeme postaviť jadrový reaktor.

Skutočná konštrukcia atómovej bomby je oveľa zložitejšia. Toto je vodíková bomba, so štiepnou časťou na obrázku v strede, neutrónovým generátorom s tríciom vľavo a fúznou časťou s deuteridom lítia vpravo) Kredit: FBCB2

Ak reťazovú reakciu dokážeme maximálne urýchliť, môžeme vyrobiť štiepnu (fission) atómovú bombu. A ak vedľa nej umiestnime trochu deutéria s tríciom (ťažké izotopy vodíka, v ktorých jadre je okrem protónu ešte jeden alebo dna neutróny), pôsobením extrémnej teploty zo štiepnej reakcie sa začnú zlučovať na hélium (fussion), pričom sa uvoľní sa ešte oveľa viac energie a máme vodíkovú (termonukleárnu) bombu, ktorá sa dá ešte ďalej "vylepšovať", napríklad pridaním obalu z uránu. (V praxi sa používa deuterid lítny – trícium vzniká po splynutí jadra atómu lítia a neutrónu zo štiepenia plutónia. Funkčnosť celej konštrukcie však závisí na množstve ďalších podstatných detailov v jej usporiadaní.)

Vždy to však začína spustením štiepnej reakcie. Aby prebiehala ako výbuch, musí sa okamžite rozbehnúť vo veľkom objeme štiepneho materiálu, spravidla plutónia (ideálne v celom, ale to sa nedá dosiahnuť). A to je problém, pretože krátko po dosiahnutí kritického množstva uvoľnená energia rozmetá takúto bombu skôr, než stihne prebehnúť reťazová reakcia v podstatnom objeme štiepneho materiálu a uvoľnená energia je nízka (fizzle explosion).

Spustit animaci

Animácia výbuchu atómovej bomby, začínajúca výbuchom rozbušiek chemickej výbušniny, s nasledovným stlačením plutóniového jadra a výbuchom. Kredit: Volné dílo.

Fyzikálne a potom technické vyriešenie tohto problému vyžadovalo množstvo testov a zložitých výpočtov (ktoré sa v rokoch 1943 -1945 v Los Alamos, kde boli prvé bomby skonštruované, robili len na papieri, s použitím mechanických kalkulátorov).

V prvom rade, kritické množstvo štiepneho materiálu sa musí nahromadiť veľmi rýchlo. Toto je základný rozdiel oproti jadrovému reaktoru, ktorý sa preto nemôže stať atómovou bombou (hoci môže dôjsť k jeho explózii s vymrštením rádioaktívneho materiálu do okolia napríklad pri nehode s náhlym zvýšením výkonu a/alebo zlyhaním chladenia). Najrýchlejšie sa spoja čiastkové podkritické množstvá tak, že sa vystrelia oproti sebe pomocou výbušniny. Najčastejšie sa používa implózne usporiadanie, s plutóniom tvarovaným do dutej gule, obloženej výbušninou, ktorá ho pri iniciácii vystrelí proti sebe, do stredu gule, kde sa sústredí jeho kritické množstvo. Mimochodom, tá výbušnina je veda sama osebe – kombinujú sa dva typy, rýchla a pomalšia, aby sa všetky fragmenty plutónia pohybovali po predvídateľnej trajektórii a neprekážali si. Prvá atómová bomba, použitá v Hirošime, však bola usporiadaná ináč - ako hlaveň, v ktorej sa podkritické množstvá uránu stretli po odpálení obyčajným delostreleckým korditom.

Takto by malo fungovať zabezpečenie proti náhodnej explózii časti trhaviny v atómovej bombe – plutónium by sa malo rozptýliť. Kredit: 0x24a537r9 , Wikipedia, CC BY-SA 3.0

Ani bleskové dosiahnutie kritického množstva spravidla nestačí a tak v dutine plutóniovej gule sedela v prvých atómových bombách malá guľôčka, pozostávajúca z odtienených vrstiev silného zdroja alfa žiarenia polónia ²¹⁰Po a berýlia. Po iniciácii bomby odtienenie berýlia zaniklo a ožiarením berýlia alfa časticami vznikol zdroj veľkého množstva neutrónov - neutrónový generátor. Ten okamžite dodal neutróny, potrebné na rýchle rozbehnutie mohutnej štiepnej reakcie. Nevýhodou (okrem iných) je krátky polčas polónia, takže pri skladovaní bômb sa musel tento neutrónový generátor často vymieňať za nový. Preto je v moderných nukleárnych hlaviciach použitý neutrónový generátor na báze trícia, ožarovaného iónovým lúčom, ktoré má dlhší polčas, ale aj tak sa musí v rámci údržby po rokoch vymieňať. Takýto generátor je uložený mimo plutóniovej gule, lepšie prístupný pre údržbu, ale zato je závislý na zdroji elektrickej energie, dosť zložitý a drahý.

Schéma zabezpečenia atómovej bomby náplňou oceľových gulôčok. Kredit:  Ian Dunster, Wikipedia, volné dílo.

Z toho, čo je tu napísané, vyplývajú dve veci: za prvé, ak by sa aj nejakým teroristom podarilo pozháňať zo dve kilá plutónia (čo je približne guľa veľkosti tenisovej loptičky, ale poriadne ťažká), k zostrojeniu použiteľnej bomby im zostáva ešte veľmi dlhá a ťažko schodná cesta. Za druhé, ak sa aj nejakému štátu podarí nahonobiť si nejaký jadrový arzenál, čaká ho ešte vyriešiť, ako ho udržať v bojovej pohotovosti – výmena batérii a neutrónového generátora nie je jedinou nutnou údržbou, o nosičoch (raketách, lietadlách a podobne) ani nehovoriac.

Aj keď už bola iniciácia atómovej bomby vyriešená, od začiatku sa muselo riešiť aj to, aby samovoľne nevybuchla a nevymazala zo zemského povrchu vlastné vojenské zariadenia aj s posádkou. Pri náletoch na Hirošimu a Nagasaki sa rozbušky montovali až v lietadle počas letu k cieľu, ale pre ďalšie bomby, ktoré boli dlhodobo skladované, sa muselo vymyslieť iné a veľmi spoľahlivé riešenie. Dôkazom sú nehody so stratenými americkými leteckými bombami (z ktorých jedna nevybuchla na americkom území len zázrakom) a s utopenými jadrovými hlavicami na sovietskych ponorkách na dne oceánov.

Stratená atómová bomba s padákom na strome po nehode v Goldsboro, USA. Údajne vtedy ostal funkčný jediný stupeň ochrany. Kredit: U.S. Air Force, volné dílo.

Najistejšie je zabrániť vzniku reťazovej štiepnej reakcie aj v prípade, že dôjde k náhodnému odpáleniu výbušniny v bombe. V minulosti sa to robilo tak, že dutina plutóniovej gule sa naplnila materiálom, ktorý pohlcuje neutróny a zastavuje reťazovú reakciu. Používali sa oceľové gulôčky, ktoré sa pred aktiváciou vysypali, alebo kadmiová retiazka, ktorá sa vytiahla. Ďalším spôsobom zabezpečenia je taká konštrukcia bomby, že pri náhodnej iniciácii výbušniny v niektorom jej mieste (teda nie súčasnej iniciácii celého množstva pomocou rozbušiek) sa plutóniová guľa zdeformuje takým spôsobom, že nedôjde k sústredeniu kritického množstva na jednom mieste. (Jestvuje informácia, že takýmto, vôbec nie dokonalým spôsobom bolo zaistené len to, že nechcená explózia nepresiahla silu 4 kiloton. Vykonané testy teda neboli príliš úspešné).

Montáž hlavíc balistickej strely. Niekde v USA a niekedy veľmi dávno – dnes už technici určite nepracujú v košeliach s krátkymi rukávmi… Kredit: US government DOD, volné dílo.

Súčasné špeciálne výbušniny, používané pre odpálenie atómových bômb sa vyznačujú vysokou stabilitou a ich samovoľná explózia je vylúčená. Čo však s náhodným odpálením rozbušiek? Tomu predchádza kombinácia poistiek, označovaných ako strong link a weak link. Strong link je vysoko odolná poistka, ktorá má za úlohu odlíšiť úmyselne daný kódovaný povel k odpáleniu od náhodných impulzov, napríklad spôsobených bleskom alebo nárazom. Akceptuje len unikátnu kombináciu signálov, náhodné signály neprepustí. Býval realizovaný ako elektrické alebo elektromechanické zariadenie, konštrukcia súčasných stronglinkov je tajná. Za stronglinkom je zapojený weak link, čo je málo odolná poistka, ktorá sa preruší pri havárii skôr, ako zlyhá strong link, napríklad následkom nárazu alebo požiaru. Bomby sú zaistené celou sadou stronglinkov a weaklinkov, uvádza sa až 6 úrovní zaistenia a tie súčasné sú zaistené aj dômyselnou elektronikou, napojenou na snímače akcelerácie a vibrácii, ktoré napríklad nedovolia, aby bomba vybuchla predtým, ako zaznamenajú javy, spojené so štartom a letom jej nosiča. Presnejšie informácie o zaistení atómových bômb a hlavíc sú pochopiteľne predmetom utajenia a tie zverejnené či uniknuté sa týkajú zbraní NATO; o ruských sa vie ešte menej, ale predpokladá sa, že sú zabezpečené podobne. Pravdepodobnosť náhodného výbuchu následkom technického zlyhania sa odhaduje na menšiu, než 1:1000000, teda jedna k miliarde. To sa už za väčšiu hrozbu považuje možnosť zlyhania ľudí, ktorí sú oprávnení jej použitie prikázať alebo povoliť.

Poznámka: to, čo je v tomto článku uvedené, je kompilácia z informácii na internete, ktorých spoľahlivosť nie je istá. Niektorí ich autori dokonca upozorňujú, že ide o informácie oficiálne neodtajnené, ktoré sa napriek tomu objavili v rôznych publikáciach. Vierohodnosť je poistená len tým, že sú tu reprodukované informácie, zhodne uvádzané vo viacerých zdrojoch.

Post scriptum

A čo, ak predsa?

Počty jadrových zbraní na svete po podpísaní dohôd poklesli, ale stále ich je príliš veľa. Kredit:  Fastfission, Wikipedia, volné dílo

Pred desiatkami rokov bolo vypočítané, že následkom výbuchov celého nahromadeného jadrového arzenálu by sa stala planéta Zem neobývateľná. Priemerná teplota by klesla o niekoľko stupňov, slnečný svit by neprenikol prachom z výbuchov, ktorý by postupne zaclonil celú planétu, rastliny by vyhynuli pre nedostatok slnečného svitu a po nich väčšina živočíchov. Ľudia, ktorí by nezahynuli počas vojny, by časom umreli od hladu (ak nie následkom ožiarenia). Súčasné scenáre stále počítajú so zánikom civilizácie, ako ju dnes poznáme, predpokladajú však prežitie malých spoločenstiev, menej zasiahnutých následkami jadrového konfliktu. Počty uskladnených jadrových hlavíc a ich sila sa po podpísaní medzinárodných dohôd niekoľkonásobne znížili; rozhodujúce tiež môže byť, že len asi štvrtina z nich je pripravená na odpálenie a z nich len časť zasiahne cieľ a exploduje a z tých uskladnených sa na odpaľovacie zariadenia možno dostane len minimum. Aj tak by bola spúšť nepredstaviteľná - taká atómová miniveľmoc, ako je Spojené kráľovstvo má síce k dispozícii len asi pol tisíca nukleárnych hlavíc (veľmoci tisíce), ale teoreticky môže spoľahlivo zničiť všetky dôležité ciele v Rusku. Sama je však extrémne zraniteľná, čo ale neplatí o rozsiahlych, riedko osídlených územiach Ruska a USA, ktoré nie sú cieľmi, hodnými jadrového útoku. Je možné, že južnú pologuľu Zeme nukleárna vojna priamo ani nezasiahne. Takže trvá istá nádej, že ľudský rod ani po tretej svetovej vojne nevyhynie. Civilizácia, ako ju poznáme dnes, však nepochybne utrpí obrovské škody, alebo zanikne. Napriek tomu všetkému, sú politici, ktorí by to vraj chceli skúsiť. Snáď to nemyslia vážne.