פצצת מימן

העקרונות של טלר-אולם לפצצת מימן: פצצת ביקוע עושה שימוש בקרינה על מנת לכווץ ולחמם אזור נפקד 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). עוצמתה של פצצת המימן גדולה פי 100 לערך משל פצצת האטום (בה מתבצע תהליך ביקוע אטומי) ונמדדת ביחידות של מיליוני טונות TNT, מגהטון.

כדי שתהליך ההיתוך יתרחש יש צורך בלחצי טמפרטורה גבוהים 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 פצצה כזו 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 = 1000 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 מאד. 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 ידבקו אחד לשני 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 מאד, כוח הדחייה האלקטרוסטטי, הנובע מכך שלשני הפרוטונים מטען חיובי, ישנה את מסלולם וימנע את ההצמדות, אלא אם הפרוטונים ינועו במהירות גבוהה מאד, 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 כעשר מליון 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 אטום. פצצת האטום יוצרת את החום הדרוש, ומיכל של מימן דחוס או מים כבדים הצמוד לה סופג את חום הפיצוץ, ובו מתרחשות אותן התנגשויות פרוטונים, היוצרות פיצוץ משני, אדיר הרבה יותר.