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水素爆弾(すいそばくだん)は、核兵器の一種で、核融合反応を利用した爆弾である。水爆とも呼ばれる。

原子爆弾を起爆装置として用い、この核分裂反応で発生する放射線と超高温、超高圧を利用して、水素の同位体の重水素や三重水素(トリチウム)の核融合反応を誘発し莫大なエネルギーを放出させる。高温による核融合反応(熱核反応)を起こすことから「熱核爆弾」や「熱核兵器」とも呼ばれる。一般に核出力は原爆をはるかに上回る。なお、中性子爆弾や3F爆弾も水爆の一形態である。

第二次世界大戦後から現在に至る原爆開発競争に参加した国の中でも、水素爆弾を兵器として実用化したのは国際連合の常任理事国であるアメリカ合衆国と旧ソビエト連邦(ロシア)、イギリス、中華人民共和国、フランスのみである。

◆開発の歴史

第二次世界大戦末期のマンハッタン計画後、アメリカ合衆国でエドワード・テラー、スタニスラフ・ウラムらによって開発が進められ、1952年11月1日、エニウェトク環礁で人類初の水爆実験、アイビー作戦 () が実施された。この作戦でアメリカはマイク (Mike) というコードネームで呼ばれる水爆の爆発実験に成功した。マイクの核出力は10.4メガトン1メガトンは1,000キロトン、つまり百万トン分のTNT爆薬が爆発したときに発するエネルギーに相当する核出力を意味する。広島に投下された原爆の出力は15キロトン、長崎のそれは20キロトンであった。であったが、本来は気体である重水素や三重水素を零下二百数十度に冷却液化しなければならないため、そうした大規模な装置類の付属により、マイクの重量は65トンに及び、実用兵器には程遠いものであった(気体のままでは密度が低く、核融合反応が起きない)。

ところが、翌1953年、ソビエト連邦が重水素などの熱核材料をリチウムと化合させて重水素化リチウム(固体)として用いた水爆の実験(RDS-6)に成功した(実際には水爆ではなかったといわれている)。この型では大掛かりな付属装置が不要なため水爆を小型軽量化できた。その後アメリカも熱核材料をリチウムで固体化した水爆を完成。1954年、キャッスル作戦 () が実施された。作戦の一つ、ブラボー (Bravo) 実験の成功により大幅な小型化に成功した。

更に米ソ両国で核実験が続けられ1955年から1956年には爆撃機にも搭載可能になり核兵器における威力対重量比が格段に増大する結果となった。いわゆるメガトン級核兵器の登場である。

◆爆発の原理

水爆の構造は重要な軍事機密であるため公式には一切公表されていないが、以下のようであろうと推測されている。

◇形状と配置

一端が丸い円筒形や回転楕円体をした弾殻内の丸い側や焦点に核分裂爆弾、つまり原子爆弾が置かれる。円筒部分か、もう一方の焦点には、外層に圧縮材としてのウラン238、中間層に主役の核融合物質としての重水素化リチウム、中心に更なる熱源としてのプルトニウム239よりなる3層の物質が置かれる。弾殻は放射線の反射材として機能させるために、ベリリウム、ウラン、タングステンなどが使用され、特にこの部分にウラン238やウラン235をぶ厚く使用したものが3F爆弾と呼ばれるさらに発生エネルギーを高めた核爆弾である。核融合部分と弾殻の間はスチレン重合体等が詰められる。

◇第1段階:原子爆弾の起爆と核分裂による放射

原子爆弾が起爆されると、その核反応により放出された強力なX線とガンマ線、中性子線が直接や弾殻の球面に反射してもう一方の核融合部分に照射される。照射されたX線は核融合物質周辺のスチレン重合体などを瞬時にプラズマ化させ、高温高圧となって円筒部の中心に位置する3層の核融合部分を圧縮する。ウラン238が推進効果で核融合物質としての重水素化リチウムを中心へ圧縮すると同時に中心軸のプルトニウム239がガンマ線と中性子線の照射を受ける。プルトニウム239が核分裂反応を起こすことで中心部からも重水素化リチウムを圧縮する。

◇第2段階:核融合の開始

超高温超高密度に圧縮された重水素化リチウムはやがてローソン条件を満たし、核融合反応を起こす。

◇第3段階:水素爆弾の爆発

核融合によって放たれた高速中性子がウラン合金製のタンパーに到達し、核分裂を開始させる。このプロセスを最後にケーシングは完全に消滅し、核爆発となる。通常水爆の核出力の大部分はこの核分裂のエネルギーによって得られる。

◇核反応物質

核融合爆弾の主なエネルギー源となるのは重水素と三重水素である。重水素は自然界の水の中に5000分の1の割合で含まれており抽出が比較的容易であり、三重水素の原料となるリチウムも入手が容易である。水爆では、まず起爆薬としての原爆により高温高圧の環境を作り、中性子によるウランの反応も関与して、重水素とトリチウムの混合物の核融合を導くという2段階の方法をとる。この水素爆弾で使われる核融合物質は熱核材料と呼ばれる。

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