Hidrojen bombası
Hidrojen bombası, Hidrojen izotopları arasındaki nükleer füzyon tepkimesinin oluşturduğu enerjinin, denetimsiz biçimde patlayarak açığa çıktığı güçlü silah. Nükleer füzyon, küçük atom çekirdeklerinin, daha büyük bir atomun çekirdeğini oluşturacak biçimde bir araya gelmesidir. Büyük çekirdekteki tanecikleri bir arada tutan bağlanma enerjisi, küçük çekirdek taneciklerini tutan enerjiden küçük olduğundan, füzyon sonucu büyük miktarda enerji açığa çıkar. Apansız bir füzyon olayı sırasında, tepkimeye giren milyonlarca çekirdekten serbest kalan enerji, çok güçlü bir patlamaya yol açar. Gerçekten, hidrojen bombası, insanların yaptığı en yıkıcı bombadır ve atom bombasından çok daha güçlüdür.
Füzyon
Nükleer füzyon kendiliğinden oluşmaz. Normal olarak ikisi de artı yüklü olan iki çekirdek, birbirini iter. Çekirdeklerin birleşmesi için, uygun koşulların sağlanması gerekir: Başlangıçta çekirdekler olabildiğince yakın bulunmalı ve birbirlerine doğru çok büyük bir hızla hareket etmelidirler. Yüksek hızları elde etmek için, bileşenler, birkaç yüz milyon derece sıcaklığa kadar ısıtılır (bu nedenle hidrojen bombasına, "termonükleer bomba" da denir). Bir kez kritik sıcaklığa ulaşılınca, füzyon olayı başlar ve salınan enerji, yüksek sıcaklığı korur. Tepkime, radyoaktif madde tükenene kadar ya da radyoaktif madde parçalarının kritik sıcaklık bölgesi dışına saçılmasına kadar sürer. Füzyon olayının oluşup bitmesi, son derece kısa bir sürede gerçekleşir.
Hidrojen bombasında, hidrojenden çok hidrojenin izotopları olan döteryum ve trityum kullanılır. Döteryum doğal olarak, sözgelimi döteryum oksit (D20 ya da ağırsu) halinde bulunur. Suda, 5 000'de 1 oranında D2O vardır. Sudan, döteryum özütlenip arıtılabilir. Trityumsa, radyoaktif bir izotoptur. Doğal olarak bulunmaz. Yapay yoldan elde edilmesi gerekir. Lityum-6 (atom ağırlığı 6 olan, alkali lityum metalinin bir izotopu), nötron bombardımanına tutulursa, helyum ve trityuma ayrışır.
Hidrojen bombasının gelişmesi. İlk hidrojen bombaları, bir atom bombası ile hidrojen izotopları taşıyan bir sıvıdan oluşuyordu. Atom bombası, füzyon için gerekli ısıyı sağlayarak, tetik görevi yapıyordu. Atomlar sıvı içinde, gazlardakine oranla birbirlerine daha yakın durduklarından, başlangıçta sıvı hidrojen izotopları kullanıldı; ama sıvı hidrojen izotoplarının çok kararsız ve tehlikeli olmaları nedeniyle, bu tür bombaların saklanması çok güçtü.
Modern hidrojen bombaları, bir atom bombası ile onun çevresine sarılı bir lityum döterür (lityum-6 ve döteryum bileşiği) örtüsünden oluşur. Lityum döterürün iki temel işlevi vardır. Birincisi, döteryum çekirdeklerini birbirine çok yakın tutarak, gereken ısı sağlandığında çekirdeklerin en uygun uzaklıklarda bulunmasını sağlar. İkincisi, lityum-6 nötronlarla bombardıman edildiğinde, trityum oluşturur ve trityum, döteryumla füzyona girer. Bu süreç için gerekli nötronlar, atom bombası tarafından sağlanır; dolayısıyla, tetikleme sırasında, birden çok işlev yerine getirilmiş olmaktadır. Ana tepkimeleri oluşturan döteryum-döteryum ve döteryum-trityum füzyonlarından başka füzyonlar da patlamaya katkıda bulunur. Sözgelimi, lityum çekirdeği, döteryum çekirdeğiyle birleşerek enerji açığa çıkarır.
Bu tür hidrojen bombası, büyük miktarda radyoaktif artık oluşturmadığı için, "temiz bomba" diye tanımlanır. Aylar, hattâ yıllar boyu radyoaktif kalabilen artıkların temel kaynağı, tetikleme sırasında oluşan radyoaktif ürünler ve yanmamış trityumdur. Ancak, tetik görevi yapan atom bombası çok küçük olduğundan, bunlar büyük miktarları bulmaz.
Bazı hidrojen bombalarının çevresiyse bir uranyum (U238) tabakasıyla sarılır. Bu tabaka, hem bir kılıf işlevi görür, hem de nötron bombardımanı sırasında füzyon süresinin daha da uzamasına yol açarak, ikinci bir füzyon enerjisi kaynağı yerine geçer. Fisyon-füzyon-fisyon tepkimesinin oluştuğu bu tür bombalara, çevreye önemli miktarda radyoaktif artık saçtıklarından, "kirli bomba" denir.
Hidrojen bombasının patlama gücü, iki nedenden ötürü atom bombasınınkinden çok daha yüksektir. Birinci neden,hidrojenin bilinen elementlerin en hafifi olmasıdır. Belirli hacimdeki döteryum ya da trityum, aynı hacimdeki uranyum ya da plütonyumdan çok daha fazla füzyon oluşturacak çekirdek içerir. Gerçekten, kuramsal olarak, belirli kütledeki döteryum, tam kavuşum sırasında, aynı kütledeki U235'in saldığı enerjinin üç katını açığa çıkarır. İkinci nedense, hidrojen bombasının büyüklüğünün, atom bombasınınki gibi sınırlı olmamasıdır. Atom bombasında zincirleme tepkimenin sürebilmesi gerekir; ama bomba patladığında, bu maddelerin çoğu kullanılmadan uzağa fırlayacağından, zincirleme tepkime kendiliğinden durur. Oysa hidrojen bombasında, yeterli sıcaklığın bulunduğu her noktada, füzyon verecek bütün madde tükenene kadar tepkime sürer. Hidrojen bombasının büyüklüğü, yalnızca bir uçağın ya da roketin taşıyacağı ağırlıkla sınırlıdır.
Hidrojen bombası denemeleri
İlk hidrojen bombası denemesi, 1 Kasım 1952'de, Büyük Okyanus'taki Bikini adasında, ABD tarafından gerçekleştirildi. Bu denemede 5-7 megatonluk (5-7 milyon tonluk TNT patlamasına eşdeğer) bir patlama elde edildi. Sovyetler Birliği'yse, ilk hidrojen bombası denemesini 21 Ağustos 1953'te yaptı. O tarihten bu yana İngiltere, Fransa ve Çin de hidrojen bombaları yapıp denediler. Günümüze kadar yapılan en büyük hidrojen bombasını, SSCB 30 Ağustos 1961'de patlattı. Bu 60 megatonluk bir bombaydı. Bir karşılaştırma yapılırsa, İkinci Dünya Savaşı sonunda Japonya'ya atılan atom bombası, yalnızca 15 kiloton (15 000 ton TNT'ye eşdeğer) gücündeydi (en büyük atom bombasının gücü de, birkaç yüz kiloton dolayındadır).
Hidrojen bombası savaşlarda kullanılmamıştır; ama deneme patlamaları sonucu, istenmeyen etkilerin ortaya çıktığı görülmüştür. Özellikle radyoaktif artıklar süte, yiyeceklere sızmakta ve kanser gibi ciddi hastalıklara neden olmaktadır. Bu tür tehlikeleri en aza indirmek için, Ağustos 1963'te ABD, SSCB ve İngiltere arasında, atmosferde uzayda ve su altında nükleer denemeleri yasaklayan bir anlaşma imzalanmıştır (radyoaktif artıkların atmosfere yayılmasını engelleyici önlemler alınması koşuluyla, bu tür denemelerin ancak yer altında yapılmasına izin veriliyordu). O tarihten sonra, birçok devlet söz konusu anlaşmayı imzalamıştır; ama iki ülke, Fransa ve Çin, henüz bu anlaşmaya katılmamışlardır ve Avustralya, Yeni Zelanda gibi ülkelerin büyük protestolarına karşın, zaman zaman atmosferde nükleer denemeler yapmışlardır.