Nuklearno oružje spada u skupinu oružja za masovno uništenje. Uz njega, tu je i kemijsko (bojni otrovi) te biološko. Od potonja se dva oružja nuklearno razlikuje ponajprije po iznimnoj snazi djelovanja, tj. sposobnosti da u nekoliko desetaka sekundi razori cijele gradove

Nuklearno oružje dijeli se po načinu djelovanja na fisijsko i termonuklearno, kod kojeg se primjenjuje princip fuzije. Postoje i tzv. prljave bombe, čije se djelovanje pokušava postići raspršivanjem visokoradijacijskog materijala na što veću površinu. Fisija je lančana reakcija cijepanja atomske jezgre pogođene neutronom na dva dijela podjednake mase, praćena emisijom neutrona, gama-zračenja i oslobađanjem velikih količina energije. U nuklearnim bojnim glavama za tu se reakciju koristi fisibilni izotop koji je podložan nuklearnoj reakciji fisije. Da bi se ostvarila nuklearna eksplozija, potrebno je stvoriti uvjete naglog oslobađanja neutrona koje će pokrenuti nova cijepanja atomskih jezgri. To je moguće ostvariti jer se fisijom fisibilnih izotopa stvaraju dva do tri neutrona koji mogu izazvati fisiju u drugim jezgrama fisibilnih izotopa. Takva se reakcija naziva lančana fisijska reakcija. Pritom se dobiva golema količina energije koja se oslobađa u vrlo kratkom vremenu, što stvara divovsku razornu snagu. Kontrolirana fisija rabi se u nuklearnim elektranama za dobivanje vrlo velike količine energije koja se s pomoću vodene pare pretvara u električnu energiju. Fuzija je znatno složeniji postupak. Riječ je o spajanju lakih atomskih jezgri u teže, pri čemu se zbog gubitka mase oslobađa golema količina energije. Fuzija je do sada uspješno iskorištena jedino u proizvodnji termonuklearnog oružja.

Nuklearna bojna glava

Već smo spomenuli da nuklearno oružje radi na osnovama fisije. Kao gorivo može se koristiti obogaćeni uranij-233 ili uranij-235, ali i plutonij-239. U sva je tri slučaja princip djelovanja identičan. Nuklearna bomba fisijskog tipa eksplodirat će kad se dvije ili više potkritičnih masa fisijskog materijala u prisutnosti izvora neutrona naglo približe i time stvori natkritična masa. Stvaranje natkritične mase presudan je faktor jer bi se u protivnom spontano zaustavila fisijska reakcija. Da bi se ostvarila lančana reakcija potrebna za nuklearnu eksploziju, mora se postići natkritična masa. To se postiže implozijom klasičnog eksploziva koji potkritične dijelove nuklearnog eksploziva dovodi u stanje natkritične mase, posljedično pokretanja procesa fisije i nuklearne eksplozije. To teoretski izgleda jednostavno. No pravi je izazov za inženjere koji su prvi razvijali nuklearno oružje bio kako stvoriti ujednačenu eksploziju klasičnog eksploziva koja će pokrenuti lančanu reakciju, a neće raznijeti nuklearno punjenje prije stvaranja natkritične mase.

U prvim se nuklearnim bombama punjenje sastojalo od izvora neutrona koji je bio smješten u središtu. Oko njega simetrično je bilo postavljeno nuklearno gorivo. Iza njega nalazili su se reflektori neutronskog zračenja reflektora ili reflektori i tamperi neutrona. Tamper je tvar koja nakratko zaustavlja neutrone tako da se poveća njihov tlak u aktivnoj sredini. Kao tamper može se, uz ostalo, rabiti zlato, renij, volfram, berilij, pa i sam uranij. Potom se stavljao klasični eksploziv s upaljačima koji su morali osigurati ispravnost detonacije. Sve to na mjestu je držao oklop koji je ujedno služio i za smanjenje radioaktivnog zračenja.

Simetrično postavljeni detonatori aktiviraju klasični eksploziv, koji formira detonacijski val. Brzinom od 10 000 m/s detonacijski val prostire se kroz klasični eksploziv, stvarajući preduvjet za formiranje udarnog vala produkata izgaranja tog eksploziva. Simetričnost detonatora i prostiranja detonacijskog vala omogućava simetričnost udarnog vala na vanjskoj strani segmenata nuklearnog eksploziva. Udarni val stvara preduvjete za gotovo trenutačno spajanje segmenata nuklearnog eksploziva, dovodeći ga u natkritično stanje. U tom se trenutku aktivira izvor neutrona, pri čemu neutroni iz njega započinju fisiju atomskih jezgara nuklearnog eksploziva. Udarni val sve više sabija nuklearni eksploziv povećavajući mu gustoću do dva puta, a natkritičnost raste, u prvoj aproksimaciji, eksponencijalno s vremenom. Kinetička energija fisijskih fragmenata neutrona i drugih čestica predaje se sabijenom eksplozivu, pri čemu se stvara temperatura od više milijuna kelvina. Stanovit broj neutrona iz fisije bježi iz sustava, a ostali neutroni nastavljaju fisijsku reakciju neposredno ili, reflektirani, sudjeluju u idućim fisijama. Temperatura raste proporcionalno broju generacija neutrona prevodeći cijeli sustav u stanje plazme. Kad stvoreni tlak nadvlada tlak udarnog vala, sustav se raspada, a nuklearna je eksplozija završena.

Sve traje jednu pikosekundu

Snaga nuklearne eksplozije određena je kvalitetom i količinom nuklearnog eksploziva i vremenskim značajkama detonacijskog vala. U jednakim je uvjetima snaga proporcionalna količini nuklearnog eksploziva koji je bio podvrgnut fisiji. Oslobođena energija u nuklearnom oružju jedina je mjera njegove razorne moći. Brojni eksperimenti pokazuju da se na oslobađanje energije pri nuklearnoj eksploziji troši samo 58 milijarditih dijelova mase nuklearnog eksploziva, tako da je iskoristivost vrlo mala. Odlučujući faktor za odvijanje, pa čak i ostvarenje nuklearne eksplozije, jest vrijeme tijekom kojeg će se odvijati lančana reakcija fisije. Količina oslobođene energije tako je velika da se čvrstoćom konstrukcije ne može produljiti lančani proces. Inercija reflektora donekle zamjenjuje slabosti konstrukcije. Nuklearna eksplozija traje približno jednu pikosekundu (10⁻¹² sekundi, oznaka je ps), upravo onoliko koliko inercija može sustav zadržati kompaktnim. Jedini način ispunjenja vojnih zahtjeva bez povećanja mase tampera jest povećanje broja generacija neutrona. To ovisi o svojstvima nuklearnog eks-ploziva, a prije svega o nuklearnoj i izotopnoj čistoći. Zbog toga se pri izradi nuklearnog oružja teži da nuklearni eksploziv, ako je uranij, bude što više obogaćen i da sadrži više od 95 % uranija-235, odnosno, kad je nuklearni eksploziv plutonij, da sadrži više od 90 % plutonija-239 i što manje drugih izotopa plutonija. U takvim je uvjetima moguće ostvariti od 50 do 100 generacija neutrona za vrijeme djelovanja inercije sustava. Povećanje broja generacija neutrona na račun reflektorom vraćenih neutrona u sustav, u vremenskoj dinamici odvijanja nuklearne eksplozije, ima utjecaj dok se bitno ne promijeni izotopni sastav zbog fisije jezgara nuklearnog eksploziva. Djelovanje reflektora i tampera manifestira se do zadnje generacije neutrona, bez obzira na to što su oni prešli u plinovito stanje; oni i tad imaju refleksijska i inercijska svojstva.

Kritična masa nuklearnog eksploziva izravno ovisi o njegovoj čistoći te geometrijskom obliku i debljini, kao i o svojstvima reflektora i tampera. Zbog sigurnosti, za svaki tip nosača nuklearno oružje ima dodatne mehanizme koji zahtijevaju određeni redoslijed postavljanja prije uporabe. Neka su nuklearna oružja imala pojednostavnjen način djelovanja tako da su se sastojala od dva dijela. Kritičnost i natkritičnost nuklearnog eksploziva postizala se naglim spajanjem potkritičnih dijelova od kojih je jedan mirovao, a drugi prema prvome nosio detonacijski val klasičnog eksploziva. Tako se izbjegavala konstrukcija sferičnog punjenja, čija je izrada iznimno složena. Nuklearne bombe s tim principom djelovanja bile su znatno manjih dimenzija.

---

Načini djelovanja

Djelovanje nuklearnog oružja pokazuje se preko udarnog vala, toplinskog zračenja, radioaktivnog zračenja i zagađenja (kontaminacije) radioaktivnim fisijskim produktima zraka, zemljišta, mora i voda, te predmeta na njima ili u njima. Nuklearni procesi (fisija ili fuzija), koji se u vrlo kratkom vremenu odigravaju u nuklearnom oružju, oslobađaju energiju iznimne gustoće, od 50 do 106 puta veće od gustoće energije klasičnog eksploziva. Raspodjela oslobođene energije nuklearnog oružja približno iznosi: udarni val 50 %, toplinsko zračenje 35 %, radioaktivno zračenje 15 %. Za neutronsku bombu (opisat ćemo je naknadno u podlistku) dominantno je djelovanje neutrona, a raspodjela energije približno iznosi: neutroni 67 %, udarni val 18 %, toplinsko zračenje 13 %, ostali procesi 2 %. Prinos radioaktivnog zračenja svakog nuklearnog oružja može se povećati njegovim oblaganjem fisibilnim materijalom (npr. prirodnim uranijem), ako to taktičke potrebe oružja zahtijevaju i ako postoje tehničke mogućnosti.

---

Udarni val

Tijekom nuklearne eksplozije oslobađa se golema količina energije, koja se sastoji od radioaktivnog zračenja i vrlo visoke temperature. Posljedica je stvaranje udarnog vala. Ako se nuklearna eksplozija dogodi nad kopnom, udarni val činit će prašina. Nad vodom ga pokazuje velika količina vodene pare. Podvodna nuklearna eksplozija ne velikoj dubini prouzročuje cunami. Podzemne nuklearne eksplozije udarnim valom stvaraju vrlo velike špilje.

Od središta nuklearne eksplozije udarni se val širi velikom brzinom, prenoseći svoje mehaničko djelovanje na sve objekte koji mu se nađu na putu. Udarni val sastoji se od tri faze. Prva je faza širenja. Potom vrlo kratka faza mirovanja. Završna je faza povratni udarni val kojim se zrak vraća prema središtu eksplozije iz koje je bio izbačen. Specifičnost je udarnog vala u tome da u trenutku eksplozije stvara štetu jer se zrak širi Machovim valom, što znači nadzvučnom brzinom.

Snaga udarnog vala prije svega ovisi o snazi nuklearne eksplozije. Tako nuklearna eksplozija snage
20 kilotona na udaljenosti od 920 metara stvara nadtlak od 1 kg/cm², dok na udaljenosti od 1100 metara tlak pada na 0,5 kg/cm². Na udarno djelovanje otpada oko 50 posto snage nuklearne eksplozije.

---

Toplinsko djelovanje

Toplinsko djelovanje nuklearne eksplozije javlja se kao posljedica 30 do 40 posto oslobađanja nuklearne reakcije. Očituje se kao svjetlosni bljesak i toplinsko zračenje. Svjetlosni bljesak može dovesti do privremenog ili trajnog oštećenja vida. S temperaturama višim od 8000 kelvina (7700 Celzijevih stupnjeva) toplinski val dovodi do trenutačnog zapaljenja ili taljenja gotovo svih postojećih materijala. Toplinsko zračenje ovisno o snazi eksplozije traje od nekoliko pa do više od 20 sekundi (kod termonuklearnih eksplozija). Pri nuklearnoj eksploziji snage 20 kt traje tek dvije do tri sekunde. Usprkos tomu, prouzročuje veći stupanj razaranja od udarnog vala.

---

Radioaktivno zračenje

Iako čini tek oko 15 posto djelovanja nuklearne eksplozije (nešto više kod neutronskih bojnih glava), radioaktivno zračenje najopasnije je za živa bića jer ima najdulje djelovanje. Radioaktivno zračenje dijeli se na početno i naknadno. Početno se sastoji od gama- i neutronskog zračenja, a djeluje tijekom prve minute nakon eksplozije. No njegovo je rasprostiranje ograničeno na tek nekoliko stotina metara. Najveća je opasnost od radioaktivnog zračenja dugoročna radioaktivna kontaminacija i onečišćenje. Ovisno o snazi nuklearne eksplozije i vrsti nuklearne bojne glave, to se onečišćenje može protezati od minimalno 30 pa do 100 ili više godina. Preko radioaktivne prašine i pare te radioaktivnih oborina može se prostirati tisućama kilometara.

---

TEKST: Mario Galić