Tuumapomm

Aatomipommi plahvatusel tekkinud "tuumaseen" Nagasaki kohal 9. augustil 1945, mis kerkis plahvatuse hüpotsentrist 18 km kõrgusele

USA 1950. aastate animatsioon, mis õpetab lapsi tuumapommirünnaku korral varjuma

Tuumapomm ehk aatomipomm on sõjanduses kasutatav suure plahvatusjõuga lennukilt heidetav lõhkekeha ehk pomm, mille plahvatamisel tuumaenergia vabaneb raskete aatomituumade lõhustumisel või kergete aatomituumade liitumisel (H-pomm).

Üldlevinud andmetel on see esimene väljatöötatud tuumarelv ja ainuke sõjas kasutatud tuumarelv.

Tööpõhimõte

Tuumapommi tuumalaenguna kasutatakse kõrgelt rikastatud isotoope, mille tuumad kiirete neutronite toimel lõhustuvad kaheks keskmise massiarvuga aatomituumaks. Tavaliselt kasutatakse plutoonium-239; esimeste tuumapommide tuumkütuseks kasutati ka uraan-235, kuid sellised tuumapommid on oma massi kohta oluliselt väiksema purustusjõuga.

Iga tuuma lõhustumisel vabaneb kaks või kolm neutronit ning igaüks neist kutsub omakorda esile ühe tuuma lõhustumise. Lõhustumise kiirus kasvab sekundi murdosa jooksul järsult. Selle kontrollimatu ahelreaktsiooni käigus vabaneb tohutu hulk energiat ja kiirgust.

Selle ahelreaktsiooni käivitumiseks on tarvis teatud minimaalset kompaktselt paiknevat tuumkütuse hulka (kriitilist massi). Kui kütust on liiga vähe (pind on võrreldes massiga liiga suur), siis liiga paljud (spontaansel) lõhustumisel eralduvad neutronid lendavad kütusest välja, mistõttu reaktsioon ei saa jätkuda. Kriitiline mass sõltub kütuselaengu kujust (pinna pindalast); kõige väiksem on see kera puhul: uraan-235-l on see umbes 15 kg (mis vastab 0,8 liitrile). Tuumkütuse kriitilist massi on võimalik alandada näiteks tuumkütusest välja kiiratud neutronite tagasipeegeldamisega neutronpeegli abil ja tuumkütuse tihendamisega, mis suurendab tõenäosust, et vabanenud neutron tabab mõnda tuumkütuse tuuma.

Tuumapommides kasutatavad neutronpeeglid tehakse paari sentimeetri paksusest berülliumikihist (neutroneid peegeldab berüllium kogu kihi paksuselt, mitte ainult oma välispinnaga nagu tavaline peegel). Ilma neutronpeeglita plutoonium-239 kriitiline mass on 11 kg, peegli kasutamise korral on kriitiline mass 190 g.

Kriitilise massi vähendamiseks puhastatakse plutoonium-239 neutronmürkidest, mis neelavad neutroni, kuid ei lõhustu (plutoonium-238, plutoonium-242, ameriitsium-238 ja kuurium-245). Kriitilist massi vähendab ka plutoonium-239 jahutamine absoluutse nulli lähedale, millega lõhustumise ristlõige suureneb.

Tuumapommi plahvatuse (ahelreaktsiooni) käivitamiseks tuleb tuumkütus viia alakriitilisest olekust ülekriitilisse. Uraan-235 kasutavates pommides tõugatakse selleks kaks kriitilisest massist väiksema massiga uraani poolkera tohutu surve ja kõrge temperatuuriga teineteise vastu, kasutades selleks tavalõhkeaine plahvatuse energiat. Plutoonium-239 pommides tihendatakse alakriitiline plutoonium selle ümber sfääriliselt paigaldatud, paljude ülitäpselt üheaegsete pommi keskmesse suunatud tavalõhkeaine kumulatiivsete plahvatuste (implosiooni) abil ülekriitiliseks. Implosioon tekitatakse 32–96 väikese tavalõhkeaine kumulatiivlaengute üheaegse plahvatusega kerakujulise pommi pinnal. Kui kasutatakse neutronpeeglit ja implosiooni, võib plutoonium-239 kriitiline mass väheneda kuni 50 grammini. Implosioonil põhineva tuumapommi koostisosade valmistamine nõuab äärmist täpsust, mis ületab tunduvalt prilliklaaside lihvimiseks vajaliku täpsuse.

Tuumapommis osaleb tuumareaktsioonis tegelikult ainult murdosa selles leiduvast tuumkütusest, sest tekkiv temperatuur umbes 15 miljonit kelvinit ja rõhk mitu miljonit hektopaskalit aurustab ja hajutab kütuse mõne mikrosekundiga, nii et reaktsioon ei jätku. Plahvatus kestab ainult umbes miljondik sekundit.