수소 폭탄이란 수소의 핵융합 때 발생하는 에너지를 이용한 폭탄이다.
핵융합의 임계온도는 무척 높기 때문에, 수소폭탄은 원자폭탄을 기폭제로 사용하여 초고온 초고압 상태를 만들어 핵융합 반응을 일으킨다.
즉 핵분열 반응으로부터 핵융합 반응을 이끌어내는 형태이다.
더 나아가, 핵분열-핵융합-핵분열 반응을 이용한 3단계 수소폭탄도 가능하다.
일반적인 3단계 형태 수소 폭탄의 구조는 1951년 텔러-울람 설계의 디자인을 따른다.
3단계 수소 폭탄의 경우 기폭제인 원자폭탄, 삼중수소와 중수소를 만들어낼 중수소화리튬, 그리고 핵융합 물질을 둘러싼 우라늄 238로 이루어져 있다.
구형의 원자폭탄(fission bomb)이 폭발하면 수소 폭탄 내부가 초고온 초고압 상태가 되고 스파크 플러그(Fissile sparkplug)가 그 열과 압력을 집중시켜 핵융합 반응에 적합한 환경을 형성한다.
그 후 핵융합 연료(fusion fuel)가 핵융합 반응을 일으키고, 핵융합 연료를 둘러싼 우라늄 반사재(Uranium tamper)가 폭발력과 살상력을 증폭시킨다.
수소폭탄이 작동하는 원리
1. (핵분열) 원자폭탄을 기폭제로 하여 초고온 초고압 상태에서 형성된 수많은 중성자들이 리튬과 반응해 삼중수소를 만든다.
2. (핵융합) 중수소와 삼중수소가 초고온 초고압 상태에서 핵융합 반응을 하여 막대한 에너지와 높은 에너지의 중성자를 형성한다.
3. (핵분열) 핵융합으로 생성된 고에너지 중성자들이 핵융합 물질들을 둘러싼 우라늄 238과 반응하여 핵분열을 일으키며 폭발력을 증폭한다.
일반적으로 우라늄 238은 핵분열 에너지로부터 나온 에너지로는 핵분열 시키기 어렵지만, 핵융합 반응으로 나온 높은 에너지로 핵분열 시킬 수가 있다.
위 과정 중에서 3번 과정이 없을 경우, 고에너지의 중성자가 그대로 나오게 되며 이를 중성자 폭탄이라고 한다.
또 다른 변형으로, 우라늄 238 대신 코발트 59로 핵융합 물질들을 둘러싸면 코발트 59가 핵융합 반응으로 나오는 중성자를 받아 코발트 60이 된다.
생성된 코발트 60은 베타붕괴를 하며 감마선을 방출하며 방사능 오염을 일으키는데, 이를 코발트 폭탄이라고 한다.
수소폭탄의 아버지
수소 폭탄 같이 핵융합 반응을 이용한 핵무기에 대한 구상은 맨하탄 프로젝트(Manhattan Project) 당시 엔리코 페르미(Enrico Fermi)가 처음 제안하였다.
이후 1930년대에 한스 베테(Hans Bethe)는 태양과 같은 별들이 고온, 고압 상태에서 핵융합 반응을 통해 에너지를 방출하는 것이 밝혔다.
마침 맨하탄 프로젝트에서 연구 중이던 원자 폭탄이 고온, 고압 상태를 만들기 적합하다는 사실이 알려지게 되면서 수소 폭탄에 대한 구체적인 구상과 설계가 앞서 언급된 에드워드 텔러(Edward Teller)와 스타니스와프 울람(Stanislaw Marcin Ulam)에 의해 이루어졌다.
차르붐바
차르 봄바(러시아어: Царь-бомба 차리 봄바[*]→황제 폭탄, 영어: Tsar Bomba, Tsar-bomb)는 소비에트 연방의 수소 폭탄이다.
인류가 폭발시킨 폭탄 중 가장 위력이 큰 폭탄으로, 현재까지 인류가 만들어낸 가장 강력한 무기이기도 하다.
1961년 10월 30일 소비에트 연방 노바야제믈랴 제도에 실험이 실시되었다.
코드 네임은 개발자의 이름을 딴 이반(Ivan)이었다.
폭탄은 TNT 50Mt(메가톤)의 파괴력을 가졌다.
실제 사용을 위한 무기라기보다는 냉전 중에 미국에 대해 소련의 기술력을 과시할 목적으로 개발되고 실험된 폭탄이다.
1메가톤의 핵분열탄이 폭발하여, 49메가톤의 핵융합을 발생시키는 구조이다.
3단계 핵폭탄으로, 1단계에서 핵분열탄이 폭발한다.
2단계에서 핵융합을 일으키고, 다시 3단계에서 한 번 더 핵융합을 일으킨다.
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