Úvod
Co kdybychom v dějinách jaderné fyziky udělali jinou odbočku? Místo štěpení těžkých atomů, které po sobě zanechávají smrtící radioaktivní spad, co kdyby lidstvo poprvé zvládlo čistou jadernou fúzi? A ne jen tak ledajakou, ale takovou, která by jako palivo používala běžné helium.
V tomto fyzikálním myšlenkovém experimentu zkoumáme hypotetický scénář, v němž vědci na přelomu 19. a 20. století objevili cestu k **triple-alpha reakci** – tedy spojení tří jader helia na uhlík za uvolnění obrovského množství energie. V době Projektu Manhattan by tak měli k dispozici technologii, která slibuje bombu s ohromným ničivým potenciálem, ale bez hrozby radioaktivního zamoření.
Co by to znamenalo pro konstrukci zbraně, její ničivou sílu, dopady na města, atmosféru i globální detekci? A byl by takový "čistý" výbuch skutečně morálně jednodušší? Pojďme se ponořit do fyziky tohoto scénáře, bez historických nebo etických úvah.
1. Fyzikální základ: triple-alpha reakce
Tato jaderná reakce je mechanismus, kterým hvězdy tvoří uhlík z helia. Zjednodušeně řečeno, je to proces, při němž se spojí tři jádra helia-4 a vytvoří jedno jádro uhlíku-12. Při tomto spojení se uvolní obrovské množství energie.
3 × ⁴He → ¹²C + γ
- Uvolněná energie: ~7.275 MeV na jednu fúzi (jednotka energie na subatomární úrovni)
- Požadovaná teplota: ≥ 10⁸ K (miliony stupňů Celsia)
- Požadovaná hustota: ≥ 10⁵ g/cm³ (extrémní stlačení)
- Doba udržení: ≥ 10⁻¹⁶ s (kvůli nestabilnímu mezistupni beryllia)
2. Výpočet energetického výnosu
Pro výpočet energie z 1 kg helia použijeme základní fyzikální vztahy:
- Počet molů: 250 mol
- Počet atomů: ~1.506 × 10²⁶
- Počet fúzí: ~5.02 × 10²⁵
- Celková energie: ~5.85 × 10¹³ J
- Ekvivalent TNT: ~14 kilotun
Pro srovnání, k dosažení ničivého účinku bomby o síle 1 Mt TNT, což je více než 65x silnější než historická bomba Little Boy, by bylo potřeba cca 716 kg helia.
3. Konstrukce hypotetické bomby
Konstrukce takovéto zbraně by byla extrémně náročná a vyžadovala by technologie, které v době Projektu Manhattan nebyly k dispozici.
- Palivo: ⁴He, cca 700 kg
- Objem kapsle: ~7 litrů při hustotě 10⁵ kg/m³
- Geometrie: sférická kapsle s reflektivním pláštěm
- Kompresní systém: pro dosažení požadované hustoty by bylo nutné použít laserovou nebo magnetickou implozi
- Zapalovač: pro spuštění reakce by byl potřeba miniaturní štěpná bomba, laserový puls nebo antihmota
- Časování: synchronizace celého systému na pikosekundy
4. Srovnání s historickými bombami
Níže uvedená tabulka porovnává ničivé účinky hypotetické heliové fúzní bomby (1 Mt) s historickými bombami.
| Parametr | Little Boy / Fat Man | Helium fúzní bomba |
|---|---|---|
| Výkon | 15–21 kt TNT | 1 Mt TNT |
| Plazmová koule | ~250 m | ~2 km |
| Tepelný impuls | ~2.5 km | ~15 km |
| Tlaková vlna (5 psi) | ~1.5 km | ~6.5 km |
| Spad | Vysoký | Prakticky nulový |
5. Simulace výbuchu nad Hirošimou
Simulace ukazuje, jak by vypadaly ničivé následky takového výbuchu nad městskou aglomerací. Výška detonace byla nastavena na 600 m pro maximalizaci účinku.
- 0.1 s: vznik plazmové koule (~2 km)
- 0.5 s: extrémní tepelný impuls, který by zapálil budovy a způsobil popáleniny do vzdálenosti 15 km
- 1.5 s: tlaková vlna dosahuje země, srovnává budovy a infrastrukturu v okruhu 6.5 km
- 3 s: vznik „mushroom cloud“ do výšky 20 km
- 10 s: akustická vlna zasahuje okolí do 20 km
- 30 s: zvuk doráží do vzdálenosti 10 km
- 60 s: ionizace atmosféry, výpadky rádiového spojení
- 5 min: masivní turbulence, možnost deště z ionizovaného vzduchu
Počet obětí: >300 000 (hypoteticky)
Zničená plocha: >50 km²
Spad: žádný, ale destrukce absolutní
6. Atmosférické dopady
Ačkoliv by byl výbuch čistý, jeho lokální a atmosférické dopady by byly značné:
- Globální klima: neovlivněno (energie výbuchu je zanedbatelná vůči slunečnímu záření)
- Lokální turbulence: vertikální konvekce, vichřice, podtlak
- Ozonová vrstva: lokální narušení, obnova v řádu dní
- Ionizace: výpadky GPS, radarů, rádiového spojení
7. Seizmické účinky
- Otřes: ~6.5–7.0 Richter (při detonaci na zemi)
- Kráter: ~500 m průměr, ~50 m hloubka (při výbuchu na zemi)
- Globální záznam: seizmické stanice po celém světě by zaznamenaly otřes
8. Akustické účinky
- Sonický třesk: >160 dB v okruhu 5 km
- Slyšitelnost: až do 150 km
- Ozvěna: v horském terénu trvající několik minut
9. Detekce z oběžné dráhy
Detekce by byla okamžitá a globální díky těmto signálům:
- Optická detekce: jasný signál v UV/IR spektru
- Gama záření: krátký puls, detekovatelný gama teleskopy
- Ionosférické rušení: výpadky GPS, radarů
- Seizmická vlna: globálně zaznamenatelná
Závěr
Heliová fúzní bomba představuje extrémně ničivou, ale čistou zbraň. Její účinky by výrazně překonaly štěpné bomby použité v Hirošimě a Nagasaki. Tento experiment ukazuje, jak by se vývoj jaderné technologie mohl ubírat zcela jiným směrem, pokud by byly fyzikální podmínky objeveny dříve. Otevírá otázky nejen o technologiích, ale o samotné povaze destrukce a energie. A především: ukazuje, že i čistá reakce může mít špinavé důsledky, a že se technologie stává hrozbou ne podle své povahy, ale podle toho, jak ji lidstvo využije.
Veronika Vorlíčková
Žádné komentáře:
Okomentovat