Hoe werkt een waterstofbom?

Noord-Korea heeft voor de zesde keer een kernproef uitgevoerd, met een aardbeving met een kracht van 6,3 op de schaal van Richter tot gevolg. De leider van het land – Kim Jong-un – spreekt over een test met een waterstofbom, welke met succes werd uitgevoerd. De Noord-Koreaan beweert dat hij zo’n bom aan een intercontinentale raket kan bevestigen, waardoor een groot deel van de wereld getroffen kan worden door het gevaarte. Hoe werkt een waterstofbom juist en hoe gevaarlijk is zo’n wapen?

Twee trappen

Een waterstofbom – vaak thermonucleair wapen genoemd – is een wapen dat doorgaans uit twee trappen bestaat. De eerste trap bestaat uit een klassieke atoombom die kernsplijting gebruikt om energie op te wekken. In deze eerste bom worden deeltjes met een zware onstabiele atoomkern, zoals Plutonium-239, gebruikt. Met behulp van explosieven rondom het materiaal wordt de kernsplijting op gang getrapt, met een nucleaire explosie tot gevolg.

Bij een klassieke atoombom stop het verhaal hier en wordt er voldoende materiaal gebruikt om een grote ontploffing te veroorzaken. Bij een thermonucleair wapen vormt de nucleaire reactie echter slechts de eerste stap. Aan de andere zijde van de bom bevindt zich een twee stap die gevuld is met materiaal dat aan kernfusie kan doen, zoals de waterstofisotopen tritium (³H) en deuterium (²H). Een klassieke waterstofatoom heeft slechts één proton en geen neutronen, terwijl deuterium en tritium behalve een proton ook respectievelijk één en twee neutronen bevatten.

Wanneer de atoombom ontploft, geeft hij erg veel röntgenstralen vrij die de behuizing rond de waterstofisotopen in plasma verandert. Hierdoor wordt het fusiemateriaal gecomprimeerd, met kernfusie tot gevolg. Lithiumdeuteride (Li²H) wordt omgevormd tot tritium (³H), dat op zijn beurt in helium verandert.

Energie

Tijdens kernfusie komt enorm veel energie vrij. Stel dat je 1 kilogram van pure waterstof laat fuseren tot helium, dan zal 99,93 procent van het materiaal deze fusie ondergaan. De rest wordt omgezet in pure energie. Met behulp van Einsteins beroemde formule (E=mc²) kunnen we uitrekenen hoeveel deze energie juist bedraagt.

Wetende dat de snelheid van licht in vacuüm 299.792.458 m/s bedraagt en dat waterstof bij het fuseren naar helium 0,63 procent massa verliest, kunnen we de energie die wordt vrijgegeven berekenen. De energie die vrijkomt wanneer je een kilogram aan waterstof laat fuseren, is bijgevolg 5,39 * 10¹⁴ J, wat ongeveer overeenkomt met 120 kiloton aan energie. Ter vergelijking: de atoombom die op Hiroshima viel had een kracht van 12 tot 18 kiloton, terwijl de bom die op Nagasaki belandde 18 tot 23 kiloton energie vrijgaf. De recente test van Noord-Korea zou een kracht van 100 tot 300 kiloton hebben gehad.