Nord-Korea hevder å ha detonert en hydrogenbombe, men hvor avansert er den og hvilken trussel utgjør den?

– Mitt foreløpige estimat er en sprengkraft i overkant av 20 kilotonn TNT. Det er omtrent som bomben sluppet over Nagasaki. Den drepte 70 000 mennesker, skriver seniorforsker Halvor Kippe på Forsvarets forskningsinstitutt i en e-post til forskning.no.

• Les også: – Et paradoksalt ønske om dialog

Nord-Koreas siste prøvesprengning er altså skremmende kraftig, men likevel langt svakere enn den største hydrogenbomben som er laget. Den russiske Tsar Bomba fra 1955 var om lag 2500 ganger kraftigere.

Likevel, Nord-Korea kan ha laget en bombe som er en trussel for nærområdet.

– Det er ikke usannsynlig at både denne testen og tidligere tester har vært av kompakte ladninger tilpasset nyttelastkammeret til landets ballistiske missiler. De har rekkevidde til å nå hele Sør-Korea og mesteparten av Japan, skriver Kippe.

Sola – en hydrogenbombe

Hva er egentlig forskjellen på en atombombe av Nagasaki-typen og en hydrogenbombe?

Grunnprinsippet for en hydrogenbombe er enkelt. Den etterligner reaksjonene inne i sola. Sola er på sett og vis en kontinuerlig eksploderende hydrogenbombe.

Hva skjer inne i sola? Fire atomer av det letteste og vanligste stoffet i Universet – hydrogen – smelter sammen – fusjonerer – til ett atom helium. Hydrogenbomben kalles derfor også en fusjonsbombe.

Heliumatomet er ørlite lettere enn summen av de fire hydrogenatomene. Litt av massen har blitt borte. Denne massen er omformet til ren energi, slik Einsteins spesielle relativitetsteori beskriver.

Oppskrift fra 1950-tallet

Men å lage en hydrogenbombe er lettere sagt en gjort. Det er ikke lett å trykke sammen hydrogen med samme kraft som inne i sola.

En hydrogenbombe er derfor en komplisert prosess i flere trinn. Dagens hydrogenbomber – slik USA og flere andre land har framstilt dem – er konstruert etter en oppskrift laget av forskerne Edward Teller og Stanislaw Ulam på begynnelsen av 1950-tallet.

Den første prototypen eksploderte på Enewetak-atollen i Stillehavet i 1952. Siden er Teller-Ulam-designet effektivisert og miniatyrisert, slik at flere hydrogenbomber kan sendes med samme interkontinentale rakett.

Primærtrinnet – en vanlig atombombe

Grovt forklart fungerer hydrogenbomben slik:  

Først eksploderer det som kalles primærtrinnet – en atombombe av Hiroshima- og Nagasakitype. Her er det ikke lett hydrogen som smelter sammen, men tunge grunnstoff som uran og plutonium som spaltes – fisjoneres.

Som for hydrogenbomben har litt av massen forsvunnet i prosessen, og igjen er det Einsteins overgang fra masse til energi som gir eksplosjonen.

• Se også: Fisjonsreaktor – interaktiv multimedia som forklarer hvordan tunge atomkjerner spaltes i kjernekraftverk og atombomber

Denne første atomeksplosjonen – primærtrinnet – presser sammen en liten mengde fusjonsmateriale slik at en fusjon starter.

Denne fusjonen er ikke selve den store eksplosjonen. Den bare sender fra seg en skur av kjernepartikler som understøtter kjernereaksjonen i primærtrinnet.

Sekundærtrinnet – tennplugg og fusjon

Hva som siden skjer, er fortsatt delvis hemmelig. På en eller annen måte blir energien fra primærtrinnet overført til det som kalles sekundærtrinnet.

Her er det også spaltbart plutonium eller uran. Dette kalles tennpluggen. Når denne fisjonsreaksjonen starter, blir større mengder av hydrogen presset sammen. Dette er selve fusjonsprosessen som gjør at vi kan kalle dette en hydrogenbombe.

Tungt hydrogen

Hydrogenet er imidlertid av en spesiell type. Vanlig hydrogen har en atomkjerne med bare ett positivt ladet proton.

I hydrogenbomben er det to varianter – isotoper – av hydrogen som også har nøytrale partikler – nøytroner – i kjernen. Deuterium har ett nøytron. Tritium har to nøytroner.

Disse ekstra nøytronene gjør hydrogenet tyngre. Det kalles derfor også tungt hydrogen.

• Se også: Fusjonsreaktor – interaktiv multimedia som forklarer kjernereaksjonene mellom tritium og deuterium.

Derfor trengs tungt hydrogen

Hvorfor brukes tritium og deuterium og ikke vanlig hydrogen, som i sola? Enkelt sagt gjør nøytronene i tritium og deuterium det lettere for heliumet å henge sammen.

Vanlig helium består av to protoner og to nøytroner. Hadde det bestått av bare de to protonene, ville de frastøtt hverandre, og heliumet ville ikke vært stabilt.

I sola er det annerledes. Der er det så mange reaksjoner at statistisk sett blir noen vellykket, selv med lett hydrogen uten nøytroner.

Ekstra skall av uran 238

I noen hydrogenbomber er det også et skall av uran rundt deuterium og tritium. Dette er uran 238, som normalt ikke starter noen kjedereaksjon.

I den enorme heten og skuren av kjernepartikler fra fusjonen spaltes likevel dette uranet, og bidrar til at eksplosjonen blir enda kraftigere.

Trolig bare primærtrinnet i Nord-Korea

Hvor mange av disse trinnene inneholder så den nordkoreanske bomben som nå er prøvesprengt?

– De fleste er enige om at Nord-Korea neppe har utviklet tradisjonelle fusjonsvåpen med flere trinn. Mer sannsynlig er det at de har utviklet virkningsforsterkende fisjonsvåpen, skriver Kippe.

Det betyr i så fall at den nordkoreanske bomben bare inneholder primærtrinnet, slik det er beskrevet her. Fusjonsprosessen understøtter bare kjernereaksjonen i uranet eller plutoniumet.

– Da kan virkningsgraden økes fra noen få prosent til nær hundre prosent, skriver Kippe.

Den uoppnåelige rene fusjonsbomben

Ikke alle hydrogenbomber inneholder disse trinnene. Likevel ser vi at en hydrogenbombe langt fra er en ren fusjonsbombe.

Det betyr at også hydrogenbomber lager radioaktivt nedfall, på linje med uran- og plutoniumbomber av Hiroshima- og Nagasakitypen.

Rene hydrogenbomber uten primærtrinn og tennsats av uran eller plutonium har ennå ingen klart å lage.

Det vil si, å lage en slik bombe er mulig, men den vil veie flere tonn og frigjøre forholdsvis lite energi. Den mest ødeleggende virkningen ville være en skur av nøytroner, som ville gi kortvarig, helseskadelig stråling.

Mulige teknologier som kan erstatte primærtrinnet i en ren hydrogenbombe er kraftige laserstråler eller reaksjoner mellom materie og antimaterie.