水素爆弾とは (スイソバクダンとは) [単語記事]

水素爆弾（hydrogen bomb）とは、主に核融合反応を利用した核爆弾（核兵器）の一種。

参照 → 「核融合」

概要

現在、地球上に存在するすべての兵器の中で最も威力の高い兵器（爆弾）である。「水爆」と略称される。
熱核（反応）爆弾とも。保有国は、アメリカ、ロシア（旧ソビエト）、イギリス、フランス、中国の五カ国。

水素の同位体である重水素(2H)やトリチウム(3H)は高温、高圧条件下で核融合反応を起こし、膨大なエネルギーを放出する。技術的には核分裂反応を利用する原子爆弾よりも複雑なものである。

核融合反応の臨界に必要な超高温・超高圧を得るために起爆剤に原子爆弾（核分裂反応）のエネルギーを用いている。
1950年代に実用化されて以降、冷戦期の軍拡競争において、米ソを中心に水爆実験が多数行われ、多くの被害者を出した。（後述）

映画の初代『ゴジラ』（1954年）はこういった時代背景もあり、出現の原因が水爆による環境破壊という設定であった。

キューバ危機後、部分的核実験禁止条約に調印した国では、実験は地下へと移された。
既に技術的蓄積が存在する核保有国では、臨界前核実験やコンピュータシミュレーションに主軸が移っているが、インド、パキスタン、北朝鮮など新規に核武装する国家にとって実際の爆発を伴う核実験は必要不可欠である。インドは熱核反応装置の実験にも成功しているとされる。詳しくはこちらを参照されたし。『核実験の一覧』

「第五福竜丸事件」と水爆被害

1954年 3月1日、マーシャル諸島付近で操業していた日本のマグロ漁船「第五福竜丸」は、
アメリカのビキニ環礁における水爆実験に遭遇、間接的に乗組員23名が被爆した。

同実験における当該地域での被害者は二万人以上といわれている。
事件以降、日本国内では非核・反核運動が非常に活発になり、これに対応してアメリカも補償金総計200万ドルを支払うこととなった。

日本以外でも、ウイグル、アルジェリア、カザフスタン、ニュージーランド、太平洋の諸島など水爆実験が行われた地域やその付近において、被爆・被曝者及び被爆が原因と思われる癌患者の増加、放射能汚染などが報告されており、被害は計り知れない。
こうした核実験は海外領土や植民地、多民族国家において発言力の弱い（差別的取り扱いを受けている）地域で行われてきた。
また、現地住民のみならず、実験に参加した軍人や技術者などが被爆するケースもある。こうしたケースにおいては、人体への影響を調べるため意図的に被爆させた事例が存在する。

水素爆弾の構造と原理

水素爆弾の外観は金属製のタンク型もしくは落花生型の「弾殻」と呼ばれるもので、主に重金属（最近のものはウランが多い）の薄い殻である。内部には「プライマリ」と呼ばれる起爆用の原子爆弾と、「セカンダリ」と呼ばれる核融合反応を起こす本体が発泡スチロールの緩衝材に包まれた状態で収まっている。プライマリとセカンダリの間には隔壁があって、プライマリの放つ熱線の直撃でセカンダリが溶けてしまわないようになっている。
プライマリはいわゆるブースト型原爆と呼ばれるもので、中心部の微量の重水素と三重水素の核融合による中性子で核分裂の効率を高める方式である。放射性を持つ三重水素には寿命があるため、重水素と三重水素は弾殻外部にあるボンベから供給され、定期的に交換される。
プライマリが起爆されると、主に中性子、ガンマ線、X線が放出されるが、その中のX線が弾殻内面に吸収され、超高温に加熱された弾殻内面がさらにX線を放射。内部全体が超高温のX線で満たされる。これにより緩衝材の発泡スチロールは瞬時に高温高圧のプラズマと化す。
もう一つの部品「セカンダリ」は重金属製の殻「タンパー」の内部に核融合燃料が詰められた構造になっている。セカンダリはその形態によって「アラームクロック型」と「テラー・ウラム型」に分類される。
アラームクロック型は単純な多層の球体で非常にコンパクトなため弾道弾用の弾頭として多用されている。テラー・ウラム型は水爆開発に尽くした二人の科学者の名前から命名。円筒形で大型水爆に向くが、円筒の側面だけに一様の高圧をかける手段が困難で、今尚機密事項となっている。ただ現在は大型水爆の需要がないため使用兵器はほぼ現存していない。
セカンダリの中心部には「スパークプラグ」と呼ばれる中空の²³⁵Uの塊がある。プライマリの起爆でセカンダリ周囲が超高圧になるとスパークプラグが真っ先に圧壊。これによりプライマリを上回る核分裂連鎖反応が発生。高熱と中性子を周囲に放つ。
核融合燃料は重水素を主体とした物質でできている。初期の水爆はこの核融合燃料が液体水素だったため、セカンダリは超低温タンクと冷却装置からなる複雑な構造からなり、「湿式水爆」と呼ばれていた。その後ソ連が重水素とリチウムを化合させて固体化させることに成功。以降はこの固体化燃料が主流となっている。
スパークプラグの起爆による高熱で固体化燃料は瞬時にプラズマ化。含まれるリチウムは中性子を吸収して三重水素に崩壊。この三重水素と重水素による核融合反応が開始される。
タンパーは重金属の分厚く重い殻でできており、内部のプラズマが核融合連鎖反応を起こすまで保持する役目がある。タンパーがウランでできている場合は核融合で発生した中性子を受けて核分裂を起こし、内側により多くの熱と中性子を送り込んで核融合をさらに促進する役割も持つ。実は水爆の核出力の多くはこのタンパーの核分裂によるものである。米国では核出力の半分以上が核融合によるものを水素爆弾と定義している。意図的に核出力の半分近くを核分裂にして放射性降下物を増加させた水爆は「汚い水爆」と呼ばれる。
セカンダリのそばに同じ構造でさらに大きな核融合部「ターシャリ」を持たせると威力をさらに増大させることができる。ただし構造が複雑になり重量もかさむので実際にターシャリを内蔵した水爆は後述の「ツァーリ・ボンバ」含め数える程しかない。

ツァーリ・ボンバ

RDS-220 ツァーリ・ボンバ（英：Tsar Bomba、「爆弾の皇帝」の意）は、史上最大の水素爆弾である。放射性降下物を最小限に抑えるため、タンパーに鉛を用いて意図的に核分裂が抑えられている。そのため、核出力も50Mtに抑えられたが、仮に一般的な3F方式にしたすれば、理論上の核出力は100 Mtにもなっていたといわれている。

中性子爆弾

中性子爆弾（neu tron bomb）は、爆発の際に中性子線放射量の割合を高めた水素爆弾の一種。「放射線強化型核爆弾」とも。
前述の3F爆弾の3段階目を抜いた「fiss ion - fusion」（核分裂→核融合）の作動方式（核融合の方が核分裂よりも効率的に中性子が発生する）。通常の3F方式とは違い、タンパーに中性子を吸収・反射しない素材を使用しているため中性子線が広範囲に放射される。
核出力は1kt程度だが、中性子線は爆発の範囲を超えて広く放射される上、一般的な金属などでは遮蔽が難しく、使用されれば一般に核攻撃に強いとされる戦車や軍艦などに乗っている人員も含めた人的被害は大きい。ただし、水や地中、分厚いコンクリートでは中性子は遮蔽されるため、潜水艦や核シェルターなどへの影響は小さい。

コバルト爆弾・窒素爆弾

両方とも冷戦期に開発が検討されていた水素爆弾の一種である。それぞれタンパーに⁵⁹Co、¹⁴Nを使用し、これに核反応で発する中性子を吸収させて強い放射線を発する物質に変えて撒き散らすことで放射性降下物による被害を強化することを狙ったものである。

⁵⁹Coは中性子を吸収すると強いガンマ線を放射する⁶⁰Coになり、同様に¹⁴Nは寿命の極めて長い（半減期は5,730年）¹⁴Cになる。だが、寿命の長い放射能がばらまかれると今度は爆心地付近に味方が入れなくなるという事態が発生してしまうため兵器としては少々都合が悪い。そんな理由もあって結局両者とも理論上の物で終わり、実際に開発されることはなかった。

純粋水爆（きれいな水爆）

純粋水素爆弾（純粋水爆、純水爆）は、起爆時のエネルギー源である原子爆弾に代わって、放射線を放出しないレーザー等で代用した水素爆弾であり、本来の意味での水素爆弾といえる代物である。「きれいな水爆」とも。
なお勘違いされがちであるが、純粋水爆はあくまでも汚い水爆(3F水爆)に比べてきれいなだけであり、水素爆弾の原理上純粋水爆であっても放射線は放出する。

いわゆる純粋水爆の開発が進んでいる、と考える（科学者を含む）人々がおり、彼らは先頃完成したばかりの米国にある世界最大のレーザー核融合施設NIF（国立点火施設）の真の目的は純粋水爆の開発であると主張している。中には国際トカマク核融合実験炉ITERですら、純粋水爆の開発目的として危険視する人がいる（核融合炉の項目を見ていただければお分かりと思うが、トカマク型核融合炉内部のプラズマは極めて希薄で、超高圧の水爆とは全くの別物である）。一部には、9.11のビル倒壊は実は純粋水爆によるものであったと主張する人もいる。しかし、核融合反応の臨界に必要なエネルギーを、核分裂（原子爆弾）以外の手段で、同時に兵器用の弾頭として利用可能なサイズで実現させることは現在の技術では不可能に近い。

あえて可能性を上げるとすれば、ハフニウムガンマ線爆薬とか電子励起爆薬などといった原爆に匹敵するエネルギーを持つ爆薬の存在が考えられるが、それらも実現するのは近い将来の話ではない。また都市伝説レベルの話ではあるが、旧ソ連が開発したという謎の物質“レッドマーキュリー”がもし実在すればあるいは…

現在のところ理論的な存在に過ぎず、SF作品では架空の兵器としてよく出てくるが、前述の通り現時点では技術的課題が多い。そうしたものが実際に開発され、秘密裏に使用されたという証拠は存在しない。
実際の事件や現実的な核戦略（「核戦略」なるものが現実的でありうるとして）の議論に純粋水爆を持ち出すのは、妄想か陰謀論の類と思われても仕方がないだろう・・・。

ちなみに思考実験として純粋水爆を作成するための設計を行った人によれば、現実に可能な手段で純粋水爆を作成した場合、同じ重量のTNT 爆薬を爆発させた場合と同程度の爆発威力になるそうである。どう考えてもコストパフォーマンスが悪い。

水素爆弾の限界

核融合反応による核出力の効率化は水爆1tあたりTNT換算6Mtが理論上の限界であり、実際には起爆装置の原子爆弾などの重量も含まれるため効率はさらに低下する。このため兵器として利用可能な範囲での核出力には当然上限が存在する。もっとも、クラスター弾と同じ理屈で核出力の大きな単一の水素爆弾よりも複数の小型の水素爆弾をばら撒く方が同じ重量でより広い面積を破壊することができるため、兵器として利用する際にはむしろ小型化の方が課題とされることが多い。