3F爆弾

3F爆弾（スリーエフばくだん）

3F爆弾とは、水素爆弾の一種であり、その名前は爆発プロセスに由来します。核分裂(fission)→核融合(fusion)→核分裂(fission)という3段階の核反応を経ることから、このように呼ばれています。これは、起爆用の原子爆弾による核分裂反応、そのエネルギーを用いた重水素・三重水素の核融合反応、そして最後にウラン製タンパーの核分裂反応というプロセスを指します。

現在、実用化されている水素爆弾のほとんどがこの3F爆弾の形式であり、一般的に「水素爆弾」と呼ばれるものは、ほぼこの3F爆弾を指します。また、「超ウラン爆弾」と呼ばれることもあります。

ブースト型原爆との違い

ブースト型原爆との主な違いは、爆発の威力における核融合反応の寄与率です。ブースト型原爆では、核融合反応が全体の威力に占める割合はわずか1%程度ですが、3F爆弾ではその威力の約50%が核融合反応によるものです。この点が、両者の大きな違いと言えます。

爆発プロセス

3F爆弾の爆発プロセスは以下の通りです。

1. 起爆用原子爆弾の起爆: まず、起爆用の原子爆弾を起爆し、核分裂反応を起こします。
2. 核融合反応: 核分裂によって生じた超高温・超高圧を利用して、重水素・三重水素を核融合（熱核反応）させます。
3. タンパーの核分裂反応: 核融合によって生じた高速中性子をウラン製タンパーに照射し、核分裂反応を起こします。

このプロセスはブースト型原爆と似ていますが、原理には差異があります。通常、ウラン238は中性子を照射しただけでは核分裂を起こしませんが、高速中性子が衝突すると核分裂を起こし、エネルギーを放出します。開発当初はタンパーにウラン238が用いられていましたが、核分裂連鎖反応の能力が低いため、近年ではウラン235を多く含む濃縮ウランが使用されています。

歴史

水素爆弾の原理は、原爆開発の初期からエドワード・テラーやスタニスラフ・ウラムらによって研究されてきました。初期の水素爆弾は、原爆のエネルギーで重水素や三重水素の核融合を起こすものでしたが、外側をウランで覆って核分裂反応を追加するという発想はありませんでした。1952年にエニウェトク環礁で実験された最初の水素爆弾はこの形式でした。

しかし、1954年に太平洋のマーシャル諸島、ビキニ環礁で行われた「キャッスル作戦」で3F爆弾が初めて使用され、以後、水素爆弾はこの方式が主流となりました。

威力

3F爆弾は、外側のウランの核分裂によるエネルギーが加わるため、より大きな威力を出すことができます。例えば、300キロトンの核爆弾の場合、起爆用原爆が40キロトン、熱核反応が130キロトン、タンパー部の核分裂反応が130キロトンの威力割合を占めます。威力が大きくなるほど核融合のエネルギー比率が増大しますが、実用化されている核兵器では核分裂の効果も依然として大きいのが現状です。

汚い水爆

3F爆弾は「汚い水爆」と呼ばれることがあります。これは、外側にウラン製タンパーがない初期型の水素爆弾では、放射性降下物が主に起爆用の原爆から出る核分裂生成物に限られていたのに対し、3F爆弾では外殻の大量のウランが核分裂を起こし、未反応のウランも大量に四散するため、広範囲に放射能汚染を引き起こすためです。

ただし、初期型の水素爆弾も起爆用に原爆を使用しているため、放射能汚染は避けられません。また、核融合反応でも膨大な量の中性子が放出され、それが大気中の窒素原子に衝突して炭素14を生成するなど、環境への影響は無視できません。

起爆用原爆を使用せずに核融合を起こす「純粋水爆（綺麗な水爆）」は、以前から研究されてきましたが、核融合に必要な超高温度・超高圧力を得るのが困難で、2018年現在でも実用化には至っていません。詳細については、「水素爆弾」の項目を参照してください。

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