ツァーリ・ボンバ（、、「爆弾の皇帝」の意）は、ソ連が開発した人類史上最大の水素爆弾の通称である。正式名称はAN602であり、開発時のコードネームはイワン（）であった。「ツァーリ・ボンバ」の名称は西側諸国が、クレムリンに展示されている世界最大の鐘ツァーリ・コロコル、世界最大の大砲ツァーリ・プーシュカになぞらえてつけたものであるが、現在はロシアでも広く用いられている。なお他国の文献で「正式名称」として使用される「RDS-220」「RN202」はキリル文字での正式名称「РДС-202」「РН202」をラテン文字に翻字したもの。単一兵器としての威力は人類史上最大であり、1961年10月30日にノヴァヤゼムリャで、唯一の大気圏内核実験が行なわれ消費された（以後製造されていない）。TNT換算で99000キロトン（約100メガトン）、実際の出力は後述のように、50メガトンに制限されたが、それでも広島型原子爆弾「リトルボーイ」の3300倍（リトルボーイは15キロトン）に達する。第二次世界大戦中に全世界で使われた総爆薬量の10倍の威力を持つといわれるこの100メガトン級(実際は５０メガトン)核爆弾の核爆発は2,000キロメートル離れた場所からも確認され、その衝撃波は地球を3周した。ソ連のニキータ・フルシチョフ首相は1961年7月10日、第22回ソビエト連邦共産党大会開催中の10月下旬にこの爆発実験を行うよう指示を出した。その時点で実施日まで15週しかなかったが、実験に用いるAN602はすでに完成していた。この当時、世界情勢は極めて緊迫した状態にあった。1961年8月のベルリンの壁建設開始、数ヶ月前に発表されたソ連による核実験のモラトリアム中止、後のキューバ危機に結びつくキューバへの核配備計画実施などのためである。そのような状況下での実験は世界中を震撼させた。ツァーリ・ボンバは本来、核分裂-核融合-核分裂という3段階の反応により100メガトンの威力を実現する多段階水爆(Staged Radiation Implosion Bomb)である。しかし、100メガトン級の爆発ともなればソ連領内の人口密集地へ多量の放射性降下物（死の灰）が降ってくることが予想されたため、実験にあたっては第3段階のウラン238の核分裂を抑えるようにタンパーが鉛に変更され、出力は50メガトンに抑制された。この結果、放出される放射性物質の量はその出力の割にはかなり小規模なものとなった。設計はソ連の核開発秘密都市アルザマス16でソ連科学アカデミーのユーリ・ハリトンを中心とし、後に「ソ連水爆の父」とも呼ばれるアンドレイ・サハロフ、ヴィクトル・アダムスキー、ユーリ・ババエフ、ユーリ・スミルノフ、ユーリ・トゥルトネフなどのメンバーが参加した。サハロフはツァーリ・ボンバの爆発実験の後、核兵器反対を唱えるようになったという。ツァーリ・ボンバは特別な改修をうけたTu-95戦略爆撃機によって運搬・投下され、測定・撮影用にTu-16Vが随行していた。熱線による被害を最小限に抑えるため、この2機には特殊な白色塗料が塗られていた。また、ツァーリ・ボンバは重量27トン、全長8メートル、直径2メートルと巨大であり、Tu-95そのままでは搭載できなかったため爆弾倉の扉と翼燃料タンクは実験に際して取り外され、それでも全容を納めることはできず半埋め込み式に搭載された。Tu-95は当時のソ連製爆撃機の中では最大級であったことからも、ツァーリ・ボンバの巨大さをうかがい知ることができる。ツァーリ・ボンバには重量800kgにも達する多段階の減速用パラシュートが取り付けられた。これは、投下機が爆心地から45キロメートル程にある安全圏へ退避する時間を与えるためであった。このような対策をしない場合、猛烈な熱線と衝撃波が投下機を襲うか、弾頭が高速で地面に激突して一面に想像もつかない結果を引き起こしてしまう。アメリカも同様の理由で核実験時の一部の核爆弾にパラシュートを取り付けた。午前11時32分、ツァーリ・ボンバは北極海にあるソ連領ノヴァヤゼムリャ(73.85°N 54.50°E)上空で投下された。投下高度は10,500メートルで、内蔵された気圧計によって高度4,000メートル（海抜4,200メートル）に降下した時点で爆発した。一次放射線の致死域(500rem)は半径6.6キロメートル、爆風による人員殺傷範囲は23キロメートル、致命的な火傷を負う熱線の効果範囲は実に58キロメートルにも及んだと見られている。爆発による火球は地表まで届き（但し、衝撃波により実際の接触は妨げられた）、上部は投下高度と同程度まで到達（すなわち火球は投下高度とほぼ等しい長さの直径にまで成長した）。その様子は1,000キロメートル離れた地点からも見えたという。生じたキノコ雲は高さ60キロメートル、幅30-40キロメートルであった。水素爆弾の性質上、核分裂による放射性汚染はわずかだった。この爆発による衝撃波は地球を3周してもなお空振計に記録され、日本の測候所でも衝撃波到達が観測された。当初、アメリカはツァーリ・ボンバの爆発力を57メガトンと推測していたが、1991年に公開されたソ連の関連資料により実際は50メガトンであったことが判明した。その減少を含んでもなお、ツァーリ・ボンバの破壊力は単一の兵器としては人類史上最強である。ちなみに、アメリカが開発した最大の核爆弾B41の核出力は最大でも25メガトンであるとされ、核爆発実験では1954年3月1日のキャッスル作戦（ブラボー実験）の15メガトンが最大である。TNT換算50メガトンの爆発では2.1×10ジュール(= 210PJ)のエネルギーが解放される。爆発中の平均仕事率は5.3×10ワット(= 5.3YW)に相当した。この仕事率は太陽の光度の約1.4パーセントにあたる。

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