Kärnvapenteknologi

Första atombombsexplosionen Trinity , 16 ms efter antändning.

De kärnvapen designen handlar om vapen som energin för en explosion av kärnreaktioner -  kärnklyvning eller -verschmelzungen  hänvisa -. Den tekniska utvecklingen av kärnvapen sedan 1940 har producerat en mängd olika varianter.

Historik, klassificering och andra icke-tekniska aspekter behandlas i artikeln kärnvapen .

Handlingssätt

Medan konventionella sprängämnen hämtar sin energi från den kemiska omvandlingen av sprängämnet släpper kärnvapen stora mängder energi på kortare tid från kärnprocesser som når temperaturer inom miljon Kelvin- området. Som ett resultat avdunstas alla fasta ämnen i närheten av en het gas. Uppvärmningen av den omgivande luften och de förångande fasta ämnena leder till en plötslig volymutvidgning, som förutom den utsända värmestrålningen leder till en stark tryckvåg.

Både kärnklyvning och kärnfusion uppnå sin energi omsättningen från skillnaden i bindningsenergi av de nukleonerna av de atomkärnor inblandade före och efter kärnreaktionen. Medan energier på upp till 14  MeV (jfr fusionsreaktor ) och per kärnklyvning till och med cirka 200 MeV (jfr klyvningsvärme ) frigörs per kärnfusion , producerar kemiska reaktioner endast energi inom ett fåtal eV, i fallet av TNT ca 38,6 eV (se explosionsparametrar ) per molekyl.

Fissionsbomb eller uppdragsbomb

En klassisk kärnklyvningsbom (atombomb) är konstruerad på ett sådant sätt att vid den avsedda tidpunkten samlas flera delar av det klyvbara materialet , var och en individuellt under den kritiska massan , och därmed överskrider den kritiska massan. Samtidigt som den kritiska massan uppnås börjar en neutronkälla att avge neutroner, som utlöser fissionskedjereaktionen. Antalet neutroner som nyligen genererats genom kärnklyvning (kärnklyvning) är följaktligen större i varje klyvningsgeneration än antalet neutroner som har rymt från materialet och absorberats i materialet utan klyvning, så att kärnreaktionshastigheten ökar snabbt. Den kritiska massan kan reduceras med hjälp av en neutronreflektor .

Den energi som frigörs i form av mycket snabb uppvärmning driver kärnkraftssprängämnena isär. Den underliggande kedjereaktionen måste därför täcka hela det klyvbara materialet så snabbt som möjligt, eftersom annars bara en liten del av den möjliga energin frigörs. Därför, för klyvningsvapen - till skillnad från kärnreaktorer för civil energiproduktion - så rena som möjligt, klyvbara nuklider som höganrikat uran eller nästan rent 239 plutonium som används i konstruktionen och den snabba uppkomsten av snabb Überkritikalität sökte.

Polonium - beryllium , som måste blandas vid rätt tidpunkt, används ofta som en neutronkälla . I denna blandning reagerar alfapartiklar som emitteras av polonium med beryllium.

Ett av de kemiska sprängämnena som används för att snabbt slå samman de underkritiska delarna är Octol . Den består av HMX och TNT blandade i förhållandet 7 till 3.

Kanonprincip

Schematisk framställning av en kärnklyvningsbomb enligt pistoldesignen:
1. Konventionella sprängämnen (kordit) för att påskynda "projektilen"
2.
Fat 3. Ihåligt uranprojektil
4. Cylindriskt "mål"

En subkritisk ihålig urancylinder kan skjutas på en subkritisk uran-dorn som saknas från insidan av denna cylinder (pistoldesign; kanonprincip). Den färdiga cylindern överskrider den nödvändiga kritiska massan och startar kärnkedjereaktionen. På grund av konstruktionen är den totala mängden uran i detta arrangemang begränsad till några multiplar av en kritisk massa. På grund av den ganska långsträckta designen är kanonprincipen lämplig för långsträckta kärnvapen som "Bunker Buster" (se nedan) och kärnkraftsprojektiler som avfyras från rörformiga vapen. Till exempel används drivmedel för artilleriprojektiler, såsom kordit, som ett kemiskt sprängämne .

Den uranbomb Pys , som tappas över Hiroshima , konstruerades enligt denna konstruktionsmetod. Det ansågs vara så tillförlitligt att en tidigare testtändning undantogs. Bomben innehöll 64 kilo uran, vilket berikades till 80 procent 235 U-innehåll . Den kritiska massan av kärnvapenspetsen nådde 25 centimeter eller 1,35 millisekunder innan urandornen helt trängde in i urancylindern, med en sluthastighet på 300 m / s.

I andra konstruktioner har den faktiska klyvningssatsen en ungefär sfärisk form. Klyven med klyvbart material skjuts mot ett styvt klyvbart materialmål, eller två kulor skjuts mot varandra. En ytterligare, styv och centralt placerad tredje klyvbar materialdel eller ett imploderande reaktionshjälpmedel diskuteras delvis.

Kanonprincipen är inte lämplig för plutonium som har inkuberats i reaktorn i ett konventionellt kärnkraftverk. Dess 240 Pu- innehåll (svårare att dela upp och samtidigt relativt stark spontan delning ) skulle leda till förantändning och därför till deflagration om kanonprincipen användes. Däremot innehåller så kallade vapen plutonium, som produceras i specialdrivna reaktorer, väldigt lite 240 Pu.

Implosionsbomb

Grundläggande design

Schematisk framställning av implosionsmetoden

En annan konstruktion visar implosionsbomben. Fat Man- bomben som släpptes på Nagasaki byggdes på denna princip. Det är i mitten

Implosionsbomben animerad.gif
Schema för explosion av en implosionsbomb med explosiva linser
X-Ray-Image-HE-Lens-Test-Shot.gif
Bild som tas av en röntgenblixtenhet visar den sfäriskt konvergerande detonationsfronten

det klyvbara materialet ( t.ex. plutonium , 235 U eller en legering av båda metallerna) som en icke- kritisk massa , antingen som en full (subkritisk massa) eller som en ihålig sfär (subkritisk med avseende på geometrin, eftersom det inte finns någon hel sfär ). Runt det klyvbara materialet finns flera lager av högexplosivt material som TNT . Under tändningen riktas explosionsenergin mot sfärens centrum och komprimerar det klyvbara materialet så starkt att massan blir kritisk. Implosionsbomben tros vara mer effektiv eftersom den detonerar snabbare än en kanonbaserad bomb och den kan använda en mycket stor mängd klyvbart material. Dessutom är exploateringen av det atomiska sprängämnet högre eftersom det klyvbara materialet förblir ihop längre och i en mer gynnsam form under explosionen.

Plutoniumvapen är bara tänkbara som implosionsvapen på grund av den högre spontana klyvningshastigheten hos de olika Pu-isotoperna och den resulterande för tidiga antändningen. Konstruktionen i sig är mycket mer krävande när det gäller sprängämnen och antändningsteknik. Eftersom forskarna som var involverade i utvecklingen inte var helt säkra, till skillnad från uranbomben "Little Boy", testades implosionsarrangemanget i förväg som en del av " Trinity Test " (New Mexico).

Bygg upp sprängämnen runt kärnan

"Trinity Gadget" med 32 polygonala explosiva linser runt kärnan

Att bara bygga ett skal från ett sprängämne runt kärnan ledde inte till det önskade resultatet, eftersom sprängämnet spränger sfäriskt runt detonatorn. Ett mycket stort antal detonatorer skulle då krävas för att uppnå acceptabel kompression och inte för att pressa den ihåliga sfären i en halvmåne eller stjärna.

Uppgiften var därför att omvandla flera sfäriskt divergerande detonationsfronter till en enda sfäriskt konvergerande. Två sprängämnen med olika detonationshastigheter är lämpliga för detta ändamål. Vid korsningen av sprängämnen bryts detonationsfronten som ljus vid en lins, varför på engelska av en "explosiv lins" ( spränglins talas). För att uppnå den önskade effekten för en implosionsbomb måste en sådan lins ha en roterande hyperboloid som långsamt spränger explosiv i mitten, omgiven av ett snabbt detonerande sprängämne. Analogt med optiken är linsens brytningsindex större, desto mer varierar sprängämnets spränghastigheter. De explosiva linserna är polygonala så att de kan sammanfogas i en sfärisk form.

Arrangemanget i "Trinity Gadget" bestod av 32 explosiva linser; senare användes 40, 60, 72 och slutligen 92 linser. I princip skulle det vara möjligt att kondensera en kärna med bara en enda, komplexformad lins. Denna lins skulle dock vara större och tyngre än ovanstående. Konfigurationer, även om det är lättare att antända.

reflektor

Moderna kärnvapen har ytterligare ett lager mellan de konventionella, högexplosiva sprängämnena och det verkliga kärnbränslet, vanligtvis tillverkat av beryllium eller rent uran 238 U (utarmat uran). Detta lager reflekterar neutroner ( 9 beryllium fungerar till och med som en neutronemitter); tidigare användes volframkarbid som reflektor . På detta sätt kan den kritiska massan reduceras enligt följande tabell:

Schematisk framställning av en kärnklyvningsbomb enligt implosionsdesignen med reflektor
Andel av 235 U Utan reflektor Naturligt uran (10 cm) Beryllium (10 cm)
93,5% 48,0 kg 18,4 kg 14,1 kg
90,0% 53,8 kg 20,8 kg 15,5 kg
80,0% 68,0 kg 26,5 kg 19,3 kg
70,0% 86,0 kg 33,0 kg 24,1 kg

Å andra sidan, särskilt när uran används, försenar detta skikt expansionen av det klyvbara materialet på grund av dess tröghet efter början av kedjereaktionen. Det klyvbara materialet stannar därmed längre, kedjereaktionen blir varmare på grund av neutrontätheten och bombenas energieffektivitet ökar.

När du använder 238 U som jacka kan den explosiva kraften ökas med 10 till 20 procent.

Densitetsjustering

Schematisk framställning av en kärnklyvningsbomb enligt implosionsdesignen med reflektor och densitetsjustering

Ett annat lager av aluminium mellan sprängämnet och reflektorn tjänar till att bättre överföra påverkan av konventionella sprängämnen till tungmetallen. Eftersom sprängämnet har en mycket lägre densitet än reflektorn och klyvbart material, reflekteras en del av explosionschockvågen hos det konventionella sprängämnet vid gränssnittet. Denna del av energin används inte för att komprimera sprickmaterialet. Om ett skikt med medium densitet såsom aluminium införs mellan det konventionella sprängämnet och reflektorn, förbättrar detta energiöverföringen till spaltmaterialet och därmed dess kompression.

Flytande kärna

Moderna implosionskonstruktioner använder arrangemang där det klyvbara materialet är uppdelat i ett skal och en ihålig sfär. Gapet är fyllt med gas. För att hålla den ihåliga sfären i mitten av skalet installeras vanligtvis sex aluminiumbultar som distanser. Denna design har fördelen att hela den ihåliga sfären inte behöver komprimeras på en gång. I stället accelereras endast den lilla massan av skalet. Den får hög kinetisk energi och träffar den ihåliga bollen i hög hastighet. Fullbordandet av den kritiska massan sker sedan på mycket kort tid; allt som krävs är att den ihåliga sfären imploderar under trycket från det accelererade skalet. Denna design har ett stort antal olika varianter. Luftspalten kan således också anordnas mellan reflektorn och spaltmaterialet. Den inre kulan kan utformas som en ihålig kula eller av massivt material. Det kan finnas mönster med två mellanslag. Aluminiumbultarna kan ersättas med skum (polyuretanskum, expanderad polystyren eller liknande material).

Schematisk framställning av en kärnklyvningsbomb baserad på implosionsdesignen med en flytande kärna

Bilden motsatt visar de viktigaste funktionerna i en modern design, som har densitetsjustering, reflektor och en flytande kärna. Sådana konstruktioner kräver komplexa matematiska beräkningar, som endast kan utföras med speciella datorprogram, för exakt bestämning av optimala parametrar. Beräkningsmetoderna och resultaten samt de använda programmen klassificeras som hemliga av beväpningsmyndigheterna och detaljer publiceras endast i mycket få fall - de numeriska värden som har blivit kända kan därför ifrågasättas. Detta är också anledningen till att högpresterande datorer tidigare var föremål för exportbegränsningar (till exempel från USA). Den grundläggande utformningen av moderna kärnvapen med de visade funktionerna är dock trolig och har bekräftats av olika källor.

Byggmetoden tilldelas den tyska kärnkraftsspionen Klaus Fuchs . Förutom de fördelar som anges ovan under den senare explosionen användes den för att ta bort och lägga till det verkliga klyvbara materialet. I vissa brittiska och amerikanska bombdesigner lagrades det faktiska klyvbara materialet utanför bomben på ett sådant sätt att inget av det skulle ha släppts i händelse av en subkritisk olycka. Följaktligen förbättrades vapen- och transportsäkerheten för dessa vapen ytterligare.

Exempel

Den största kärnklyvningsbomben (missionsvapen) som någonsin detonerats byggdes av USA med en explosiv kraft på 500  kT . Det fungerade på implosionsdesignen och hade uran som kärnkraftssprängämne.

Från 1966 till 1980 byggde och stationerade Frankrike MR-31 stridsspetsen, de största plutoniumbomberna som någonsin byggts med en explosiv kraft på cirka 120 kT.

Den mest kända kärnvapen baserat på implosion design är verkligen Fat Man bomb föll på Nagasaki , medan Little Boy uranbomb baserades på pistolen designen .

tändning

Grunderna

Det är avgörande för alla konstruktionsprinciper att kedjereaktionen bara sker så länge arrangemanget är superkritiskt. Så att så många kärnklyvningar som möjligt äger rum bör det hållas superkritiskt så länge som möjligt. Så snart tillräcklig energi har bildats som ett resultat av ett stort antal kärnklyvning, förångas klyvningsmaterialet, expanderar och kedjereaktionen bryts av. Det beror därför på antändningspunkten för att utnyttja det klyvbara materialet optimalt.

Kanonhylsanordningen blir kritisk när de två subkritiska uranhalvorna har närmat sig ett visst avstånd, tiden för den första kritik (övergång till det superkritiska tillståndet). När det gäller implosionsarrangemanget komprimeras också materialet. När halvorna kommer närmare varandra i fallet med kanonhylsarrangemanget, eller komprimering i fallet med implosionsarrangemanget, blir arrangemanget superkritiskt. Även utan kedjereaktion skulle arrangemanget så småningom utvidgas igen bara på grund av trögheten hos de konventionellt accelererade massorna. Kedjereaktionen bryter av när arrangemanget blir subkritiskt (tiden för den andra kritiken). Expansionen accelereras när det klyvbara materialet avdunstar. Detta är fallet när ytterligare energi frigörs från kärnklyvning, men bara när den överstiger ett visst värde som kallas Bethe Tait-energi . När denna minimienergi uppnås accelererar kärnbränslets expansion och arrangemanget blir snabbare subkritiskt. Fram till denna tidpunkt hade många generationer av kedjereaktionen redan ägt rum. Kedjereaktionen fortsätter också under expansionen, nämligen tills tidpunkten för den andra kritiken (övergång till det subkritiska tillståndet) har uppnåtts. Det mesta av energin frigörs under de senaste generationerna av neutroner.

Ju större superkritikalitet, desto längre är fasen mellan att nå Bethe Tait-energin och att nå den andra kritikpunkten, och desto mer kärnklyvning kan fortfarande äga rum.

För att uppnå ett optimalt utnyttjande av bränslet bör början på kedjereaktionen därför ställas in på ett sådant sätt att Bethe-Tait-energi och maximal superkritikalitet uppnås samtidigt. Om Bethe Tait-energin nås tidigare skulle emellertid färre neutroner bildas och endast mindre mängder av kärnbränslet skulle omvandlas.

Det värsta fallet skulle vara början av kedjereaktionen vid tidpunkten för den första kritiken, eftersom tiden för Bethe Tait-energin uppnås innan den maximala överkritikalen och arrangemanget expanderar för tidigt. Om arrangemanget bara är lite överkritiskt vid denna tidpunkt skulle den explosiva energin hos en sådan bomb knappast överstiga den för det använda kemiska sprängämnet. Om det är allvarligt överkritiskt tar det fortfarande lite tid innan det blir underkritiskt igen. Under denna tid kan så många kärnklyvningar fortfarande äga rum att den frigjorda energin överstiger den kemiska explosivens många gånger. Först och främst fortsätter ökningen av superkritikalitet tills Bethe Tait-energin uppnås. I den accelererade expansionen som följde ägde ytterligare kärnkraftsuppdelningar rum.

Enligt Robert Oppenheimer skulle den första explosionen av en plutoniumbaserad implosionsbomb (16 juli 1945, test i New Mexico), även i värsta fall, ha haft en explosionsenergi som knappast skulle ha varit mindre än 1000 ton TNT .

En tändning före den optimala tiden är en gnista, en tändning efter den optimala tiden enligt sen tändning . För att uppnå optimal antändningspunkt förlitar man sig inte på neutronerna från den spontana klyvningen utan startar en speciell neutrongenerator i rätt ögonblick .

Förantändning

När den kritiska massan har uppnåtts måste bomben sprängas av initiala neutroner. Dessa kan härröra från det klyvbara materialet genom spontan kärnupplösning eller kan levereras av en ytterligare neutronkälla. I höganrikade 235 U förfaller cirka 80 miljoner atomkärnor per sekund och kilo, vilket avger alfapartiklar, men statistiskt genereras endast cirka två neutroner per sekund och kilogram. I 64 kg Hiroshima-bomben släpptes statistiskt sett 0,17 neutroner mellan kritikpunkten och fullständig montering (1,38 ms).

För Hiroshima-bomben gavs en sannolikhet på 12 procent för en förantändning 1945, vilket motsvarar sannolikheten för en initial neutron inom de 1,38 ms som anges ovan. För att förhindra förantändning av bomber enligt pistoldesignen måste kärnbombdesignen vara fri från andra neutronutsändare. Så 238 U (med 20 neutroner per kilogram och sekund) bör undvikas i kuvertet; Även kärnvapen som redan har exploderat i samma målområde och deras kvarvarande neutronstrålning kan förhindra användningen av en sådan atombombe.

Kanonfatprincipen används inte längre i dagens arsenaler. Stridsspetsarna skulle vara alldeles för tunga för moderna leveranssystem. Sydafrika hade byggt sex kanonpistoler, men skrotade dem igen efter förändringen av politiken i början av 1990-talet. Det är det första landet som har helt avväpnat kärnvapen.

Till skillnad från uran är neutronproduktionen av plutonium hög på grund av den oundvikliga andelen 240 Pu. Montering av de enskilda klyvbara materialkomponenterna i ett kanonrörsarrangemang sker så långsamt (i storleksordningen millisekunder) att kedjereaktionen skulle börja vid den första kritik. När tidpunkten för Bethe Tait nåddes skulle det knappast vara alltför kritiskt och det skulle bara bli en deflagration. Kanonfatarrangemanget fungerar därför endast med höganrikat uran, som har låg neutronbakgrund men inte med plutonium.

Med implosionsarrangemanget å andra sidan sker komprimering mycket snabbare, i storleksordningen mikrosekunder. Det är därför också lämpligt för plutonium. Beroende på renheten hos plutonium produceras mellan 50 000 (plutonium av vapenkvalitet) och 500 000 (reaktor plutonium) neutroner per sekund som ett resultat av spontant sönderfall.

Eftersom 240 Pu bildas genom neutronupptagning från 239 Pu, vilket i sin tur bildas av neutronupptagning från 238 U , desto högre utbränning av kärnbränslet desto större är andelen 240 Pu. Reaktorer som ska producera plutonium av vapenklass drivs därför med liten utbränning. Av ekonomiska skäl används en hög utbränning i kärnkraftverk. Ändå är även plutonium som produceras i kärnkraftverk i begränsad utsträckning lämpligt för konstruktion av kärnvapen. Sannolikheten för förantändning är högre, men den lägre explosiva energin överstiger överlägset den för konventionella vapen. Tekniska problem orsakas dock av den ökade radioaktiviteten och uppvärmningen till följd av det radioaktiva förfallet.

Sen antändning och neutronkälla

Förutom tändningen i förväg kan ett kärnvapen enligt pistoldesignen också antändas relativt sent om - rent statistiskt - den initiala neutronen utlöser kedjereaktionen sent. Trots allt var sannolikheten för att Hiroshima-bomben inte tändes förrän efter 200 ms 0,15 procent. Om en atombombe skjuts mot sitt mål i hög hastighet kan denna fördröjning förändra den önskade platsen för explosionen och den projicerade energin som frigörs. Av denna anledning har kärnvapen utrustats med neutronkällor som startar kedjereaktionen med en större mängd neutroner exakt samtidigt som den kritiska massan har bildats.

Uranbomben i Hiroshima hade också en sådan neutronkälla som en bombdetonator när den planerades. Man kunde inte avgöra om det installerades i slutändan; det klyvbara materialets naturliga radioaktivitet skulle troligen ha varit tillräckligt för explosionen.

Neutronkällan bestod av två komponenter, beryllium och 210 polonium , inrymda rumsligt åtskilda från varandra. De två ämnena slogs samman när uranprojektilen slog och neutronproduktionen började. Liknande tvåkomponentkällor hittades senare i kärnan i de tidiga implosionsbomberna, separerade av ett tunt membran som bröt under implosionen. I moderna vapen används istället en extern källa.

Effektivitet, storlek, säkerhet och pistolvikt

Förhållandet mellan kärnkraftssprängämne och kärnkraftssprängämne kallas effektivitet.

Klyvningen på 50 g 235 U frigör explosionsstyrkan 1 kT. När det gäller Hiroshima-bomben delades cirka 650 g 235 U, bara en liten del av det totala antalet 64 kg uran. De återstående nukleära sprängämnen släpps ut i atmosfären och, tillsammans med de klyvningsprodukter och den ”sekundära” radioaktivitet som alstras av neutroner, bildar nedfall .

Klyvningsbomber innehåller därför mer än den kritiska massa som ska klyvas för att generera tillräcklig, önskad explosionsenergi. En massa omedelbart över den kritiska massan skulle resultera i en marginell explosionshållfasthet, med en 1,05-faldig massa kan en explosiv kraft på cirka 100 ton förväntas.

Med den enkla kanonkolvprincipen är den maximala möjliga massan något under den dubbla (trippel) den kritiska massan. Båda halvorna av den kritiska massan måste förbli subkritiska före explosionen för att förhindra strålningsolyckor och en för tidig subkritisk explosion, en så kallad deflagration. Den maximala storleken på rena klyvningsbomber baserad på den enkla kanonprincipen (uranbomber) är därför begränsad av den maximala subkritiska massan av två eller tre klyvbara material.

Mer än tre kanonfat kunde också kombineras för att skjuta fler delar av laddningen mot varandra. Detta är dock associerat med en avsevärt ökad ansträngning för samtidig antändning av drivmedelsladdningarna och andra synkroniseringsproblem , eftersom föreningen av alla delar av laddningen måste ske mycket exakt för att faktiskt bidra till att öka den explosiva kraften.

Med implosionsprincipen komprimeras springmaterialet dessutom. Detta minskar den kritiska massan och därmed är högre superkritikaliteter och bättre effektivitet möjliga. Dessutom är det sfäriska arrangemanget optimerat geometriskt. Men även här finns det gränser, eftersom kemiska sprängämnen inte kan användas för att komprimera efter behag och massan måste vara subkritisk i förväg. Dessutom är det en krävande uppgift ”ur sprängsynpunkt” att utföra komprimeringen så sfäriskt som möjligt. Förutom den sfäriska formen är ihåliga cylindrar och andra former tekniskt kända.

I slutändan är detta en avsevärd säkerhetsfördel med implosionsprincipen. För att utlösa en kärnexplosion måste det kemiska detonerande sprängämnet på dess yttre skal detoneras på en definierad tid vid ett stort antal punkter så att explosionsfronten går från utsidan in mot kärnladdningen för att komprimera den. Om explosionsanordningen som en följd av en olycka detoneras vid endast en punkt är det enda som sker den kemiska explosionen och förorening av miljön från det klyvbara materialet som sedan släpps ut.

Eftersom explosionsfronten vanligtvis rör sig bort från antändningspunkten på ett konvext sätt, bildas explosionsfronten ofta av lager av olika sprängämnen med olika explosionshastigheter på ett sådant sätt att den önskade kompressionen av det klyvbara materialet uppnås. Medan tidigare system baserades på den samtidiga tändningen vid alla tillhandahållna punkter, är det i moderna system specifika avvikelser inbyggda, som måste kompenseras av något olika tändningstider för de enskilda detonatorerna. Dessa tidsskillnader införlivas endast i vapenelektroniken med hjälp av lämpliga koder när utplaceringen är godkänd (så kallad " Permissive Action Link "). Detta minskar avsevärt risken för stöld eller förlust av ett stridsspets eller användning av vapen i strid med instruktionerna, eftersom försök att detonera det felaktigt misslyckas.

Den maximala storleken på ett vapen bestäms vidare av praktisk hantering och hantering av säkerhet. I praktiken används boosters i klyvningsvapen och detonatorer med vätgasbomber, små mängder fusionsmaterial inom den kritiska fissionsmassan. Neutronerna som släpps ut under fusionen orsakar en "hetare" explosion, så effektiviteten hos vapnet ökas genom bättre användning av det klyvbara materialet. Ännu högre explosiva energier uppnås med flerstegsvapen som vätgasbomber.

238 U-fission genom en 238 U-reflektor eller jacka

Förutom det verkliga klyvbara materialet kan också en reflektor tillverkad av billigt naturligt uran eller utarmat uran ( 238 U) användas. Detta material delas också upp från kärnprocessen av neutronerna och frigör energi. Släppta neutroner värmer också upp den primära fissionsprocessen som liknar en booster. Effektiviteten för 238 U i reflektorn eller bombomslaget ligger under den kritiska massa som faktiskt används i bomben.

I en av amerikanernas starkaste rena klyvningsbomber ( Ivy King ) släpptes cirka 425 kT energi genom implosion av 235 U och ytterligare 75 kT genom den delade 238 U från skalet. En ökning av prestanda genom 238 U i reflektorn är endast möjlig med bomber enligt implosionsdesignen, eftersom 238 U släpper ut ett stort antal neutroner genom spontan klyvning och därför skulle leda till en förantändning med hög sannolikhet i pistolen design.

Om en liten atombomb med 235 U är utformad som ett klyvbart material (till exempel en "bunkerbuster" enligt pistoldesignen) uppstår det teoretiska problemet att 235 U inte är fullständigt implementerad i explosionen i fiendens område, och därför för konstruktion finns en ny atombomb tillgänglig. För att förhindra detta kan ett sådant kärnvapen ges en kappa eller ballast gjord av 238 U. I atomexplosionen blandas både uran och renhetsgraden minskas. För att undvika förantändning måste 238 U installeras separat från explosivanordningen.

Bomber med en kappa gjord av 238 U (när du använder en booster eller en vätgasbombe) klassificeras som trestegsvapen och på grund av den stora mängden släppt klyvbart material är de bland de så kallade "smutsiga" bomberna.

Vätebomb

Vätgasbomb Castle Bravo

I kärnfusions vapen (väte bomber), en konventionell atom explosiv anordning ( fission är explosiv anordning) som används för att åstadkomma den kärnfusion av den väteisotoper deuterium och tritium .

Den första, orealiserbara designen

Schematisk framställning av en vätgasbomb enligt klassisk superdesign

I den grundläggande idén om vätgasbomben, som i amerikansk-amerikansk språk kallas Super och senare som Klassisk Super , är en stor mängd av väteisotoper tritium eller deuterium anordnade bredvid eller runt en fissionsexplosiv anordning som fungerar som en detonator. Explosionen av klyvningsexplosivanordningen är tänkt att värma väte till antändningstemperatur så att fusionssprängämnet antänds. Den fiktiva konfigurationen kallades "väckarklockedesign" på grund av dess geometriska utseende.

Detta arrangemang fungerar inte med rent deuterium, eftersom det mesta av energin i klyvningsbomben genereras som termiska röntgenstrålar som tränger igenom deuteriet. Temperaturen skulle vara tillräcklig för deuterium-tritium-reaktionen, men tritium är jämförelsevis dyrt - i stället för en vätgasbomb av denna typ kunde en mycket stor fissionsbomb ha byggts till lägre kostnad.

Ett annat problem med Classical Super är bränslets låga densitet, eftersom väteisotoperna är gasformiga under normala förhållanden. Innan tillräckligt med bränsle hade använts skulle explosionen av den primära klyvsprängämnet ha sprängt allt ifrån varandra.

Utformningen av en "fusionsmassa" av deuterium och tritium bredvid eller runt en fissionskärna är därför olämplig, en bomb av denna typ byggdes aldrig. En liknande design används emellertid för neutronbomben , eftersom endast en mycket liten mängd tritium-deuterium krävs där och därför är kostnaderna fortfarande små.

Teller-Ulam-Design

Schematisk framställning av en vätgasbomb enligt Teller-Ulam-designen:
A - primär kärnklyvningsexplosiv anordning
B - sekundär fusionsanordning
1 - kemisk explosiv
2 - 238 U-kåpa
3 - kavitet
4 - tritiumgas innesluten i plutonium eller urankula
5 - polystyren
6 - 238 U - Mantel
7 - litium 6-deuterid
8 - plutonium
9 - reflekterande mantel
Representation av de enskilda stegen i explosionen av en Teller-Ulam-bomb:
A - bomb före antändning; ovanför den primära kärnklyvningsbomben; under den sekundära fusionsladdningen; båda inbäddade i polystyrenskum.
B - Det konventionella sprängämnet komprimerar plutoniumkärnan till en superkritisk massa och initierar därmed en kärnklyvningsreaktion.
C - Kärnklyvningsbomben avger röntgenstrålar som reflekteras från husets insida. Detta värmer polystyren.
D - Polystyrenskummet förvandlas till plasma och komprimerar fusionssteget. Kärnklyvningskedjereaktionen äger rum i plutoniumstången.
E - Som ett resultat av kompression och uppvärmning börjar litium-6-deuteriden smälta. I det andra steget delar neutronstrålningen 238 U. En eldkula börjar bildas.

Med Teller-Ulam-Design, uppkallad efter Edward Teller och Stanisław Ulam , är svårigheterna med Classical Super lösta. Lösningen, som hittades på sovjetsidan av Andrei Dmitrijewitsch Sakharov , blev också känd som "Sakharovs tredje idé". När det gäller oberoende utveckling i Frankrike tillskrivs idén Michel Carayol , för Storbritannien är frågan om upphovsmannen mindre tydlig (se John Clive Ward ).

Den primära fissionsexplosivenheten och den sekundära fusionsexplosiva anordningen är placerade i ett hölje fyllt med skum (vanligtvis expanderad polystyren ). Strålningen från klyvningsexplosivanordningen absorberas av husväggen och skapar ett tunt lager av högjoniserat plasma som inte bara absorberar den primära strålningen mer effektivt utan också strålar inom röntgenområdet. Samma sak händer med den yttre ytan på den sekundära explosiva anordningen. Utbyte strålning mellan de tre ytorna - den tunna bildade plasmat från skummet knappast absorberar - är proportionell mot T 4 och därför snabbt kompenserar för temperaturskillnader; det sägs att " hålrummet " (även kallat på engelska) värmer .

Nu sprids inte bara klyvningsstadiets plasma utan också de ytliga plasmaskikten. Deras enorma tryck orsakar en inåt riktad chockfront , bakom vilken materialet också ändras till plasmatillståndet och rör sig inåt. Detta är också känt som en strålningsimplosion.

Sekundärdelens geometri är sfärisk eller cylindrisk så att chockvågen konvergerar koncentriskt till en punkt eller en rak linje. Extrema förhållanden (tryck och temperatur) uppstår där där, som detonerar bombens andra steg, fusion. De högenergiska alfapartiklarna som produceras under deuteriumfusionen ökar temperaturen ytterligare så att kärnreaktionen sprids utåt som en flamfront.

I mitten av den sekundära delen finns vanligtvis en "tändstift" som kallas en ihålig cylinder eller sfärisk kärna gjord av plutonium eller anrikat uran, vilket också och samtidigt förs in i ett superkritiskt tillstånd genom kompressionen. Klyvningen fungerar som en ytterligare antändningskälla och regulator för det andra steget, explosionens effektivitet och enhetlighet ökas. Med införlivandet av strålningsförbättrande material på hålighetens ytor kan konfigurationen minskas ytterligare i storlek.

En liknande fusionsimplosionsprincip följer också tröghetsfusionsfusionen (ICF - tröghetsfängelsefusion).

Fusionssprängämnen

Fryst flytande deuterium användes som fusionssprängämnet i den första och enda bomben som använde rent deuterium ( Ivy Mike ) . Detta är olämpligt för militära atombomber, eftersom kylansträngningen är mycket stor och därför mycket dyr. Dessutom är högtryckslagring av deuteriumgasen vid normal temperatur svår och omfattande och därför också olämplig för kärnvapen. Samma överväganden gäller för en blandning av deuterium och tritium. Tritium är dessutom instabilt med en halveringstid på 12,3 år och måste därför bytas ut regelbundet. För produktion av tritium i kärnreaktorer krävs också neutroner, med vilka plutonium också kan produceras från uran, som har ett högre energiutbyte.

Av dessa skäl används deuterium nu i kemiskt bunden form i ett fast ämne som också genererar nödvändigt tritium när det bestrålas med neutroner. Av alla fasta väteföreningar visade sig litiumdeuterid (LiD) , som är fast vid normal temperatur, vara den bästa lösningen. Den innehåller mer deuterium per volymenhet än flytande deuterium och samtidigt mer än 20 viktprocent deuterium. Litium deltar också i kärnreaktionerna och producerar ytterligare energi. USA: s första försök med en sådan "torr" bomb var Castle Bravo- testet den 28 februari 1954 med en total explosiv kraft på 15 MT. Redan den 12 augusti 1953 antändte Sovjetunionen en transportabel LiD-konstruktion i sitt första test. Deuteriumets reaktioner är:

Det resulterande tritiumet kan generera snabba neutroner i en ytterligare reaktion:

Slutligen kan 3 producerade helium också fortsätta att reagera:

Neutronerna som produceras i ovanstående reaktioner kan reagera med litium:

Dessutom sker andra kärnreaktioner, men de bidrar relativt lite till den totala reaktionen. Båda litiumisotoperna, 6 Li och 7 Li, kan användas för termonukleära vapen . De totala reaktionerna med deuterium är:

Om det krävs många (långsammare) neutroner i en trestegsvätgasbomb för klyvning i en 238 U-mantel, är 7 Li billigare. Å andra sidan är 6 Li fördelaktig för ett högre energiutbyte . Naturligt litium består av 92,5% 7 Li och 7,5% 6 Li. Litium anrikat med 6 Li erhålls genom isotopseparationsprocesser .

Sammantaget 4 Han är kvar från reaktionerna , oreagerat deuterium och många neutroner. Det reaktiva tritiumet används nästan helt i reaktionerna. För varje megatonn explosiv kraft - om ren 6 Li används och förutsatt att varje atom reagerar - måste 15,6 kg litiumdeuterid reagera. Eftersom endast ungefär hälften av materialet används i praktiken krävs 36 kg.

Eftersom vätefusionen i Teller-Ulam-designen utlöses av högt tryck och hög temperatur och inte - som med den äldre Sloika-designen  - är första neutronbombardemang från fissionsstadiet nödvändigt, kallas denna typ av atombomb en termonukleär bomb.

Kärnvapen baserade på Teller-Ulam designen är eufemistiskt kallas rena atombomber eftersom de härleda en stor del av deras explosiva kraft från kärnfusion. Kärnfusion, dvs. det andra steget, producerar mycket mindre och mer kortlivad radioaktivitet än kärnklyvning, nämligen endast tritium (se formlerna ovan). Det som återstår är dock klyvningsprodukterna från det första steget, klyvningsbomben som används för att antända fusionen, liksom de omgivande materialen som omvandlats till radioaktiva isotoper genom neutronupptagning , som tillsammans bildar nedfallet. Bomben är bara ”ren” i jämförelse med en ren kärnklyvningsbomb med samma explosiva effekt.

Trestegs vätgasbomb

Förhållandet mellan explosiva krafter från det första till det andra steget är begränsat till maximalt ca 1: 200, ett förhållande 1:20 till 1:50 är vanligt. Eftersom klyvningsbomber som första steg är begränsade till flera hundra kT är den andra explosionskraftens maximala kraft upp till cirka 100 MT, men vanligtvis inte mer än cirka 10 till 25 MT. Det finns flera sätt att öka explosionskraften hos en termonukleär bomb:

  • Det skulle vara möjligt att öka massan av det andra eller tredje steget på bekostnad av effektiviteten och tändbarheten i detta steg. Detta kan uppnås genom ett koniskt implosionsarrangemang av detta steg och en linjär tändningstransmission. Principen tillämpades inte, men kan hittas på distans i andra steget "Tändstift".
  • Teoretiskt sett kan ett geometriskt arrangemang av flera detonatorbomber detonera ett stort andra och tredje steg. En av de första vätgasbomberna hade troligen en sådan konfiguration, effektiviteten i det andra steget var relativt låg på grund av detonatorernas "obalans". Problemen och kostnaderna för ett sådant arrangemang uppväger problemen.
  • Ett annat Teller-Ulam-steg kan läggas till ett befintligt, det vill säga den energi som frigörs från det första fusionssteget används för att detonera nästa, ännu större, explosiva anordning (det tredje steget). I fallet med en utökad Teller-Ulam-konfiguration kan det tredje steget, precis som det andra steget, bestå av ett fusions- eller fissionssteg.
  • Den omgivande metallcylindern kan tillverkas av uran 238 U, en avfallsprodukt från uranberikning . Detta uran delas av de snabba neutronerna (14  MeV ) i fusionssprängämnet och ger på grund av sin mängd en stor andel av den totala energin. I en enkel atombomb klyvs några kilo uran eller plutonium. I en så kallad "tertiär vätgasbomb" kan det finnas flera ton uran. Så det finns tre steg: klyvningens explosiva laddning för antändning av fusionsladdningen, som i sin tur producerar neutronerna för klyvning av uran i det tredje steget. Konstruktionen kallas därför också för en fission-fusion-fission-design eller "trefasbom" (FFF-bomb). Klyvningsprodukterna av uran i tredje steget är ansvariga för en stor del av den radioaktiva föroreningen i en sådan bomb, det är en exceptionellt smutsig bomb. Den amerikanska testbomben " Redwing Tewa " byggdes till exempel enligt denna princip. Med en total explosiv kraft på cirka 5 MT erhöll den en explosiv kraft på 4,35 MT från kärnklyvning i första och tredje etappen (test i juli 20, 1956).

Uttrycket ”trestegs vätgasbomb” eller ”tertiär vätgasbomb” används för dessa designprinciper, vilket lätt kan leda till förvirring. Det hittills största sprängkärnvapnet, tsarbomben , hade två fusionssprängämnen och en explosiv kraft på cirka 50 till 60 megatonn TNT-ekvivalent . En 238 U-beläggning har utelämnats för att begränsa den explosiva kraften som redan är starkt nedfall. Med uranmantling som fjärde etapp skulle denna bomb ha haft en uppskattad explosiv kraft på minst 100 megaton TNT, och föroreningen skulle ha varit förödande.

Hybrid atombomber

Hybrid atombomber får en stor del av sin explosionsenergi från kärnklyvning, men kräver en fusionskomponent för att intensifiera kärnklyvningen. Det finns olika konstruktionsmetoder för denna fusionsdel.

Förstärkta sprickbomber

För att öka neutronproduktionen kan en liten mängd väteisotoper deuterium och tritium införas som ett fusionsbränsle i mitten av den ihåliga sfären tillverkad av kärnkraftssprängämnen; i motsats till neutronbomben, där bränslet är anordnat utanför klyvningsexplosionsenheten. Typiska mängder av en blandning av deuterium-tritium är två till tre gram. Kärnklyvningskedjereaktionen orsakar kärnfusionen av dessa ämnen att antändas genom tryck och värme, med många högenergineutroner som genereras:

Schematisk framställning av en förstärkt kärnklyvningsbomb baserad på implosionsdesignen

Fusionen av deuterium eller tritium ger bara ett litet bidrag till energiproduktionen, eftersom ett gram tritium frigör mindre än 0,2 kT explosiv kraft. De neutroner som frigörs från fusionen delar dock upp en större del av klyvningsbränslet och därmed multipliceras effektiviteten jämfört med en ren klyvningsexplosion. Neutronerna från ett gram tritium kan dela 80 gram plutonium. Eftersom neutronerna som frigörs från kärnfusion är mycket snabba frigörs ett särskilt stort antal snabba neutroner när plutonium delas upp, vilket i sin tur delar upp andra plutoniumkärnor. Totalt delas cirka 450 gram plutonium med ett gram tritium - jämfört med en strukturellt identisk fissionsbomb utan att öka - och de släpper ut cirka 7,5 kT extra energi. Genom att öka kan klyvningsbombarnas explosiva kraft fördubblas ungefär.

Tekniskt sett kan blandningen av tritium och deuterium vara närvarande som en komprimerad gas, vid låga temperaturer som en vätska eller som en kemisk förening. Det första förstärkta kärnvapnet i USA: s växthusartikel (detonerad 25 maj 1951, Eniwetok Atoll), en frusen, flytande blandning av tritium och deuterium användes för att öka den explosiva kraften hos en uppdragsbomb från det förutspådda värdet (20 kT) till 45,5 kT mer än dubbelt. För att undvika den tekniskt komplexa kylningen väljs antagligen kompressionen av gaserna idag. Förstärkningen gör lagringen av kärnvapen svårare eftersom tritium är radioaktivt och förfaller med en halveringstid på 12,32 år. Det är därför det måste produceras kontinuerligt i kärnreaktorer och ersättas med kärnvapen. Trots denna svårighet förstärks de flesta uppdragsbomber idag - antingen som detonatorer för en vätgasbom eller inte. Sprängkraften hos vissa vapentyper kan justeras genom att lägga till olika mängder boostermaterial; Engelska "dial-a-yield".

Det är oklart om litiumdeuterid också är lämpligt som ett booster-material, eftersom detta initialt har en neutronabsorberande effekt.

Sloika design (lökskal)

Förutom Teller-Ulam-designen kan en fusionsbomb med en explosiv kraft på upp till cirka 700 kT också byggas enligt Sloika-designen . Här omges en fissionsexplosivanordning av ett litiumdeuteridskikt, som i sin tur omges av ett skikt av uran (lökhudprincip). Till skillnad från den primära fissionsexplosivenheten består det yttre uranskiktet av naturligt uran eller utarmat uran, dvs det har ett högt 238 U-innehåll.

Lökhudkonstruktionsprincipen ("sloika" eller "smördeg") ligger nära den ursprungliga "Classical Super", som bara omger en atombombe. Det fungerar i slutändan som en boosterbombe, med den extra uranmanteln som fungerar som en smutsig tredje etapp. Beroende på tjockleken på det andra och tredje lagret “glöder” dessa skikt tillsammans och med olika effektivitetsgrad. Den jämförelsevis komplexa konstruktionen, som liknar den amerikanska ”Super”, kan ses som en rysk inledande fas eller utvecklingsstadium till Teller-Ulam-konfigurationen.

Det finns två olika versioner av Sloika-designen:

Variant I (tunn päls)

Efter antändning av klyvningsexplosionsanordningen genereras neutroner i klyvningssteget, vilket resulterar i följande kärnreaktion i litiumdeuteridskiktet:

Det resulterande tritium T reagerar med deuterium i en ytterligare reaktion:

Som ett resultat, långsam neutron, är var och en en 6 litium och en deuteriumatom som släpper ut energi till två heliumkärnor och en snabb neutron transformeras. Den totala reaktionen förbrukar och producerar därför en neutron i taget. Eftersom några av neutronerna flyr utåt kan reaktionen inte upprätthålla sig själv och slocknar efter en kort tid. För de andra reaktionerna som beskrivs i Teller-Ulam-designen är trycket och temperaturen i Sloika-designen för låg. De flyktiga snabba neutronerna kan dock dela upp 238 U-kärnorna i det yttre skiktet och i sin tur frigöra energi. Atombomber av denna typ utvecklades och testades särskilt av Storbritannien, till exempel i testexplosionen "Grapple 2" den 31 maj 1957. Ett primärt klyvningssteg med en explosiv kraft på 300 kT ledde genom de ytterligare skikten till en explosion med en total styrka på 720 kT.

Variant II (tjock päls)

Om fusions- och yttre uranlager görs relativt tjocka, spelar en annan mekanism in. Från kärnklyvning i det yttre uranskiktet skjuts många neutroner tillbaka in i fusionslagret, där de genererar en andra generation av tritium. Reaktionen av 238 U-skiktet i fusionsskiktet skapar en kombinerad förbränning av båda skikten. Eftersom neutroner från det yttre uranskiktet med denna variant också bidrar till bombningen av litiumdeuteridskiktet kan det första klyvningssteget göras mycket mindre. Denna variant kräver därför mindre gapmaterial 235 U eller 239 Pu i det första steget och är därför billigare att tillverka. Denna design valdes i det sovjetiska kärnvapentestet "Joe-4" den 12 augusti 1953. I detta atomtest producerade det inre fissionssteget 40 kT från 235 U, cirka 70 kT från kärnfusionen i det andra skiktet och 290 kT från kärnklyvningen i det tredje skiktet.

Denna konstruktion är inte ett rent termonukleärt andra steg, det finns ingen oberoende väteförbränning. Denna kombinerade fission-fusionsreaktion liknar den antändande "tändstiftet" i en Teller-Ulam-konfiguration: kärnklyvning av uran i det yttre skiktet tjänar till att multiplicera neutroner, fusionen tjänar till att påskynda neutroner. Det är emellertid inte en individuell neutron som accelereras; snarare, under fusionsprocessen konsumeras en långsam neutron och en snabb genereras. Neutronacceleration är nödvändig eftersom 238 U endast kan delas med neutroner med en minsta energi på 1,5  MeV .

Andra varianter

Förutom de bastyper som beskrivs ovan finns det andra varianter som endast delvis har implementerats:

  • I alla tvåstegsbomber kan det första steget utföras som en förstärkt uppdragsbomb , som vanligtvis används idag.
  • Den tvåstegs fission bomb har en liknande struktur till Teller-Ulam vätebomb, men i stället för väte explosiv anordning, är ett andra klyvningssteget baserat på implosion design som används. Så det andra steget imploderas inte av kemiska sprängämnen, utan av det första steget. Denna atombombdesign implementerades antagligen aldrig militärt. Designen utvecklades av Ulam för atombomber med stor explosiv styrka; Det erkändes först därefter att vätebomber också kunde byggas med det. En sådan tvåstegs uppdragsbomb sprängdes i testet "Nektar" ( Operation Castle ) den 13 maj 1954. Liksom i det första steget gäller villkoren för den kritiska massan.
  • I alla H-bomber (delvis även uran- eller plutoniumbomber) med ett yttre uranlager kan detta också utföras med 235 U eller 239 Pu. Den amerikanska testbomben "Cherokee" ( Operation Redwing ) från 20 maj 1956 var en termonukleär bomb enligt Teller-Ulam-designen, men kuvertet för litiumdeuteriden var gjord av höganrikat uran.
  • En cylindrisk uranimplosionsdesign verkar möjlig och testades kort av den amerikanska sidan under H-bombutvecklingen.
  • Det skadade tornet från Test Ruth
    Modererade kärnvapen består av en normal klyvningsbomb där emellertid klyvningsmaterialet inte består av anrikat uran eller plutonium utan av en metallhydrid av dessa ämnen som UH 3 . Väte som finns i materialet fungerar som moderator på neutronerna; det saktar ner dem, vilket ökar sannolikheten för att de kommer att dela upp andra atomer i bränslet. Detta minskar den kritiska massan avsevärt för uran till mindre än ett kilo. Densiteten hos det klyvbara materialet är dock betydligt lägre, varför bomben förlorar sin kritik mycket snabbt efter att kedjereaktionen har börjat. Flera amerikanska försök med denna konstruktionsmetod misslyckades: I testet "Ruth" ( Operation Upshot-Knothole ) den 31 mars 1953 uppnådde en atombomb som uppskattades till 1,5 till 3 kT bara en explosiv kraft på 0,2 kT och förstörde inte ens den 100 m höga masten som den var monterad på. Experimentet ”Ray” den 11 april 1953, där även uranhydrid användes, men tillsammans med deuterium , gick på samma sätt .

Kärnvapen med specialeffekter

Neutronvapen

Schematisk framställning av en neutronbom

Ett neutronvapen (förstärkt strålningsvapen) är en vätgasbomb med deuterium-tritiumbränsle, vars konstruktion väsentligen liknar Teller-Ulam-designen. Vapnets design är optimerad för maximal neutronemission och ett relativt lågt nedfall. Amerikanen Samuel T. Cohen utvecklade detta vapen 1958 och kämpade kraftigt för dess tillverkning. Så han kunde inte segra förrän 1981 under president Ronald Reagan . Totalt 700 neutronstridsspetsar byggdes. I juni 1980 meddelade den franska presidenten Giscard d'Estaing att Frankrike skulle utveckla en neutronbomb, och den 21 juni testades det första vapnet på Moruroa Atoll. 1988 testade Folkrepubliken Kina sitt första neutronvapen med en explosiv kraft på 1–5 kT. De amerikanska neutronbomberna demonterades från 1992 till 2003 under regeringarna av George HW Bush , Bill Clinton och George W. Bush . Frankrike demonterade också sina neutronbomber efter slutet av det kalla kriget.

Neutronvapen är vanligtvis byggda med en mycket liten primär explosiv enhet. Till exempel hade den amerikanska stridshuvudet Mk79 en explosiv kraft på 1 kT, där 0,25 kT släpptes genom kärnklyvning av plutonium och 0,75 kT genom kärnfusion. En sådan bomb är också relativt liten. Stridsspetsen innehåller endast cirka 10 kg klyvbart material och några gram deuterium-tritiumgas.

Jämfört med en förstärkt atombombe är deuterium-tritiumgasen inte inuti fissionsarrangemanget utan utanför den. Som ett resultat drabbar endast en liten del av neutronerna som släpps ut av kärnfusionen sprickmaterialet och en större del kan fly obehindrat. För att absorbera så lite neutronstrålning som möjligt används inget uran som klädsel för fusionssprängämnet utan volfram . Andra komponenter är också företrädesvis tillverkade av material som inte absorberar snabba neutroner, såsom krom eller nickel . Sekundära neutronkällor kan också användas.

Eftersom kärnfusion släpper ut ett särskilt stort antal neutroner jämfört med kärnklyvning kan detta arrangemang användas för att bygga en bomb som med en given explosiv kraft släpper ut många fler neutroner än en normal fusionsbomb - därav namnet. Tekniskt sett skulle deuterium-tritiumgasen lagras under högt tryck i en liten kapsel - några centimeter i diameter. På grund av högtryckslagring behöver gasen inte frysas.

Olika, inklusive några möjliga (och vissa förmodligen omöjliga) mönster för neutronvapen diskuteras i litteraturen. Den faktiska designen som används av neutronbomber är fortfarande en hemlighet.

Neutronvapnet anses vara ett taktiskt vapen som dödar människor och andra levande saker genom strålning, men ska lämna byggnader till stor del intakta. Den högre dödligheten med lägre strukturell skada kan bara förstås i förhållande till andra kärnvapen. Även med en neutronbomb släpps cirka 30 procent av energin ut som en tryckvåg och ytterligare 20 procent som termisk strålning (med konventionella kärnvapen är dessa värden cirka 50 procent och 35 procent). Ett neutronvapen skulle kunna tänkas med den explosiva kraften från Hiroshima eller Nagasaki-bomben, men med mycket högre strålningsdoser. De biologiska effekterna av stark neutronstrålning undersöks fortfarande knappt.

När det gäller taktiska neutronvapen med vanligtvis låg explosiv kraft kan man anta att de flesta civila (icke förstärkta) byggnader förstörs i området för dödlig strålning. Effektiviteten hos större neutronvapen är kontroversiell eftersom neutronstrålningen (särskilt i fuktiga klimat) försvagas kraftigt av vattenångan i luften.

En annan tillämpning av neutronvapnet var som en anti-ballistisk missil . Den Sprint missil var utrustad med en W66 neutronvapnet och var avsedd att förstöra närmar kärnstridsspetsar i atmosfären. Principen bakom det var att det neutronflöde som alstras på detta sätt snabbt skulle värma upp sprickmaterialet i målstridsspetsen och därigenom deformera det tills det var oanvändbart för att förhindra antändning.

För de taktiska och politiska aspekterna av neutronbomber, se även kärnvapen . För en stationeringsplats i Tyskland på 1980-talet, se den speciella ammunitionsdepot Gießen .

Koboltbom

En koboltbom är en form av den saltade bomben . Stora mängder av en stabil isotop (i detta fall 59 Co ) är inbyggda i skalet på en fissions- eller fusionsbom. De neutroner som frigörs vid explosionen konvertera den 59 Co in i den radioaktiva 60 Co. Detta har en halveringstid på 5,26 år, dess radioaktivitet minskar följaktligen under 50 år till cirka en tusendel av det ursprungliga värdet. 60 Co avger två gamma-kvanta med hög permeabilitet per kärnförfall . Till exempel bör ett område radioaktivt förorenas så starkt och under en längre period som möjligt för att utesluta mänsklig överlevnad utanför bunkrar . Det är inte känt om en sådan bomb någonsin byggdes.

Smutsiga bomber

Uttrycket " smutsig bomb " (engelska. Smutsig bomb ) eller "radiologisk bomb" avser vapen vars effekt bygger på att radioaktivt material distribueras av konventionella sprängämnen i attackmålet för att förorena miljön utan att ha haft en kärnreaktion. Dessa vapen har antingen inte tillräckligt klyvbart material för den kritiska massan , har inte en lämplig antändningsmekanism eller använder radioaktiva isotoper som är lättare att få och som i grunden är olämpliga för kärnreaktioner.

En ”smutsig” bomb fylld med plutonium skulle teoretiskt sett kunna göra ett målområde obeboeligt under lång tid på grund av föroreningen. Det kan vara av intresse för terrorister som verkligen kunde skaffa plutonium, men bara i en mängd under den kritiska massan, eller som av tekniska skäl inte skulle kunna bygga den komplexa antändningsmekanismen.

Det är emellertid ifrågasatt om plutoniumbaserade smutsiga bomber verkligen skulle vara effektiva i praktiken, eftersom aktiviteten hos 239 plutonium är låg på grund av dess långa halveringstid (cirka 24 000 år); kortlivade isotoper som 137 cesium eller 192 iridium uppvisar en signifikant högre aktivitet med samma mängd.

Uttrycket ”smutsig bomb” användes också tidigare för koboltbomber, bomber med en ”smutsig” andra eller tredje etapp och bomber sprängda nära marken.

litteratur

webb-länkar

Commons : Nuclear Weapons and Technology  - Samling av bilder, videor och ljudfiler
Wiktionary: kärnvapen  - förklaringar av betydelser, ordets ursprung, synonymer, översättningar
Wiktionary: Atomwaffe  - förklaringar av betydelser, ordets ursprung, synonymer, översättningar
Wiktionary: Kärnvapen  - förklaringar av betydelser, ordets ursprung, synonymer, översättningar

svälla

  1. Archive Kärnvapenarkiv , FAQ, element för klyvningsdesign, figur 4.1.7.1.1., Carey Sublette
  2. ^ A. Schaper: Arms Control at the Stadium of Research and Development? - Fallet av tröghetsfängelse. ( Memento från 19 maj 2005 i internetarkivet ). Science & Global Security, Vol. 2, s. 1-22, 1991.
  3. Kina - Kärnvapen. På: globalsecurity.org.
  4. Christopher Ruddy: Intervju med neutronbombuppfinnaren Sam Cohen. Bombuppfinnaren säger att USA: s försvar lider på grund av politik. I: www.manuelsweb.com. 15 juni 1997, nått den 27 september 2020 .
  5. Kalla kriget: Vad hände med neutronbomben? I: SPIEGEL ONLINE. Hämtad 17 januari 2016 .
  6. ^ Lista över alla amerikanska kärnvapen. (Lista över alla amerikanska kärnvapen), Kärnvapenarkiv.
Denna version lades till i listan över artiklar som är värda att läsa den 29 augusti 2005 .