NedTil bund     HjemTil hovedside  
© www.akraft.dk ©
Kerneenergi og atombomber




Atomkraft og atombomber - en sammenhæng?

En ofte gentaget fejltagelse er sammenkædning mellem kerneenergi og atombomber.
Sandheden er, at atombomber er udviklet længe før at atomvåbenlandene havde igangsat de civile el-producerende kernekraftværker.
Forskellen mellem disse to ting er dog lige så stor som mellem dynamit og sukkermad. Begge indeholder samme stoffer, men der er stor forskel i virkning.
En selvforstærkende proces, som den foregår i atombomber, der »eksploderer«, kan kun ske såfremt 235U indholdet bringes op over 90%. Der skal desuden være en vis mængde stof tilstede, en »kritisk« størrelse. Den kritiske størrelse afhænger af stoffets renhed og berigning. Under 90% renhed kræver store mængder for at opnå en kritisk størrelse - med 3% berigning er det ikke muligt.


Historisk kan det vises, at atombomberne blev udviklet før der blev oprettet kernekraftværker: Atomvåbenmateriale fremstilles bedst og billigst på små plutoniumproducerende reaktorer - 235U af våbenkvalitet fremstilles i berigningsanlæg - ikke i atomreaktorer.
Berigning foregår i store anlæg med ultracentrifuger eller i diffussionsanlæg.

Der forekommer ikke sjældent meddelelser i medierne om, at en person har forsøgt at sælge våbenkvalitet uran-235 eller plutonium.
IAEA har siden 1993 registreret ca. 175 forsøg på salg af nukleart materiale.
I 18 tilfælde var der tale om våbenanvendelige materialer, plutonium eller tilstrækkelig højt beriget uran, men kun i meget få tilfælde var det tale om mængder, der kunne have relevans for fremstilling af kernevåben. Det højt berigede uran stammer ikke fra kraftreaktorer, men fra små forsknings- eller forsøgsreaktorer, der anvender højt beriget uran af våbenkvalitet til kædeprocessen.
Det nævnte materiale stammede stort set fra Østeuropa, hvor de specielle politiske omvæltninger har medført visse muligheder for kriminel anskaffelse af nukleart materiale.
Man skal ikke regne med, at IAEA har opdaget alle illegale handler, men noget tyder på, at problemet er langt mindre, end det ofte fremstilles i medierne.
Men selv om en terrororganisation skulle få fat i de nødvendige mængder af spalteligt materiale af våbenkvalitet, er det ikke nogen enkel sag at fremstille et kernevåben, hvilket fremgår af den følgende beskrivelse.

Enrico Fermi er den oprindelige idemand bag den konventionelle atombombe, Edward Teller er ophavsmanden til brintbomben, sammen med Stanislaw Ulam arbejdede han i Los Alamos med design af B-bomben. I Sovjetunionen arbejdede Andrei Sakharov uafhængigt af Teller-Ulam med samme design.
Der er flere typer kernevåben.



Kanontypen - en uran235 bombe.

bomber
Med højt beriget 235U (o. 90%) fremstilles kernevåben af kanontypen. Sprængningen frembringes ved at føre 2 stykker uranmetal sammen med stor hastighed. De er hver for sig under den »"kritiske« størrelse, efter sammenføjningen er de over denne størrelse.
For en 235U-bombe er den ca. 15-20 kg. En uranbeholdning med under 30% 235U indhold kan der ikke ske nogen eksplosiv kædeproces som i en atombombe, uanset hvor stor mængde, der er. Der er for langt mellem de spaltelige kerner til at der kan ske en kædeproces som i en atombombe.
Neutroninitiatoren
Når stykkerne er skudt sammen skal der være neutroner tilstede for at starte kædeprocessen. Antændelsen sker ved en anordning, der ved kontakten udsender neutroner. Denne anordning er utrolig svær at fremstille - der anvendes en Polonium isotop 210Po og en plade beryllium, der udsender neutroner ved bestråling fra det stærkt radioaktive polonium.

Et kernekraftværk kan derfor ikke eksplodere som en atombombe - de fysiske forhold er ganske simpelt ikke tilstede - der er alt for lille indhold af fissile atomkerner.

little-boy Den bombe, der blev kaster over Hiroshima d. 6. aug. 1945 under 2. Verdenskrig, var en uran-235 bombe af kanontypen - Little Boy. Sprængkraften svarede til 13.000 tons TNT (trinitrotoulol, trotyl (13 kilotons = 55 TeraJoule).
Selve bomben var 3 m lang og vejede 4000 kg.
Bomben blev kastet fra flyet Enola Gay, ført af piliten Paul Tibbets. Bomben blev kastet fra en højde på 9450 m kl. 8.15 japansk tid, detonerede i 550 m højde og jævnede alt med jorden indenfor en radius på 1,5 km. Ca. 80.000 mennesker omkom direkte.


Til top



Implosionstypen - en plutonium239-bombe.


En bombe af plutonium fremstilles på en anden måde, idet dette stof ikke kan samles hurtigt nok med en sprængladning som i kanontypen.
Årsagen er, at et lille indhold af 240Pu spalter spontant og vil starte kædereaktionen for tidligt hvorved den rives fra hinanden - man får med stor sandsynlighed en »fuser« med en lille effekt.
Af denne og andre årsager fremstilles plutoniumbomber som »implosionsbomber«.
En passende stor klump metal komprimeres meget stærkt med retningsbestemte sprængladninger af brisant kemisk stof, der placeres omkring den kugleformede klump plutonium.
Omkring det fissile materiale anbringes en reflektor eller fordæmmer, der sørger for at der ikke lækker for mange neutroner ud af bomben.
Ved detonationen dannes en kugleformet trykbølge der presser atomerne så tæt sammen, at den kritiske størrelse overskrides. Først på dette tidspunkt aktiveres en neutroninitiator, der sørger for at levere neutroner til at starte en hurtigt divergerende kædeproces med en udadrettet trykbølge.
Der skal anvendes sprængstof med betydelig højere eksplosionshastighed, end den man anvender til a-bomber af kanontypen. Det nedsætter risikoen for, at spontane spaltninger starter kædereaktionen fort tidligt, så man får en »fuser«.
Af afgørende betydning er, at detonationerne startens prævist samtidigt over hele kuglefladen, så plutoniumkuglen komprimeres til en kugleform.
Hvis kædereaktionen starter for tidligt i en plutoniumbombe, vil bomben rives i stykker og stoppe kædeprocessen så tidligt, at sprængstyrken ikke bliver meget større end det, der svarer til selve sprængstoffet - man får en fuser.
Hvis der anvendes plutonium, der ikke er tilstrækkeligt rent, vil risikoen for at kædeprocessen starter for tidligt være stor, da selv små urenheder Pu-240 vil frigøre neutroner ved spontan fission.
Rent Pu-239 skal startes med en neutronkilde, hvis sammensætning er velkendt, men designet er en militær hemmelighed.
Ved plutoniumbomber af implosionstypen vil en neutronkilde med beryllium + polonium-210 ikke fungere tilstrækkeligt præcist.
En mere præcis neutronkilde kan fås ved at anvendes en lille ionaccelerator, i forbindelse med et metalhydrid med tritium og deuterium (normalt benyttes Scandium). Med højspænding skabes et plasma af deuterium og tritium, der danner 14 MeV neutroner, der antænder den komprimerede plutoniummetal. Den kritiske størrelse afhænger af renheden af 239Pu.

Den første atombombe, der blev bragt til sprængning var en plutoniumbombe.
Tidspunktet var d. 16. juli 1945 i Alamogordo i New Mexico (TRINITY). Materialet stammede fra Enrico Fermis berømte grafitreaktor under et Chigago Universitets baseball-stadion. Reaktoren blev etableret i 1942. Denne første reaktor kaldtes en »pile«, fordi man stablede grafitblokkene ovenpå hinanden - i alt 40 tons. Reaktoren - CP-1 (Chigago Pile-1) - havde en effekt på 500 Watt varme.

Fat-man
Bomben, der blev nedkastet over Nagasaki d. 9. aug. 1945 var en plutoniumbombe. Den havde en sprængkraft på ca. 22 kiloton (kT) (1 kilotons = 1000 kg trotyl-ækvivalent) svarer til en energi på ca. 84 TeraJoule (1 TJ=1* 1012joule).
Bomben kastet fra B-29 bombemaskinen Bockstar ført af major Charles Sweeny.
Selv om bomben var større end Hiroshimabomben, var den mindre ødelæggende. Omkring 45.000 mennesker blev dræbt ved detonationen. Bomben var 3.25 m lang, 1.5 m i diameter og vejede 4545 kg og detonerede i højden 550 m.


D. 15. august meddelte kejser Hirohito til det japanske folk, at krigen var forbi.

Plutoniumbomber fremstilles af meget rent plutonium, fremstilles i specielle reaktorer, kaldet produktionsreaktorer.
Der skal omkring 10 kg Pu-metal eller ca. 30 kg PuO2 af den rene våbenplutonium for at fremstille en bombe.
Med plutonium fra reaktorer skal der meget større mængder til - afhængig at, hvor længe brændslet har opholdt sig i reaktoren. Den sidste mulighed er dog teoretisk, da der ikke anvendes plutonium fra kraftreaktorer til denne opgave - man er tværtimod i gang med at anvende våbenplutonium som brændstof ved el-produktionen.
Det er reaktorer, hvor spaltningsprocesserne holde på et lavt niveau - kun ca. 1/30 af kraftreaktorers. Efter kort bestrålingstid kan næsten rent 239Pu udvindes.
I kernekraftværker dannes også plutonium, men dette er dårligt egnet til våbenfabrikation p.g.a. det store indhold af isotopen 240Pu, der spalter spontant og dermed udsender neutroner, der vil forsøge at starte en kædereaktion.

For at opgradere plutonium fra kraftreaktorer skal der foretages en isotopseparation, hvor man adskiller og fjerner isotopen 240Pu fra blandingen. Det kan foretages ret let med den nyeste teknik, hvor fordampet plutonium belyses med laserlys med en meget nøje indstillet bølgelængde, som ioniserer en af isotoperne, der derefter kan fjernes i et elektrostatisk felt.
Den meget lette og billige metode til separation gør det imidlertid meget nødvendigt med at holde kontrol med al brugt brændsel fra kraftreaktorer.

På grund af de forskellige halveringstider på de forskellige plutoniumisotoper, vil der efter 24.400 års forløb kun være 1/3 af det oprindelige plutonium tilbage.

Til top



»Køkkenvask- atombomber«.

I medierne vises med jævne mellemrum tegninger af en hjemmelavet atombombe, der kan laves omkring køkkenvasken. Fælles for dem er, at de som regel ikke vil virke. Det gælder f.eks. den viste tegning fra Jyllandsposten.
Der er flere fejl:


Til top



H-bomber (hydrogen-bomber). Brintbomber.

Edward Teller kaldet brintbombens fader.
Den kritiske størrelse sætter grænsen for en a-bombes sprængkraft.
Større våben kan fremstilles som »fusionsbomber« eller brintbomber.
Ved at lade brintisotoper smelte sammen til helium kan man få store energimængder udløst.
Vanskeligheden ved denne fusion er at frembringe tilstrækkelige høje temperaturer til at fusionsprocessen kan foregå.

Der er flere fusionsprocesser.

brintbombe
De høje krav til antændelsestemperatur løser man ved at antænde brintisotoperne med en a-bombe.
På figuren er vist en brintbombe med en sprængkraft ca. l000 gange større end Hiroshima-bomben.
En af de første brintbomber (Castle Bravo) blev udløst på Bikini-atollen d. 1.4. 1954. Hele atollen fordampede og efterlod et dybt krater.
Ildkuglen er typisk ca. 5000 grader og omkring 4000 m i diameter. Efter trykbølgen opstår der en fase med vakuum, der suger det omgivende stof op i atmosfæren.

En plutoniumbombe antænder de to brintisotoper, tritium fremstilles lige forinden ved neutronbombardement af Litium.
Den første brintbombe anvendte brint, der blev frosset ned til -259 ºC med en stor kølemaskine en "våd". Senere gik man over til en anden teknik - "tørre" brintbomber.
Omkring bomben er lagt en skal af 238U, der dels tjener som reflektor for neutronerne fra fusionsprocessen, dels holder denne skal sammen på materialet.

Til top



FFF - bomber - fission-fusion-fission.

De energirige fusionsneutroner kan desuden spalte 238U, således man får en fission-fusion-fissionsbombe (FFF-bombe).
Figuren ovenfor viser princippet i en FFF- bomber. De uhyre energirige neutroner fra fusionsprocessen er i stand til at spalte 239U, som normalt ikke er fissil.

De største bomber i arsenalerne er omkring 10 - 50 Megaton. Teoretisk kan der fremstilles større bomber, men det har ingen større interesse.

Til top



»Snavsede atombomber«.

Ved at anvende f.eks. koboltholdigt metal som hylster vil der ved sprængningen dannes Co-60, der er en meget stærk gammakilde med en så lang halveringstid, at store områder vil blive stærkt forurenet med radioaktivitet, at der bliver ubeboeligt i meget lang tid.
Der findes så vidt vides, ingen bomber i arsenalerne med denne egenskab.

Til top



Neutronbomber

er en mini-brintbombe. Ved at gøre tændsatsen meget lille kan man få en meget stor del af den udløste energi som neutronstråling.
Neutronstråling er langt mere gennemtrængende end gammastråling.
Ved at fremstille en mini-atombombe kan man få en meget stor procentdel af energien udløst som neutronstråling, der let gennemtrænger den tykkeste tank-beklædning.
Derimod vil trykbølgen være så lille, at den skåner bygninger i en ret lille afstand fra sprængningsområdet. Bygninger vil i modsætning til panserstål indfange en del neutroner.
En mini-a-bombe kan fremstilles af enkelte transuraner. Den kritiske masse for f.eks. americum er under 1 kg. Neutronbomber har mindre sprængkraft end konventionelle a-bomber. Størrelsesordenen er på 1 kiloton (kt).

Til top



Atomvåbenforsøg

Gennem årene har de forskellige atommagter foranstaltet en stor mængde atomsprængninger. Disse forsøg har medført, at vi alle modtager en lille dosis radioaktivitet fra nedfaldet af disse forsøg - hovedsagelig er der tale om plutoniumdioxid.
Atomvåbenforsøg har altid givet anledning til en masse kritik - ikke mindst ved de amerikanske og franske forsøgssprængninger - men også kinesiske og russiske møder protester, når de har fundet sted.
Stormagterne gennemførte i perioden 1945-80 520 kernevåbensprængninger i atmosfæren.
En del af de radioaktive stoffer, der dannes ved en kernevåbeneksplosion, stiger op i troposfæren og stratosfæren, hvor de spredes globalt. De kan vende tilbage til Jorden, bl.a. ved udvaskning med regn.
I perioden 1960-75 er der fundet, at gns. dosis til hver dansker fra bomber udgør ca. 0.1 millisievert (mSv) pr. år. I 1998 var denne dosis faldet til ca. 0.002 mSv pr. år, og den er stadig aftagende.

Lidt historie:

Man har længe ønsket at undgå forsøgssprængninger ved at lade computere simulere sprængningseffekterne.
IBM har i samarbejde med det amerikanske energiministerium opbygget supercomputere, der kunne håndtere de store datamængder på en rimelig tid. Den første maskine kaldtes Blue Pacific.
Den seneste række franske atomvåbenforsøg skabte en del røre. Mange boykottede efterfølgende franske varer - en ret kortvarig effekt.
Forsøgene var imidlertid nødvendige for at efterprøve computermodellerne, derfor var ikke mindst amerikanerne interesseret i at de blev gennemført.
Efter denne forsøgsrække er det meningen, at man fremover vil lade computere overtage forsøgssprængningerne.
Det optimale ville dog være, om man skrottede atomvåbnene og anvendte det fissile materiale til energifremstilling i den civile el-energiproduktion.
Til top
© www.akraft.dk ©


Link, kildehenvisninger


Op Til top   HjemTil hovedside


Oprettet 2. 11. 2002 -    -opdateret 12.02.2011