Atomvåpen

Eit atomvåpen, eller eit kjernefysisk våpen, er eit våpen eller eit stridshovud med enorme øydeleggjande krefter som brukar energien frå ein kjernefysisk reaksjon som sprengkraft. Eitt enkelt atomvåpen kan øydeleggje ein heil by, noko som vart vist under den andre verdskrigen da USA bomba dei japanske byane Hiroshima og Nagasaki i august 1945. Dette er dei éinaste gongene atomvåpen har vorte nytta i krigshandlingar, men prøvesprengingar har vorte gjort fleire hundretals gonger av ulike land.

Atomsoppen over Nagasaki, Japan, i 1945.

Sprengkrafta blir målt i talet kg eller tonn TNT som A-bomba tilsvarer. Den første atombomba vart prøvesprengt i New Mexico, USA, 16. juli 1945.

Dei kjende atommaktene er USA, Russland, Storbritannia, Frankrike, Kina, India, Pakistan og Nord-Korea. I tillegg er det fleire land som ein veit, eller trur, har atomvåpen, sjølv om dei ikkje vedkjenner seg det.

• Ein går ut frå at Israel har atomvåpen, sjølv om dei offisielt nektar for det.
• Ukraina har kanskje gamle sovjetiske atomvåpen lagra.
• Iran legg til rette for å utvikle sine eigne atomvåpen.

Våpentypar

Fisjonsbomber

Det me vanlegvis kallar ei atombomba, er basert på fisjon av uran- eller plutoniumkjernar. Dette er tunge grunnstoff, det vil seia at dei har mange nukleon per kjerne. Og tunge grunnstoff har, relativt sett, større mengder nøytron enn grunnstoff med lågare atomtal. Difor vil ikkje dei nye stoffa som vert danna i fisjonen ha bruk for alle nøytrona frå uran- eller plutoniumatomet, så nokre nøytron vert frigjorte og kan danna nye fisjonar.

For å oppnå ein kjedereaksjon av fisjonar, må mengda av fissilt materiale vera overkritisk. Det vil seia at mengda må vera så stor at talet på partiklar (nøytron) frå kvar fisjon som kan starta nye fisjonar, i gjennomsnitt må vera større enn 1. Ei kritisk mengda vil difor eksplodera spontant så snart fisjonar vert sette i gang. Ei atombomba er samansett av to eller fleire underkritiske mengder, som til saman vert ei overkritisk mengda når våpenet vert detonert og mengdene vert føydde saman.

Biletet viser at to uranmassar treffer einannan, og eit nøytron startar ein kjedereaksjon

Fysikken bak ein fisjon

Når eit nøytron treffer ein atomkjerne, kan ein av tre ting skje: Atomkjernen kan støyta ifrå seg nøytronet slik at det flyg i ei anna retning, absorbera nøytronet slik at atomkjernen aukar nukleontalet sitt eller fisjonera når nøytronet treffer kjernen. Fisjonen skjer berre dersom den kinetiske energien til nøytronet er større enn bindingsenergien som held kjernen saman.

I ein fisjon av eitt einskild atom, vert det utløyst ein energi på 200 MeV (megaelektronvolt). Det meste av dette er den kinetiske energien til dei nye atoma som vert danna. Om lag ein åttandedel er stråling og ein tjuandedel er frigjorte nøytron. For kvar fisjon vert det frigjort i gjennomsnitt 2 nøytron.

Til samanlikning vil den kjemiske prosessen ved forbrenning av eit karbonatom utløysa nokre få eV. Ein fisjon utløyser altså over ti millionar gonger den energien som me oppnår ved ein vanleg kjemisk reaksjon.

Når mange fisjonar skjer (nesten) samstundes i ein kjedereaksjon, vil om lag 180MeV av energien frå kvar fisjon verta utnytta i kjerneeksplosjonen. Resten går bort i friksjon eller vert nytta i kjedereaksjonen.

Ei atombomba på berre nokre få tonn kan laga ein eksplosjon like stor som om me fyrer av mange tusen tonn TNT.

Funksjonen til ei fisjonsbomba

«Prosjektilmetoden»

Det er to måtar å detonera fisjonsbomba på, det vil seia å gjera drivstoffet til ein kritisk masse og starta kjedereaksjonen av fisjonar. Den eine måten er «prosjektilmetoden». Då har ein eit røyr med ein underkritisk masse av uran i kvar ende. I eine enden er det ei lita sprengladning, omtrent som i patrona til eit skytevåpen. Når denne ladningen går av, vert den eine uranmassen skoten mot den andre. Denne metoden kan ikkje brukast på plutonium.

Den andre måten er å implodera massen, det vil seia at ein samlar det fissile materialet, anten uran eller plutonium, og lagar ein eksplosjon rundt stoffet slik at det vert pressa saman.

For at den kritiske massen av uran eller plutonium skal byrja å fisjonera, må det tilsetjast nøytron. Det gjer ein med ein nøytrongenerator. Dette er ei lita mengda med polonium og ei lita mengda med beryllium som er separerte av folie og som ligg inni den kritiske mengda. Når bomba vert detonert, vert folien broten, og alfastråler frå poloniumet treffer berylliumet, som då vil sleppa ifrå seg nøytron som startar kjedereaksjonen.

Utanpå den kritiske mengda ligg det ein vegg av veldig tett materiale, vanlegvis U-238, som held den detonerte mengda saman, og i tillegg sender inn att nøytron som har retning vekk frå det fissile materialet. Slik vert prosessen forsterka og forlenga.

Fisjonsvåpen med uran

Den vanlegaste uranisotopen i naturen er U-238, det vil seia uran med 238 nukleon i kjernen. Men for å oppnå den typen kjedereaksjon som er naudsynt for ein stor eksplosjon, må ein ha meir av den nest mest vanlege isotopen, U-235, eller U-233, som ikkje finst i naturen. Grunnen er at desse isotopane har lågare bindingsenergi enn U-238. Uran der ein har større mengder U-235 eller U-233 enn i naturlege førekomstar av uran, vert kalla anrika uran.

Den kritiske massen for uran er 52 kg for U-235 og 16 kg for U-233.

Atombomba «Little Boy», som vart sleppt over Hiroshima, brukte U-235 som drivstoff og vart detonert med «prosjektilmetoden».

Fisjonsvåpen med plutonium

Den einaste plutoniumisotopen som kan brukast i kjernefysiske sprengingar, er Pu-239. Dette er ein isotop som ikkje finst i naturen, men vert framstilt ved stråling i reaktor. Han har ei halveringstid på 24 200 år.

Den kritiske massen til Pu-239 er 10 kg.

Atombomba «Fat Man», som vart sleppt over Nagasaki, brukte plutonium som drivstoff.

Fusjonsbomber

Fusjonsbomber baserer seg på ein fusjon (ei samansmelting) av lette atomkjerner, som f.eks. hydrogen og helium, med tyngre atomkjernar. Desse bombene blir òg kalla hydrogenbomber (H-bomber), på grunn av hydrogenet si rolle, og termonukleære bomber på grunn av den ekstremt høge temperaturen som må til for at fusjon skal hende.

Eit atomvåpen blir definert ut frå måten dei fungerer på, dvs. om dei er fisjons- eller fusjonsbaserte. Forskjellen på desse to våpentypane har likevel vorte mindre etter kvart, fordi kompleksiteten i dagens våpen krev at desse to teknologiane blir kombinert. Ei mindre fisjonsbombe blir ofte bruka til å generere høg nok temperatur og høgt nok trykk til at ein fusjon skjer. På den andre sida vil ei fisjonsbombe vera meir effektiv viss ei fusjonskjerne først bidreg til å auke energien i våpenet. På grunn av dette er det vanleg å omtala begge desse våpentypane som «atomvåpen».

«Skitne» bomber

«Skitne» bomber, dirty bombs, er ei nemning for eit radioaktivt våpen som ikkje er kjernefysisk laga på same måten som fisjons- og fusjonsbomber, men som fungerer på same måte som konvensjonelle - vanlege - bomber. Dei er likevel pakka inn med eit radioaktivt stoff, og dette stoffet vil fungere på same måten som radioaktivt nedfall etter ein eksplosjon.

Avanserte, termonukleære våpen

Dei største og mest avanserte atomvåpna i dag har eit ytre skal av uran. Farten - og intensiteten - til nøytrona som oppstår ved ein fusjon gjer til og med at utarma uran fisjonerer, noko som igjen aukar effekten mange gonger.

Kobolt-bomber

Kobolt-bomba brukar kobolt i skalet, og nøytrona danna ved ein fusjon omdannar dette stoffet til kobolt-60 - eit stoff som sender ut kraftig gammastråling med lang verknadstid (fem år). Effekten av det radioaktive nedfallet kan i stor grad bestemmast ut frå kva isotop-samansetning ein vel. Hovudformålet med slike bomber er nettopp å skapa radioaktivt nedfall, slik at eit større område blir umogleg å bu på i lang tid framover. Til no har denne typen bomber aldri vorte testa offentleg.

Nøytronbomber

Nøytronbomba, strålebomba, er eit forholdsvis lite termonukleært våpen, der nøytrona generert ved ein fusjon ikkje vert absorbert i sjølve våpenet, men blir sleppt fri. Dette fører til ei dødeleg stråling, mens sjølve trykkbølgja og varmeeffekten berre er ein brøkdel av det som er vanleg for andre typar atomvåpen.

Nøytronstrålinga blir fanga opp av hydrogen, men har ei god evne til å trengje gjennom andre stoff og materiell. For dei fleste dyr, som for det meste består av vatn, er denne strålinga svært skadeleg. Mange former for beskyttelse mot atomvåpen, som primært beskyttar mot gammastråling, vil ikkje gi vern mot ei nøytronbombe. For å isolere ei nøytronkjelde er det vanleg å bruke parafinvoks fordi det er eit billeg materiale som inneheld mykje hydrogen.

Sjå òg

• Atombombene over Hiroshima og Nagasaki

Kjelder

• Query Nuclear Explosions Database - Liste over alle atombombeeksplosjoner i historia
• The Nuclear Weapon Archive
• HowStuffWorks