Atoombom
Een atoombom (ook wel kernbom, kernwapen of atoomwapen) is een type wapen dat gebruik maakt van de energie die is opgeslagen in de kernen van atomen om een ontploffing te veroorzaken.
Hoewel alle atoombommen gebaseerd zijn op het in korte tijd ontketenen van nucleaire reacties, is er een aantal soorten te onderscheiden.
Het belangrijkste verschil is dat tussen bommen die gebruikmaken van kernsplijting in een kettingreactie (A-bom) en bommen die gebruikmaken van kernfusie (H-bom). Voor beide typen kunnen verschillende isotopen worden gebruikt.
Inhoud |
[bewerk] Types
[bewerk] Kernsplijtingsbommen
Een uraniumbom is gebaseerd op het bijeenvoegen en lang genoeg bij elkaar houden van een voldoende massa verrijkt uranium, d.w.z. uranium waar kunstmatig de isotoop 235U in veel grotere mate voorkomt dan in de natuur het geval is. Na reactie van een atoomkern van deze isotoop met een vrij neutron ontstaat 236U, dat direct uiteenvalt, waarbij naast een grote hoeveelheid energie ook enige neutronen vrijkomen, die weer kunnen reageren met andere 235U-kernen. Mits er voldoende 235U aanwezig is (meer dan de kritische massa, dat is een massa waarin gemiddeld per splijtingsreactie precies één nieuwe splijting ontstaat), en er daardoor per splijting gemiddeld meer dan één nieuwe splijting wordt opgewekt (een superkritische hoeveelheid), ontstaat er dan door de uit de hand lopende kettingreactie een ontploffing. Bij deze ontploffing wordt de dichtheid van het materiaal snel kleiner, waardoor de benodigde dichtheid om de kettingreactie in stand te houden ook (zeer) snel weer verloren gaat.
Een van de mogelijke reacties is
Ook andere splijtingsproducten zijn mogelijk; gemiddeld komen ca. 2,5 neutronen per reactie vrij.
Als geen speciale maatregelen worden genomen, wordt slechts een klein percentage van de aanwezige splijtbare kernen ook daadwerkelijk gespleten gedurende de ca. 1000 nanoseconden dat de kritische massa bij elkaar is. Het zo hoog mogelijk maken van dit percentage en daarmee gerelateerd het zo lang mogelijk bij elkaar houden van de kritische massa is een van de belangrijkste technische problemen bij het ontwerp van een atoombom. De eerste atoombommen hadden een rendement van slechts 2%. Door inzet van beryllium als neutronenreflector en door het inspuiten van een klein beetje deuterium of tritium in het te splijten materiaal (bij de zo geïnduceerde kernfusie komen ook geschikte neutronen vrij) wordt in modernere atoombommen een veel hoger rendement (in de orde van 20%) gehaald, waardoor bovendien de benodigde hoeveelheid splijtbare isotoop kleiner wordt.
Een plutoniumbom werkt volgens hetzelfde principe als een uraniumbom, maar men gebruikt daarvoor sommige isotopen van het element plutonium, dat verkregen wordt door in een kernreactor een andere natuurlijke uraniumisotoop 238U aan neutronen bloot te stellen.
Het bereiken van de kritische massa kan op verschillende manieren. Eén manier is het inschieten van een kogel bestaande uit een subkritische hoeveelheid splijtstof in een andere subkritische massa waardoor de kritische massa wordt bereikt. Deze methode is alleen mogelijk met uranium. Bij plutonium zou de kettingreactie namelijk te vroeg op gang komen en daardoor uiteindelijk veel minder krachtig zijn (predetonatie), namelijk zodra de kogel voldoende dicht bij het doel is om samen een kritische massa te vormen. Dit komt doordat in plutonium meer spontane kernsplijtingen voorkomen, die het proces starten.
Een andere methode is de implosie: een subkritische massa wordt door een conventionele explosie van explosief materiaal dat om die massa heen is geplaatst sterk samengedrukt waardoor de neutronen-efficiency toeneemt en de massa superkritisch wordt. Door het aanbrengen van een neutronen-reflecterende laag van ijzer of kobalt om de bom heen wordt zowel de kritische massa langer bij elkaar gehouden als de benodigde splijtmassa kleiner gemaakt. De efficiëntie en het succes van de reactie hangen in dit type bom in hoge mate af van de gelijkmatigheid waarmee de conventionele comprimerende ontploffing plaatsvindt. Hiervoor zijn een groot aantal zeer nauwkeurige elektrische ontstekers (detonators) met exact gelijke en bekende vertragingstijden nodig en springstoffen van nauwkeurig bepaalde vorm en explosieve eigenschappen.
[bewerk] Kernfusiebommen
De waterstofbom werkt volgens een ander principe. Hier is niet kernsplijting maar kernversmelting van waterstofisotopen zoals deuterium en tritium tot zwaardere elementen de drijvende kracht. Dit is niet hetzelfde proces dat de zon doet stralen: daar is waterstof het uitgangspunt; ook is dat proces te traag voor een bom. Overigens is de enige bekende manier om een voldoende hoge druk en temperatuur te bereiken om in een bom tot kernfusie te komen het ontsteken van een kernsplijtingsbom als detonator.
Een speciaal soort waterstofbom is de neutronenbom.
[bewerk] Effecten
De explosie van een kernwapen heeft gevolgen op korte tijd: het ontstaan van een luchtdrukgolf, krachtiger en langduriger dan van een gewone bom; de hittestraling die gebouwen in brand zet, en bij mensen brandwonden veroorzaakt; en de neutronen- en gammastraling, die op organismen waaronder de mens een dodelijke werking heeft. Op lange termijn veroorzaakt een atoombom een fall-out die tot op grote afstand van de explosie de omgeving radioactief maakt. De straling (zowel direct als indirect) zorgt voor een verhoogde kans op kanker of afwijkingen in het nageslacht.
De schade veroorzaakt door een kernexplosie hangt in grote mate af van de sterkte van het wapen.
[bewerk] De kracht van een kernwapen
De kracht van een kernbom wordt uitgedrukt als de massa springstof (TNT) die nodig zou zijn om een even grote energie te laten vrijkomen. De bom die boven Hiroshima werd afgeworpen, had een kracht die te vergelijken is met een hoeveelheid van 15000 ton (vijftien miljoen kilo) TNT, oftewel 15 kiloton.
Later werden kernwapens met een veel grotere explosieve kracht ontwikkeld. Hiervoor wordt de megaton gebruikt om de kracht aan te duiden. De zwaarste bom ooit getest, de Tsar Bomba, had een kracht van 50 megaton, dus 50 000 000 ton TNT (dus 50 000 000 000 kilo).
[bewerk] Geschiedenis
[bewerk] Ontwikkeling
De eerste kernsplijtingsbommen werden gemaakt in de VS, waar in 1939 een project (het Manhattanproject) was gestart om ze te ontwerpen en om voldoende splijtbaar materiaal te produceren. Het Los Alamos-laboratorium, of Project Y, werd begin 1943 voor slechts één doel opgezet: een atoombom ontwerpen en bouwen. Amerikaanse wetenschappers haastten zich om de kracht van het atoom te ontsluiten. Er werd gevreesd dat ook nazi-Duitsland aan een kernbom werkte. Dit was inderdaad zo maar hun project is, hoewel er aanzetten toe waren gedaan, echter nooit goed van de grond gekomen. Bovendien bleek na de oorlog, toen de geallieerden de Duitse geleerden die er aan werkten ondervroegen, dat de nazi's op een verkeerd spoor zaten en dat ze nog jaren verwijderd waren van een werkend prototype.
De eerste testontploffing (met de Trinity) vond op 16 juli 1945 om 5:29:45 plaats in de woestijn van New Mexico. De explosieve kracht bedroeg 20 tot 22 kiloton. In het team dat de bom ontwierp werkten de allerbeste wetenschappers, onder wie veel die ook bij een groter publiek bekend raakten, zoals Enrico Fermi, Robert Oppenheimer, Richard Feynman, John von Neumann, Murray Gell-Mann en Edward Teller. Een twintigtal medewerkers aan het Manhattanproject heeft ooit (voor de oorlog of erna) een Nobelprijs gewonnen. Behalve deze kern van geniale wis- en natuurkundigen was het Manhattanproject ook een enorme industriële onderneming; de benodigde opwerkingsfabrieken en de investeringen daarvoor waren kolossaal.
[bewerk] Eerste gebruik
Het eerste kernwapen dat in oorlogstijd werd ingezet was de uraniumbom Little Boy, die tijdens de Tweede Wereldoorlog door de Verenigde Staten op 6 augustus 1945 boven de Japanse stad Hiroshima tot ontploffing werd gebracht. Het vliegtuig waarmee de bom naar Hiroshima werd gevlogen heette Enola Gay. De bom had een explosieve kracht die equivalent was aan ongeveer 15 kiloton TNT en maakte 78.000 directe slachtoffers. Door de na-effecten als gevolg van de radioactieve straling liep het dodental uiteindelijk op tot ongeveer 140.000 eind 1945. Op 9 augustus 1945 werd Nagasaki aangevallen met een plutoniumbom: Fat Man. De explosieve kracht van deze tweede bom was groter (21 kiloton). Er vielen 27.000 directe doden. Dat was minder dan bij de eerste bom, doordat de bom wegens teveel bewolking niet boven het oorspronkelijk geplande punt was afgeworpen. Het dodental in deze stad liep uiteindelijk op tot zeker 70.000 eind 1945.
Bij beide explosies kwam ook een grote hoeveelheid radioactiviteit vrij, die nog tot lang na de Tweede Wereldoorlog stralingsziekten veroorzaakte, waardoor vele doden zijn gevallen. Volgens opgave van de Japanse autoriteiten, die ook de slachtoffers registeerden die jaren later vielen door bijvoorbeeld kanker als gevolg van straling, kostten de bommen aan totaal ruim 240.000 mensen het leven.
[bewerk] Verdere ontwikkeling
De later ontwikkelde waterstofbom heeft een nog veel grotere vernietigende kracht. Bovendien komt bij de ontploffing veel radioactiviteit vrij in de vorm van directe radioactieve straling, maar ook in de vorm van langlevende isotopen die zeer schadelijk voor de gezondheid zijn. Dit zijn de redenen dat de beide supermogendheden, de Verenigde Staten en de Sovjet-Unie, bij de wapenwedloop tijdens de koude oorlog wel veel atoombommen produceerden, maar afzagen van het voeren van een directe oorlog. Dit noemt men de afschrikkende werking van kernwapens (in het Engels: mutually assured destruction).
Volgens voorstanders van kernwapens is door deze dreiging het gevaar van een grote oorlog sterk verminderd. Anderen vrezen echter dat er ooit een kernoorlog uitbreekt, met de vernietiging van de mensheid tot gevolg.
[bewerk] Vuile bom (dirty bomb)
Een dirty bomb is een wapen dat voor zijn explosie niet van kernsplitsing of -fusie gebruik maakt, maar met behulp van een conventioneel explosief een hoeveelheid radioactief materiaal verspreidt. Omdat een dirty bomb veel eenvoudiger te construeren is dan een echt kernwapen wordt vooral van dit wapen gevreesd dat het door terroristen gebruikt zou kunnen worden.
[bewerk] Zie ook
[bewerk] Externe links
- http://www.ww2guide.com/atombomb.shtml (Engels)
- http://www.childrenofthemanhattanproject.org/HF/scientific_directory.htm (medewerkers)
- IPS Inter Press Service Critical news on nuclear weapons
