Kernwapen

Uit Wikipedia, de vrije encyclopedie
(Doorverwezen vanaf Kernwapens)
Ga naar: navigatie, zoeken
Karakteristieke paddenstoelwolk na explosie van een atoombom
Video van het Rope trick effect, ofwel de bijzondere uitschietende vuurstralen net na de detonatie

Een kernwapen (ook wel kernbom, atoombom of atoomwapen) is een type wapen dat gebruikmaakt van de energie die is opgeslagen in de kernen van atomen om een ontploffing te veroorzaken. Conventionele explosieven ontploffen door chemische reacties, waarbij de atoomkernen onveranderd blijven.

Hoewel alle kernwapens gebaseerd zijn op het in korte tijd ontketenen van kernreacties, is er een aantal soorten te onderscheiden.

Er wordt een onderscheid gemaakt naar werkingsmechanisme tussen bommen die uitsluitend gebruikmaken van kernsplijting in een nucleaire kettingreactie (met uranium of plutonium, ook wel A-bom genoemd) en bommen die ook gebruikmaken van kernfusie (waterstofbom of H-bom genoemd).

Naar soort van voorziene inzet kan men onderscheid maken tussen een strategisch kernwapen en een tactisch kernwapen. Strategische kernwapens zijn ontworpen voor inzet op verafgelegen strategische doelen. Zij worden bij het doel gebracht met een intercontinentale raket (vanuit een strategische raket-onderzeeboot, uit een raketsilo of een mobiele installatie op het land) of een bommenwerper. Tactische kernwapens zijn bedoeld voor gebruik op het slagveld, en kunnen gebruikt worden in bijvoorbeeld een dieptebom, raket (waaronder kruisraket), artillerie, landmijn, of torpedo.

In januari 2009 bezaten acht staten in totaal ruim 23.300 kernwapens.[1]

Types[bewerken]

Kernsplijtingsbommen[bewerken]

De gebruikte splijtstof is uranium of plutonium. Deze wordt door verandering van configuratie (zoals bij het bij elkaar brengen van gedeelten) of verhoging van de dichtheid gemaakt tot een superkritische massa, dat is een situatie waarin gemiddeld per splijtingsreactie meer dan één nieuwe splijting wordt opgewekt. (Het woord "massa" is wat verwarrend omdat het niet alleen om het aantal kilogram gaat.) Daardoor ontstaat een explosieve kettingreactie. Hierbij wordt de dichtheid van het materiaal snel kleiner, waardoor de kettingreactie stopt. 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 kettingreactie duurt. Het zo hoog mogelijk maken van dit percentage en daarmee gerelateerd het zo lang mogelijk bij elkaar houden van de splijtstof in superkritische toestand 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.

Splijtstof[bewerken]

Een uraniumbom is de werkzame splijtstof uranium-235. 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. Benodigd is hoogverrijkt uranium, dat wil zeggen, uranium waarin de isotoop U-235 in veel grotere hoeveelheden voorkomt dan in natuurlijk uranium.

Een van de mogelijke reacties is

{}^{235}_{\ 92}\textrm{U}\ +\ {}^1_0\textrm{n} \to\ {}^{236}_{\ 92}\textrm{U} \to\ {}^{94}_{38}\textrm{Sr}\ +\ {}^{140}_{\ 54}\textrm{Xe}\ +\ 2\ {}^1_0\textrm{n}

Ook andere splijtingsproducten zijn mogelijk; gemiddeld komen ca. 2,5 neutronen per reactie vrij.

Model van de bom "Little Boy" die op Hiroshima is geworpen
Model van de bom "Fat Man" die op Nagasaki is geworpen

In een plutoniumbom gebruikt men sommige isotopen van het element plutonium, dat verkregen wordt door in een kernreactor een andere natuurlijke uraniumisotoop 238U aan neutronen bloot te stellen.

Superkritisch maken van de splijtstof[bewerken]

Het superkritisch maken van de splijtstof kan op verschillende manieren. Eén manier is het inschieten van een subkritische hoeveelheid splijtstof in een andere subkritische hoeveelheid. 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 het neutronenrendement toeneemt en de massa superkritisch wordt. Door het aanbrengen van een neutronenreflecterende 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 is een groot aantal zeer nauwkeurige elektrische ontstekers (detonators) met exact gelijke en bekende vertragingstijden nodig en springstoffen van nauwkeurig bepaalde vorm en explosieve eigenschappen. Zie ook de beschrijving bij Fat Man.

Kernfusiebommen[bewerken]

In de waterstofbom vindt ook kernfusie plaats, van waterstofisotopen zoals deuterium (2H) en tritium (3H) tot zwaardere elementen. Om een voldoende hoge druk en temperatuur te bereiken wordt een kernsplijtingbom als detonator gebruikt. De kernfusie bevordert op zijn beurt ook weer de kernsplijting, waarbij niet alleen een groter deel van de primaire splijtstof daadwerkelijk tot splijting komt, maar waarbij ook in aan de bom toegevoegd verarmd uranium kernsplijting tot stand komt.

De kernfusie in een waterstofbom is niet hetzelfde proces dat de zon doet stralen: daar wordt het gewone protium (1H) gefuseerd in de proton-protoncyclus. Dat proces is te traag voor een bom. De exacte configuratie van een waterstofbom is nog steeds geheim, hoewel op grond van in de loop der decennia uitgelekte gegevens inmiddels tamelijk goed bekend is hoe een dergelijke bom in elkaar zit (het Teller-Ulam-ontwerp).

Een speciaal soort waterstofbom is de neutronenbom.

Effecten[bewerken]

De explosie van een kernwapen heeft onmiddellijke gevolgen: de hittestraling (ongeveer 4000 °C) die gebouwen in brand zet, en bij mensen brandwonden veroorzaakt of hen soms zelfs volledig laat verdampen in enkele seconden; het ontstaan van een luchtdrukgolf, krachtiger en langduriger dan van een gewone bom; en de neutronen- en gammastraling, die op organismen, waaronder de mens, een dodelijk effect kunnen hebben, afhankelijk van de opgelopen dosis na een termijn van minuten tot weken. Een kernexplosie veroorzaakt een elektromagnetische puls, die op het menselijk lichaam geen uitwerking heeft, maar tot op grote afstand van de ontploffing alle elektrische apparatuur doet uitvallen. Op wat langere termijn (uren tot dagen) veroorzaakt een bovengrondse kernexplosie ook een fall-out die tot op grote afstand van de explosie de omgeving radioactief maakt. De straling (zowel direct als indirect) zorgt ook als de ontvangen dosis niet dodelijk was in de loop van jaren en tientallen jaren na de blootstelling voor een verhoogde kans op kanker of afwijkingen in het nageslacht.

De radioactiviteit op de plaats van de ontploffing neemt zeer snel af. Wanneer een kernwapen in de lucht is ontploft zal de omgeving al snel weer "schoon" zijn. Het kostte de Amerikanen enige dagen na de ontploffingen in Hiroshima moeite om nog verhoogde radioactiviteit op de grond te meten. De gevolgen van de fall-out, in het ernstigste geval binden radioactieve deeltjes van de bom zich aan stof uit de grond, zijn bijzonder gevaarlijk maar ook deze effecten nemen snel af.[2]

De schade veroorzaakt door een kernexplosie hangt in grote mate af van de sterkte van het wapen en de hoogte waarop het wapen ontploft. Een kernwapen wordt vaak aan een parachute afgeworpen om te garanderen dat de bom op de juiste hoogte ontploft. Ook reflectie van de schokgolf door heuvels heeft een groot effect op de schade aan bebouwing.

De kracht van kernwapens[bewerken]

1rightarrow blue.svg Zie TNT-equivalent voor het hoofdartikel over dit onderwerp.

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 die ooit werd getest, de Tsar Bomba, had een effectieve kracht van 50 megaton, dus 50 000 000 ton TNT (dus 50 000 000 000 kilo), door een loden schil, in plaats van de originele Uranium schil, welke de explosieve kracht dempte (en de fall-out verminderde). De geschatte potentiële kracht in de Tsar Bomba bedroeg 100 Megaton.

Geschiedenis[bewerken]

Ontwikkeling[bewerken]

Test van een atoombom in de VS, 1951

De eerste kernsplijtingsbommen werden gemaakt in de VS, waar in 1939 een project (het Manhattanproject) was gestart om een atoombom te ontwikkelen en om voldoende splijtbaar materiaal te produceren voor een bom. 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, nooit goed van de grond gekomen.

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 Robert Oppenheimer, Richard Feynman, John von Neumann, Murray Gell-Mann en Edward Teller. 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.

In het Verenigd Koninkrijk, Nazi-Duitsland, Rusland, Frankrijk en Japan werd na 1938 onderzoek gedaan naar kernenergie en kernwapens. Geen van deze landen heeft de research van de Verenigde Staten kunnen bijbenen. Nederland verzamelde al voor de oorlog uranium voor onderzoek, voornamelijk omdat alle landen uranium tot "strategisch materiaal" verklaarden en de in- en uitvoer streng gingen controleren. De Nederlandse uraniumvoorraad werd tijdens de oorlog voor de bezetter verborgen gehouden.

Eerste gebruik[bewerken]

Little Boy

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 naeffecten als gevolg van de ioniserende 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 waren er minder dan bij de eerste bom, doordat de bom wegens te veel 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 registreerden die jaren later vielen door bijvoorbeeld kanker als gevolg van straling, kostten de bommen aan totaal ruim 240.000 mensen het leven.

Tot heden zijn dit de enige kernwapens die ooit effectief gebruikt zijn. Wel zijn er nadien, vooral in de jaren 60 en 70, nog ruim 2000 tot ontploffing gebracht, maar slechts bij wijze van proef, zonder het doel slachtoffers en/of schade te veroorzaken (zie: kernproef).

In de jaren 50, 60 en 70 zijn er plannen geweest kernexplosies te gebruiken voor niet-militaire doeleinden, zoals het graven van kanalen, het opblazen van rotsen enz. Vanwege de grote hoeveelheid ioniserende straling die bij een kernexplosie vrijkomt wordt dit tegenwoordig niet meer waarschijnlijk geacht.

Verdere ontwikkeling[bewerken]

De later ontwikkelde waterstofbom heeft een nog veel grotere vernietigende kracht. Bovendien komt bij de ontploffing veel radioactiviteit vrij in de vorm van directe ioniserende 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.

Vuile bom (dirty bomb)[bewerken]

Een vuile bom (Engels: 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; strikt genomen wordt hier dan niet over een kernwapen gesproken maar over een radiologisch wapen. 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.

Literatuur[bewerken]

  • Rhodes, Richard - The Making of the Atomic Bomb
  • Coster-Mullen, John - Atom Bombs: The Top Secret Inside Story of Little Boy and Fat Man

Zie ook[bewerken]

Deze korte animatie van de US army uit 1944 werd nooit uitgebracht omdat het een geheim wapen vertoonde met te veel overeenkomsten met de atoombom
Bronnen, noten en/of referenties
  1. International Institut for Fredsondersögelser. Stockholm, Sverige. (Zweden)
  2. Hitlers bom