Wasserstoffbombe

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Wasserstoffbombe

Kernwaffen, auch als Atomwaffen oder Nuklearwaffen bezeichnet, sind Bomben oder Artilleriegeschosse, die die Energie f√ľr eine Explosion aus Kernreaktionen (Kernspaltungen oder -verschmelzungen) beziehen (siehe auch Kernwaffenexplosion). Die technische Entwicklung der Kernwaffen seit 1940 hat eine gro√üe Vielfalt unterschiedlicher Varianten hervorgebracht.

Geschichte, Klassifizierung und weitere nicht-technische Aspekte werden im Artikel Kernwaffe behandelt.

Inhaltsverzeichnis

Wirkungsweise

W√§hrend sich konventionelle Explosivstoffe durch chemische Umwandlung des festen oder fl√ľssigen Explosivstoffes in hei√üe Gase schlagartig ausdehnen, setzen Kernwaffen in Bruchteilen einer Sekunde ungeheure Energiemengen frei, die die Bombe und die n√§here Umgebung auf Temperaturen im Millionen-Kelvin-Bereich aufheizen. Damit wird jeder Feststoff zu einem besonders hei√üen Gas verdampft. Daraus resultiert eine um Gr√∂√üenordnungen st√§rkere Volumenexpansion. Die so erzeugte Druckwelle hat gen√ľgend Gewalt, um √ľber Kilometerdistanzen hinweg alle Lebewesen zu t√∂ten.

Kernwaffen beziehen ihre enorme Energie aus den Unterschieden der Bindungsenergien von Atomkernen, die zu Energiefreisetzungen in den Reaktionen Kernspaltung und Kernfusion f√ľhren. Die Energiefreisetzungen sind millionenfach gr√∂√üer als die chemischen Bindungsenergien in Molek√ľlen. Die in Form sehr schneller Erhitzung freiwerdende Energie treibt allerdings auch den nuklearen Sprengstoff auseinander. Deshalb muss die zugrundeliegende Kettenreaktion sehr schnell m√∂glichst das gesamte Spaltmaterial erfassen, denn sonst w√ľrde dieses nur einen kleinen Teil der Energie freisetzen und die Bombe mit weit weniger als der angestrebten Zerst√∂rungswirkung explodieren. Deshalb werden f√ľr Kernspaltungswaffen ‚Äď anders als f√ľr Kernreaktoren zur zivilen Energiegewinnung ‚Äď m√∂glichst reine leicht spaltbare Nuklide wie hoch angereichertes Uran oder fast reines Plutonium-239 verwendet und bei der Konstruktion der rasche Eintritt der prompten √úberkritikalit√§t angestrebt.

Spaltungsbombe oder Fissionsbombe (Atombombe)

Eine klassische Kernspaltungsbombe (Atombombe) wird so konstruiert, dass zum beabsichtigten Zeitpunkt mehrere Teile des spaltbaren Materials, die jedes f√ľr sich allein die kritische Masse unterschreiten, zusammengebracht werden und so die kritische Masse √ľberschreiten. Gleichzeitig mit dem Erreichen der kritischen Masse beginnt eine Neutronenquelle Neutronen zu emittieren, welche dann die Spaltungs-Kettenreaktion ausl√∂sen. Die Anzahl der durch Kernspaltungen (Kernfission) neu erzeugten Neutronen ist dann in jeder Spaltungsgeneration gr√∂√üer als die Anzahl der aus dem Material entkommenen und im Material ohne Spaltung absorbierten Neutronen, so dass die Reaktionsrate anw√§chst. Als Neutronenquelle wird oft Polonium-Beryllium verwendet, das sich zum richtigen Zeitpunkt vermischen muss. Bei Polonium-Beryllium-Quellen reagieren Alphateilchen, die von Polonium emittiert werden, mit Beryllium (siehe Neutron). Die kritische Masse kann heruntergesetzt werden, wenn Neutronenreflektoren verwendet werden.

Ein chemischer Sprengstoff, der zum schnellen Zusammenf√ľhren der unterkritischen Teilst√ľcke benutzt wird, hei√üt Octol. Er besteht aus HMX und TNT, die in einem Verh√§ltnis von¬†7 zu¬†3 gemischt werden.

Gun-Design

Schematische Darstellung einer Kernspaltungsbombe nach dem Gun-Design:
¬†¬†¬†1. Konventioneller Sprengstoff (Kordit) zum Beschleunigen des ‚ÄěGeschosses‚Äú
   2. Lauf
   3. Hohles Urangeschoss
¬†¬†¬†4. Zylindrisches ‚ÄěZiel‚Äú

Ein unterkritischer hohler Uranzylinder kann auf einen unterkritischen Urandorn geschossen werden, der im Inneren genau dieses Zylinders fehlt (Gun-Design; Kanonenprinzip). Der vervollst√§ndigte Zylinder √ľberschreitet die notwendige kritische Masse und bringt die nukleare Kettenreaktion in Gang. Die Gesamt-Uranmenge ist in dieser Anordnung konstruktionsbedingt auf wenige Vielfache einer kritischen Masse beschr√§nkt. Wegen der eher l√§nglichen Bauart eignet sich das Gun-Design f√ľr l√§ngliche Nuklearwaffen wie ‚ÄěBunker Buster‚Äú (siehe unten) und Atomgranaten, die aus Rohrwaffen verschossen werden. Als chemischer Explosivstoff werden zum Beispiel Treibmittel f√ľr Artilleriegeschosse verwendet, etwa Kordit.

Die Uran-Bombe Little-Boy, die √ľber Hiroshima abgeworfen wurde, war √§hnlich konstruiert. Die Bauweise galt als so sicher, dass auf eine vorausgehende Testz√ľndung verzichtet wurde. Die Bombe enthielt 64¬†Kilogramm Uran, das auf 80¬†Prozent 235U-Anteil angereichert war. Die kritische Masse des Nuklearsprengkopfes wurde 25¬†Zentimeter oder 1,35¬†Millisekunden vor dem vollst√§ndigen Eindringen des Urandorns in den Uranzylinder erreicht, bei einer Endgeschwindigkeit von 300¬†m/s.

Bei anderen Konstruktionen hat der eigentliche Fissionssatz eine angenäherte Kugelform. Das Spaltstoffgeschoss wird auf ein starres Spaltstoffziel geschossen, oder zwei Geschosse werden gegeneinander geschossen. Ein zusätzlicher, starrer und mittig gesetzter dritter Spaltstoffteil oder eine implodierende Reaktionshilfe sind vermutlich fiktiv.

Das Gun-Design eignet sich nicht f√ľr Plutonium, das zum Beispiel im Reaktor eines Kernkraftwerks erbr√ľtet wurde. Dessen Gehalt an 240Pu (schlechter spaltbar und zugleich relativ stark spontan spaltend) w√ľrde beim Gun-Design zu einer Fr√ľhz√ľndung und somit zu einem Verpuffen f√ľhren. Sogenanntes Waffenplutonium, eigens in entsprechend betriebenen Reaktoren hergestellt, enth√§lt dagegen nur sehr wenig 240Pu.

Implosionsbombe

Prinzipielles Design

Schematische Darstellung der Implosions-Methode

Eine andere Bauweise zeigt die Implosionsbombe Fat Man. Die √ľber Nagasaki abgeworfene Bombe war nach diesem Prinzip gebaut. Dabei befindet sich in der Mitte das spaltbare Material (etwa Plutonium, 235U oder eine Legierung beider Metalle) als nicht-kritische Masse, entweder als Voll- (unterkritische Masse) oder als Hohlkugel (unterkritisch bez√ľglich der Geometrie, da keine Vollkugel). Um das spaltbare Material herum befinden sich mehrere Schichten hochexplosiven Sprengstoffs, wie zum Beispiel TNT. Bei der Z√ľndung richtet sich die Explosionsenergie ins Zentrum der Kugel und komprimiert das spaltbare Material so stark, dass die Masse kritisch wird. Die Implosionsbombe gilt als wirkungsvoller, weil sie schneller z√ľndet als eine Bombe im Gun-Design und eine sehr gro√üe Menge spaltbaren Materials verwendet werden kann. Au√üerdem ist die Ausbeutung des atomaren Sprengstoffs h√∂her, weil das Spaltmaterial w√§hrend der Detonation zeitlich l√§nger und in g√ľnstigerer Form zusammenbleibt.

Plutoniumwaffen sind aufgrund der h√∂heren spontanen Spaltrate der verschiedenen Pu-Isotope und der damit einhergehenden vorzeitigen Z√ľndung lediglich als Implosionswaffen denkbar. Die Bauweise selbst ist sprengstoff- und z√ľndtechnisch gesehen wesentlich anspruchsvoller. Da sich die an der Entwicklung beteiligten Wissenschaftler im Gegensatz zur Uranbombe Little-Boy nicht g√§nzlich sicher waren, wurde die Implosionsanordnung vorab im Rahmen des ‚ÄěTrinity-Test‚Äú (New Mexico) erprobt.

Aufbau von Sprengstoffen um den Kern

Schema der Explosion einer Implosionsbombe mit Sprengstofflinsen

Einfach nur eine H√ľlle aus einem Sprengstoff um den Kern zu bauen w√ľrde nicht ausreichen, da der Sprengstoff um den Z√ľnder herum sph√§risch abzubrennen beginnt. Man br√§uchte deshalb eine gigantische Anzahl Z√ľnder, um eine einigerma√üen akzeptable Verdichtung zu erreichen und die Hohlkugel nicht zu einem Sichelmond oder Stern zu pressen. Es stellt sich somit die Aufgabe, eine sph√§risch divergierende Sto√üwelle in eine sph√§risch konvergierende zu verwandeln. Hierzu sind zwei Sprengstoffe unterschiedlicher Brenngeschwindigkeit n√∂tig. Am √úbergang der Sprengstoffe wird die Sto√üwelle wie Licht an einer Linse gebrochen, weshalb im englischen von ‚Äěexplosive lens‚Äú (engl. f√ľr: Sprengstofflinse) gesprochen wird. Um den gew√ľnschten Effekt f√ľr eine Implosionsbombe zu erreichen, muss eine solche Linse ein Rotationshyperboloid aus langsam expandierendem Sprengstoff in der Mitte haben und darum herum schnell expandierenden Sprengstoff. Analog zur Optik ist die Brechzahl der Linse gr√∂√üer, je mehr sich die Expansionsgeschwindigkeiten der verwendeten Sprengstoffe unterscheiden.

Die Anordnung im ‚ÄěTrinity Gadget‚Äú bestand aus 32¬†polygonalen Linsen, die wie bei einem Fu√üball angeordnet sind. Sp√§ter wurden¬†40, 60, 72 und schlie√ülich 92¬†Linsen verwendet. Alle diese Linsensysteme haben jedoch den Nachteil, dass sie polygonal sind und somit an den Ecken die Verdichtung nicht optimal ist. Es w√§re prinzipiell m√∂glich, einen Kern mit nur einer einzigen, kompliziert geformten Linse zu verdichten. Diese Linse w√§re allerdings sehr gro√ü und im Endeffekt schwerer und unhandlicher als die verwendeten Konfigurationen, selbst wenn sie leichter zu z√ľnden ist.

Reflektor

Moderne Kernwaffen besitzen zwischen dem konventionellen, hochexplosiven Sprengstoff und dem eigentlichen Kernbrennstoff eine zus√§tzliche Schicht, meist aus Beryllium oder reinem Uran 238U (abgereichertes Uran). Diese Schicht reflektiert Neutronen (9Beryllium fungiert sogar als Neutronenemitter); fr√ľher wurde als Reflektor Wolframcarbid verwendet. Damit kann entsprechend folgender Tabelle die kritische Masse verringert werden:

Schematische Darstellung einer Kernspaltungsbombe nach dem Implosions-Design mit Reflektor
Anteil 235U Ohne Reflektor Natururan (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

Zum anderen verzögert diese Schicht durch ihre Massenträgheit nach Beginn der Kettenreaktion die Expansion des Spaltmaterials. Das Spaltmaterial bleibt somit länger zusammen, die Kettenreaktion selbst wird durch die Neutronendichte heißer und die energetische Effizienz der Bombe nimmt zu.

Des Weiteren kann bei Verwendung von 238U als Mantel die Sprengkraft um 10 bis 20 Prozent gesteigert werden.

Dichteanpassung

Schematische Darstellung einer Kernspaltungsbombe nach dem Implosions-Design mit Reflektor und Dichteanpassung

Eine weitere Schicht aus Aluminium zwischen Sprengstoff und Reflektor dient der besseren Sto√ü√ľbertragung des konventionellen Sprengstoffs auf das Schwermetall. Da der Sprengstoff eine sehr viel geringere Dichte besitzt als Reflektor und Spaltstoff, wird ein Teil der Explosions-Schockwelle des konventionellen Sprengstoffs an der √úbergangsfl√§che reflektiert. Dieser Teil der Energie dient nicht der Kompression des Spaltmaterials. Wird zwischen dem konventionellen Sprengstoff und dem Reflektor eine Schicht mittlerer Dichte wie Aluminium eingef√ľgt, verbessert dies die Energie√ľbertragung auf das Spaltmaterial und damit dessen Kompression.

Schwebender Kern

Moderne Implosionskonstruktionen verwenden Anordnungen, bei denen der Spaltstoff in eine Schale und eine Hohlkugel aufgeteilt wird. Der Zwischenraum ist mit Gas gef√ľllt. Um die Hohlkugel im Zentrum der Schale zu halten, werden meist sechs Aluminiumbolzen als Abstandshalter montiert. Als Vorteil dieser Bauart muss nicht auf einmal die gesamte Hohlkugel zusammengedr√ľckt werden. Statt dessen wird zun√§chst nur die geringe Masse der Schale beschleunigt. Sie erh√§lt eine hohe kinetische Energie und prallt mit hoher Geschwindigkeit auf die Hohlkugel. Die Vervollst√§ndigung der kritischen Masse erfolgt anschlie√üend in einer sehr kurzen Zeit; es muss lediglich die Hohlkugel unter dem Druck der beschleunigten Schale implodieren. Dieses Design kennt eine Vielzahl unterschiedlicher Varianten. So kann der Luftspalt auch zwischen Reflektor und Spaltmaterial angeordnet sein. Die innere Kugel kann als Hohlkugel oder aus Vollmaterial ausgef√ľhrt sein. M√∂glicherweise gibt es Konstruktionen mit zwei Zwischenr√§umen. Die Aluminiumbolzen k√∂nnen durch Schaum (Polyurethanschaum, Schaumpolystyrol oder √§hnliche Materialien) ersetzt werden.

Schematische Darstellung einer Kernspaltungsbombe nach dem Implosions-Design mit schwebendem Kern

Nebenstehendes Bild zeigt die wesentlichen Merkmale einer modernen Gestaltung, das Dichteanpassung, Reflektor und einen schwebend aufgeh√§ngten Kern besitzt. Solche Konstruktionen bed√ľrfen zur genauen Bestimmung optimaler Parameter komplexer mathematischer Berechnungen, die nur mit speziellen Computerprogrammen durchgef√ľhrt werden k√∂nnen. Die Berechnungsverfahren und -ergebnisse sowie die verwendeten Programme werden von den R√ľstungsbeh√∂rden als geheim eingestuft und nur in den wenigsten F√§llen werden Einzelheiten ver√∂ffentlicht ‚Äď die bekanntgewordenen Zahlenwerte d√ľrfen daher angezweifelt werden. Dies ist auch der Grund, warum in der Vergangenheit Hochleistungsrechner mit Exportbeschr√§nkungen (zum Beispiel seitens der USA) belegt wurden. Die grunds√§tzliche Bauweise moderner Nuklearwaffen mit den dargestellten Merkmalen ist jedoch plausibel und wurde von unterschiedlichen Quellen best√§tigt.

Die Bauweise wird dem deutschen Atomspion Klaus Fuchs zugeordnet. Sie diente, neben oben aufgef√ľhrten Vorteilen w√§hrend der sp√§teren Explosion, der Entnahme und Zugabe des eigentlichen Spaltstoffes. In einigen britischen wie amerikanischen Bombenkonstruktionen wurde der eigentliche Spaltstoff so au√üerhalb der Bombe gelagert, dass bei einem subkritischen Unfall nichts davon ins Freie gelangt w√§re. Die Waffen- und Transportsicherheit war bei diesen Waffen folglich weiter verbessert.

Beispiele

Die gr√∂√üte jemals gez√ľndete reine Kernspaltungsbombe (Fissionswaffe) wurde von den USA mit einer Sprengkraft von 500¬†kT gebaut. Sie funktionierte nach dem Implosionsdesign und hatte Uran als Kernsprengstoff.

Frankreich baute und stationierte von 1966 bis 1980 mit dem Sprengkopf MR-31 die größten bisher gebauten Plutoniumbomben mit einer Sprengkraft von rund 120 kT.

Die bekannteste Nuklearwaffe nach dem Implosionsdesign ist sicherlich die auf Nagasaki abgeworfene Bombe Fat Man, während die Uranbombe Little Boy nach dem Kanonenprinzip (Gun-Design) funktionierte.

Z√ľndung

Grundsätzliches

Entscheidend ist bei allen Konstruktionsprinzipien, dass die Kettenreaktion nur solange stattfindet, wie die Anordnung √ľberkritisch ist. Damit m√∂glichst viele Kernspaltungen stattfinden, soll sie m√∂glichst lange √ľberkritisch gehalten werden. Sobald sich infolge einer gr√∂√üeren Zahl von Kernspaltungen gen√ľgend Energie gebildet hat, verdampft der Spaltstoff, expandiert und die Kettenreaktion bricht ab. Es kommt somit auf den Z√ľndzeitpunkt an, um das Spaltmaterial optimal auszunutzen.

Die Kanonenrohranordnung wird kritisch, wenn sich die beiden unterkritischen Uranh√§lften auf einen bestimmten Abstand angen√§hert haben (Zeitpunkt der ersten Kritikalit√§t). Bei der Implosionsanordnung erfolgt zus√§tzlich eine Verdichtung des Materials. Bei weiterer Ann√§herung der H√§lften im Fall der Kanonenrohranordnung, beziehungsweise Verdichtung im Fall der Implosionsanordnung, wird die Anordnung √ľberkritisch. Ohne Kettenreaktion w√ľrde die Anordnung nur aufgrund der eigenen Tr√§gheit schlie√ülich wieder expandieren. Die Kettenreaktion bricht ab, wenn die Anordnung unterkritisch wird (Zeitpunkt der zweiten Kritikalit√§t). Die Expansion wird beschleunigt, wenn zus√§tzliche Energie aus Kernspaltungen frei wird, aber erst dann, wenn sie einen gewissen Wert √ľberschreitet. Dies ist der Fall, wenn das Material verdampft. Dieser Wert wird mit Bethe-Tait-Energie bezeichnet. Erst wenn diese Mindestenergie erreicht ist, beschleunigt sich die Expansion. Bis zu diesem Zeitpunkt haben bereits viele Generationen der Kettenreaktion stattgefunden. Auch w√§hrend der Expansion l√§uft die Kettenreaktion weiter, und zwar so lange, bis der Zeitpunkt der zweiten Kritikalit√§t erreicht ist. Die meiste Energie wird w√§hrend der letzten wenigen Neutronengenerationen freigesetzt.

Je größer die Überkritikalität, desto länger dauert die Phase zwischen Erreichen der Bethe-Tait-Energie und Erreichen des zweiten Kritikalitätspunktes, und desto mehr Kernspaltungen können noch stattfinden.

Um eine optimale Ausnutzung des Brennstoffs zu erreichen, sollte der Beginn der Kettenreaktion deshalb so gelegt werden, dass der Zeitpunkt der Bethe-Tait-Energie mit der maximalen √úberkritikalit√§t zusammenf√§llt. W√ľrde er fr√ľher erreicht, w√ľrden weniger Neutronen gebildet, und nur kleinere Mengen des Kernbrennstoffs umgesetzt.

Der ung√ľnstigste Fall w√§re ein Einsetzen der Kettenreaktion zum Zeitpunkt der ersten Kritikalit√§t, da dann der Zeitpunkt der Bethe-Tait-Energie schon vor der maximalen √úberkritikalit√§t erreicht wird und die Anordnung vorzeitig expandiert. Falls zu diesem Zeitpunkt die Anordnung nur schwach √ľberkritisch ist, w√ľrde die Sprengenergie einer solchen Bombe kaum √ľber die des verwendeten chemischen Z√ľndsprengstoffs hinausgehen. Falls sie stark √ľberkritisch ist, vergeht trotzdem noch einige Zeit, bis zu der sie wieder unterkritisch wird. In dieser Zeit k√∂nnen noch so viele Kernspaltungen stattfinden, dass die freigesetzte Energie die des chemischen Z√ľndsprengstoffs um ein Vielfaches √ľbersteigt. Zun√§chst setzt sich noch der Anstieg der √úberkritikalit√§t solange fort, bis die Bethe-Tait-Energie erreicht ist. In der darauffolgenden beschleunigten Expansion finden weitere Kernspaltungen statt.

So h√§tte laut Robert Oppenheimer die erste Explosion einer auf Plutonium beruhenden Implosionsbombe (16. Juli 1945, Test in New Mexico) auch im ung√ľnstigsten Fall eine Explosionsenergie gehabt, die immerhin kaum unter 1000¬†Tonnen TNT gelegen h√§tte.

Eine Z√ľndung vor dem optimalen Zeitpunkt wird als Fr√ľhz√ľndung, eine Z√ľndung nach dem optimalen Zeitpunkt als Sp√§tz√ľndung bezeichnet. Um den optimalen Z√ľndzeitpunkt zu erhalten, verl√§sst man sich nicht auf die Neutronen aus der spontanen Spaltung, sondern startet im richtigen Augenblick einen speziellen Neutronengenerator.

Fr√ľhz√ľndung

Nachdem die kritische Masse erreicht ist, muss die Bombe durch initiale Neutronen gez√ľndet werden. Diese k√∂nnen durch spontanen Kernzerfall aus dem Spaltmaterial selbst stammen oder durch eine zus√§tzliche Neutronenquelle zugef√ľhrt werden. In hochangereichertem U-235 zerfallen zwar pro Sekunde und Kilogramm rund 80¬†Millionen Atomkerne unter Aussendung von alpha-Teilchen, es werden jedoch statistisch nur etwa zwei Neutronen pro Spaltung eines Atomkerns produziert. In den 64¬†kg der Hiroshimabombe wurden somit zwischen dem Kritikalit√§tspunkt und dem vollst√§ndigen Zusammenf√ľgen zu einer Kugel (1,38¬†ms) statistisch betrachtet 0,17¬†Neutronen frei.

F√ľr die Hiroshimabombe wurde 1945 eine Wahrscheinlichkeit von 12¬†Prozent f√ľr eine Fr√ľhz√ľndung angegeben, entsprechend der Wahrscheinlichkeit f√ľr ein Neutron innerhalb der oben angegebenen 1,38¬†ms. Um eine Fr√ľhz√ľndung von Bomben nach dem Gun-Design zu verhindern, muss das Nuklearbombendesign frei von sonstigen Neutronen-Emittern sein. So ist 238U (mit 20¬†Neutronen pro Kilogramm und Sekunde) in der Umh√ľllung zu vermeiden; auch im selben Zielgebiet bereits explodierte Nuklearwaffen und deren Neutronenreststrahlung k√∂nnen einen Einsatz einer solchen Atombombe vereiteln.

Das Kanonenrohr-Prinzip wird in den heutigen Arsenalen nicht mehr verwendet. Die Sprengk√∂pfe w√§ren viel zu schwer f√ľr die modernen Tr√§gersysteme. S√ľdafrika hatte sechs Waffen nach dem Kanonenrohr-Prinzip gebaut, aber nach der Wende seiner Politik Anfang der 90er Jahre wieder verschrottet. Es ist das erste Land, das Kernwaffen vollst√§ndig abger√ľstet hat.

Im Gegensatz zu Uran ist bei Plutonium die Neutronen-Produktion wegen des unvermeidbaren Anteils von Plutonium-240 hoch. Die Zusammenf√ľgung der einzelnen Spaltstoffkomponenten bei einer Kanonenrohranordnung erfolgt so langsam (in der Gr√∂√üenordnung von Millisekunden), dass die Kettenreaktion gleich bei der ersten Kritikalit√§t einsetzen w√ľrde. Beim Erreichen des Bethe-Tait-Zeitpunktes w√§re sie kaum √ľberkritisch und es k√§me nur zu einer Verpuffung. Die Kanonenrohranordnung funktioniert daher nur mit hochangereichertem Uran, das einen geringen Neutronenhintergrund hat, nicht jedoch mit Plutonium.

Bei der Implosionsanordnung erfolgt die Kompaktierung dagegen viel schneller, in der Gr√∂√üenordnung von Mikrosekunden. Sie ist daher auch f√ľr Plutonium geeignet. Je nach Reinheitsgrad des Plutoniums entstehen zwischen ungef√§hr 50.000¬†(waffengr√§diges Plutonium) und 500.000¬†(Reaktorplutonium) Neutronen pro Sekunde infolge spontanter Zerf√§lle.

Da 240Pu durch Neutroneneinfang aus 239Pu gebildet wird, das seinerseits durch Neutroneneinfang aus 238U entsteht, ist der Anteil an 240Pu umso gr√∂√üer, je h√∂her der Abbrand des Kernbrennstoffes ist. Reaktoren, die waffenf√§higes Plutonium herstellen sollen, werden deshalb mit geringem Abbrand betrieben. In Kernkraftwerken wird aus Gr√ľnden der Wirtschaftlichkeit mit einem hohen Abbrand gearbeitet. Dennoch ist auch in Kernkraftwerken erzeugtes Plutonium eingeschr√§nkt f√ľr den Bau von Nuklearwaffen geeignet. Die Wahrscheinlichkeit von Fr√ľhz√ľndungen ist zwar gr√∂√üer, aber auch die geringere Sprengenergie √ľbersteigt bei weitem die von konventionellen Waffen. Technische Probleme bereiten allerdings die erh√∂hte Radioaktivit√§t und die Erw√§rmung infolge des radioaktiven Zerfalls.

Sp√§tz√ľndung und Neutronenquelle

Neben der Fr√ľhz√ľndung kann eine Nuklearwaffe nach dem Gun-Design auch vergleichsweise sp√§t z√ľnden, wenn ‚Äď rein statistisch ‚Äď das initiale Neutron sp√§t die Kettenreaktion ausl√∂st. Immerhin war die Wahrscheinlichkeit f√ľr die Hiroshimabombe, dann erst nach 200¬†ms zu z√ľnden, bei 0,15¬†Prozent. Wird eine Atombombe mit hoher Geschwindigkeit auf ihr Ziel geschossen, kann diese Verz√∂gerung den gew√ľnschten Explosionsort und die projektierte freigesetzte Energie erheblich ver√§ndern. Deshalb wurden Nuklearwaffen mit Neutronenquellen ausgestattet, die zeitgenau mit einer gr√∂√üeren Neutronenmenge die Kettenreaktion starten, sobald die kritische Masse gebildet wurde.

Auch die Uranbombe von Hiroshima hatte in der Planung eine derartige Neutronenquelle als Bombenz√ľnder. Ob sie letztlich eingebaut wurde, konnte nicht ermittelt werden, die nat√ľrliche Radioaktivit√§t des Spaltmaterials h√§tte vermutlich auch zur Explosion ausgereicht.

Die Neutronenquelle bestand aus zwei Komponenten, Beryllium und Polonium-210, r√§umlich voneinander getrennt untergebracht. Die beiden Stoffe wurden beim Aufprall des Uranprojektils zusammengef√ľhrt, die Neutronenproduktion startete. √Ąhnliche Zweikomponentenquellen fanden sich sp√§ter im Kern der fr√ľhen Implosionsbomben, getrennt durch eine d√ľnne, bei der Implosion zerrei√üende Membran. Bei modernen Waffen wird stattdessen eine externe Quelle benutzt.

Effizienz, Größe, Sicherheit und Waffengewicht

Das Verhältnis von gespaltenem Nuklearsprengstoff zu dem gesamten Nuklearsprengstoff wird als Effizienz bezeichnet.

Die Spaltung von 50¬†g 235U setzt die Explosionsst√§rke von 1¬†kT frei. Bei der Hiroshima-Bombe wurden somit rund 650¬†g 235U gespalten, nur ein kleiner Bruchteil der insgesamt 64¬†kg Uran. Der √ľbrige Nuklearsprengstoff wird in der Atmosph√§re freigesetzt und bildet zusammen mit den Spaltstoffen und der durch Neutronen angeregten ‚Äěsekund√§ren‚Äú Radioaktivit√§t (Neutronen-induzierte Gammastrahlung) den Fallout.

Fissionsbomben enthalten also mehr als die zu spaltende kritische Masse um eine ausreichende, gew√ľnschte Explosionsenergie zu erzeugen. Bei einer Masse unmittelbar oberhalb der kritischen Masse w√ľrde sich eine marginale Explosionsst√§rke ergeben, bei einer 1,05-fachen Masse kann mit einer Sprengkraft von etwa 100¬†t gerechnet werden.

Beim einfachen Kanonenrohrprinzip liegt die maximale m√∂gliche Masse etwas unterhalb der doppelten (dreifachen) kritischen Masse. Beide H√§lften der kritischen Masse m√ľssen vor der Explosion unterkritisch bleiben, um Strahlungsunf√§lle und eine vorzeitige subkritische Explosion, eine sogenannte Verpuffung, zu verhindern. Die maximale Gr√∂√üe reiner Fissionsbomben nach dem einfachen Kanonenprinzip (Uranbomben) ist folglich durch die maximale subkritische Masse von zwei beziehungsweise drei Spaltstoffteilen begrenzt.

Nat√ľrlich k√∂nnen zwei und mehr Kanonenrohre kombiniert werden, womit mehr Ladungsteile aufeinander zugeschossen werden k√∂nnen. Das ist jedoch mit erheblich erh√∂htem Aufwand bei der gleichzeitigen Z√ľndung der Treibs√§tze und anderen Problemen verbunden, da die Vereinigung aller Ladungsteile an der vorgesehenen Stelle zeitlich genau erfolgen muss.

Beim Implosionsprinzip wird das Spaltmaterial zus√§tzlich verdichtet. Dadurch reduziert sich die kritische Masse und damit sind h√∂here √úberkritikalit√§ten und bessere Effizienzen m√∂glich. Zudem ist die kugelf√∂rmige Anordnung geometrisch optimiert. Aber auch hier sind Grenzen gesetzt, da mit Hilfe chemischer Sprengstoffe nicht beliebig verdichtet werden kann und die Masse vorher unterkritisch sein muss. Au√üerdem ist es ‚Äěsprengtechnisch‚Äú eine anspruchsvolle Aufgabe, die Verdichtung m√∂glichst kugelf√∂rmig durchzuf√ľhren. Neben der Kugelform sind Hohlzylinder und weitere Formgebungen technisch bekannt.

Darin liegt letztlich ein erheblicher Sicherheitsvorteil des Implosionsprinzips. Um eine Kernexplosion auszul√∂sen, muss der chemische Z√ľndsprengstoff auf seiner Au√üenh√ľlle an einer Vielzahl von Stellen zeitlich definiert gez√ľndet werden, damit die Explosionsfront von au√üen nach innen auf die Kernladung zul√§uft, um diese zusammenzupressen. Wenn durch einen Unfall der Sprengsatz nur an einer Stelle gez√ľndet wird, findet allein die chemische Explosion und eine Verstrahlung der Umwelt durch das dann freigesetzte Spaltmaterial statt.

Da die Explosionsfront sich vom Z√ľndungspunkt normalerweise konvex entfernt, wird oft durch Schichten verschiedener Sprengstoffe mit unterschiedlicher Explosionsgeschwindigkeit die Explosionsfront so geformt, dass die gew√ľnschte Verdichtung des Spaltmaterials zustandekommt. W√§hrend fr√ľhere Systeme auf der gleichzeitigen Z√ľndung an allen vorgesehenen Punkten basierten, werden bei modernen Systemen gezielte Abweichungen eingebaut, die durch leicht unterschiedliche Zeitpunkte der Z√ľndung der einzelnen Z√ľnder ausgeglichen werden m√ľssen. Diese Zeitpunktdifferenzen werden erst durch entsprechende Codes in die Waffenelektronik eingebracht, wenn der Einsatz autorisiert ist (sogenannte ‚ÄěPermissive Action Link‚Äú). Dadurch sind Risiken aus Diebstahl oder Verlust eines Sprengkopfes oder befehlswidriger Waffeneinsatz erheblich vermindert, da der Versuch einer missbr√§uchlichen Z√ľndung erfolglos bleibt.

Die maximale Gr√∂√üe einer Waffe ist weiter durch die praktische Waffenhandhabung und die notwendige Handhabungssicherheit bestimmt. In der Praxis werden bei Fissionswaffen und Wasserstoffbombenz√ľndern Booster eingesetzt, einer kleinen Fusion innerhalb der kritischen Fissionsmasse. Die freiwerdenden Neutronen bewirken eine ‚Äěhei√üere‚Äú Explosion, die Effizienz der Waffe wird durch bessere Ausnutzung der Spaltstoffe gesteigert. Noch h√∂here Explosionsenergien werden nur mit mehrstufigen Waffen, etwa den Wasserstoffbomben, erreicht.

238U-Fission durch einen 238U Reflektor / Mantel

Neben dem eigentlichen Spaltmaterial kann zusätzlich ein Reflektor aus preiswertem Natururan oder abgereichertem Uran (238U) verwendet werden. Dieses Material wird ebenfalls durch die Neutronen aus dem Kernprozess gespalten und setzt Energie frei. Freigesetzte Neutronen heizen zudem den primären Fissionsprozess ähnlich einem Booster weiter an. Die Effizienz des 238U im Reflektor oder Bombenmantel liegt unter der der eigentlich in der Bombe eingesetzten kritischen Masse.

Bei einer der st√§rksten reinen Fissionsbomben der Amerikaner (Ivy King) wurden durch Implosion von 235U rund 425¬†kT Energie freigesetzt und zus√§tzlich 75¬†kT durch das zum Teil gespaltene 238U aus der H√ľlle. Eine Leistungssteigerung durch 238U im Reflektor ist nur bei Bomben nach dem Implosionsdesign m√∂glich, da das 238U durch spontane Spaltung sehr viele Neutronen freisetzt und deshalb beim Gun-Design mit einer hohen Wahrscheinlichkeit zu einer Fr√ľhz√ľndung f√ľhren w√ľrde.

Wird eine kleine Atombombe, zum Beispiel ein ‚ÄěBunker Buster‚Äú, nach dem Gun-Design und mit 235U als Spaltstoff konzipiert, ergibt sich das theoretische Problem, dass aus dem Erdboden am Ort der Atomexplosion 235U zur√ľckgewonnen werden k√∂nnte. Um dies zu verhindern, kann einer solchen Nuklearwaffe ein Mantel oder Ballast aus 238U mitgegeben werden. Bei der Atomexplosion werden beide Urane vermischt, der Reinheitsgrad reduziert. Zur Vermeidung einer Fr√ľhz√ľndung ist das 238U r√§umlich getrennt vom Sprengsatz zu montieren.

Bomben mit einem Mantel aus 238U z√§hlen (bei Einsatz eines Boosters oder einer Wasserstoffbombe) zu den dreistufigen Waffen und damit aufgrund der gro√üen Menge an freigesetzten Spaltstoffen zu den sogenannte ‚Äěschmutzigen‚Äú Bomben.

Wasserstoffbombe

Bei Kernfusionswaffen (Wasserstoffbomben) dient ein herkömmlicher Atomsprengsatz (Fissionssprengsatz) dazu, die Isotope Deuterium und Tritium zu verschmelzen (fusionieren).

Z√ľndung

Da zum Z√ľnden der Fusion enorme Energiemengen ben√∂tigt werden, werden nach derzeitigem Stand alle Wasserstoffbomben mit Hilfe von regul√§ren Atombomben gez√ľndet, die die ben√∂tigte Energie sehr schnell bereitstellen k√∂nnen und den Fusionsprozess in Gang setzen.

Motivation

Sowohl Kernspaltung als auch Kernfusion erzielen ihren Energieumsatz aus dem Massendefekt, der aus der Relativit√§tstheorie von Albert Einstein folgt, genauer gesagt, aus der dort abgeleiteten √Ąquivalenz von Masse und Energie. Die Fusion kleiner Atomkerne erm√∂glicht jedoch deutlich gr√∂√üere Energieausbeute, bezogen auf die gesamte Masse, als die Spaltung von gro√üen Kernen (Allerdings wird pro einzelner Spaltung von gro√üen Atomkernen, zum Beispiel Uran, mehr Energie frei als bei einer einzelnen Fusion von zwei Wasserstoffatomen). Dadurch entstand die Motivation, diesen Effekt mit einer Fusionsbombe zu nutzen.

Probleme der ersten Wasserstoffbombe

Schematische Darstellung einer Wasserstoffbombe nach dem Classical-Super-Design

Bei der im US-amerikanischen Sprachgebrauch als Super und sp√§ter als Classical Super bezeichneten Grund√ľberlegung zur Wasserstoffbombe wird neben oder um einen als Z√ľnder fungierenden Fissionssprengsatz eine gro√üe Menge der Wasserstoffisotope Tritium oder Deuterium angeordnet. Die Explosion des Fissionssprengsatzes soll den Wasserstoff auf Z√ľndtemperatur erhitzen, sodass der Fusionssprengstoff z√ľndet. Die fiktive Konfiguration wurde aufgrund der geometrischen Erscheinung als ‚Äěalarm clock design‚Äú bezeichnet.

Diese Anordnung funktioniert nicht mit Deuterium, da die Energie der Fissionsbombe zum gr√∂√üten Teil als R√∂ntgenstrahlung ausgesandt wird, die das Deuterium durchdringt. Zur L√∂sung des Problems k√∂nnte Tritium anstatt des Deuteriums verwendet werden, das eine sehr viel geringere Z√ľndtemperatur besitzt. Allerdings ist Tritium vergleichsweise teuer ‚Äď statt einer Wasserstoffbombe dieses Typs k√∂nnte bei geringeren Kosten eine sehr gro√üe Fissionsbombe gebaut werden. Der Ausweg ist eine Mischung von Tritium und Deuterium, wobei die Fusion des Tritiums die erforderliche Energie f√ľr die Z√ľndung des preiswerten Deuteriums erzeugt. Allerdings f√ľhrten Berechnungen zu einem hohen erforderlichen Tritiumanteil von 50¬†Prozent und damit zu einer nur geringen Kostenersparnis.

Ein weiteres Problem des Classical Super ist die geringe Effizienz der Wasserstoffverbrennung ‚Äď die Fusion erlischt sehr schnell, eine Z√ľndung findet weitgehend nicht statt, ein Gro√üteil des Wasserstoffs reagiert nicht. Die zweite Stufe der Konstruktion verpufft analog etwa eines subkritischen Fissionssprengsatzes mit der hohen Energie des Fissionsz√ľnders.

Das Design einer einfachen Fusionsmasse neben oder um einen Fissionskern ist deshalb f√ľr Wasserstoffbomben ungeeignet, eine Bombe dieses Typs wurde nie gebaut. Dennoch wird ein √§hnliches Design f√ľr die Neutronenbombe verwendet, da dort nur eine sehr kleine Menge Tritium-Deuterium ben√∂tigt wird und deshalb die Kosten klein bleiben.

Teller-Ulam-Design

Schematische Darstellung einer Wasserstoffbombe nach dem Teller-Ulam-Design:
A - primärer Fissionssprengsatz
B - sekundärer Fusionssprengsatz
1 - chemischer Sprengstoff
2 - 238U - Mantel
3 - Hohlraum
4 - in Plutonium- oder Urankugel eingeschlossenes Tritiumgas
5 - Polystyrol
6 - 238U-Mantel
7 - Lithium-6-deuterid
8 - Plutonium
9 - reflektierender Mantel

Beim Teller-Ulam-Design werden die Schwierigkeiten der Classical Super gel√∂st. Die L√∂sung, auf sowjetischer Seite von Sacharow gefunden, wurde auch als ‚ÄěSacharows dritte Idee‚Äú bekannt.

Der prim√§re Fissionssprengsatz und der sekund√§re Fusionssprengsatz befinden sich in einem Geh√§use (physikalisch ‚ÄěHohlraum‚Äú). Durch die Explosion des Fissionssprengsatzes entstehen so hohe Temperaturen, dass das Polystyrol in ein Plasma verwandelt wird und im R√∂ntgenbereich strahlt.

Das Geh√§use wird von der R√∂ntgenstrahlung erf√ľllt und der kugel- oder r√∂hrenf√∂rmige Mantel der zweiten Stufe wird auf die gleichen Temperaturen erhitzt. Dieser Vorgang wird als ‚ÄěThermalisierung‚Äú bezeichnet. Durch die Aufheizung verdampfen die √§u√üeren Schichten des sekund√§ren Sprengsatzes explosionsartig, wodurch eine Komprimierung und eine nach innen gerichtete Schockwelle ausgel√∂st werden.

Im Zentrum der zweiten Stufe kollabiert die Sto√üwelle. Die Geometrie des Sekund√§rteils ist m√∂glichst symmetrisch (kugelf√∂rmig oder zylindrisch), damit dieser Kollaps der Schockwellen erfolgt (in einem Punkt oder in einer Geraden). Am Ort, wo die Schockwellen kollabieren, entstehen so hohe Temperaturen, dass Fissions- und Fusionsbedingungen (ausreichend hohe Temperatur und Druck) erzeugt werden und die ersten Reaktionen der zweiten Stufe stattfinden. Durch die Komprimierung und gleichzeitige Strahlungsaufheizung wird die zweite Stufe der Bombe, die Fusion, gez√ľndet.

Durch die bei der Deuteriumfusion nun entstehenden hochenergetischen Alphateilchen wird das Deuterium in der Umgebung erhitzt, so dass es fusionieren kann; eine Brennwelle läuft also von innen nach außen.

Darstellung der einzelnen Explosionsschritte einer Teller-Ulam-Bombe

Bevor Teller und Ulam das Konstruktionsprinzip der Strahlungsimplosion beziehungsweise des umgebenden Mantels erfanden, gab es das Problem, dass ein Gro√üteil des Deuteriums durch die Explosion des prim√§ren Fissionssprengsatzes auseinandergefegt w√ľrde, bevor es fusionieren kann. Bei dieser Anordnung erfolgt die Thermalisierung jedoch viel schneller als die Expansion des prim√§ren Fissionsplasmas. Bevor das expandierende Fissionsplasma den Sekund√§rteil erreicht, ist die Brennwelle bereits von innen nach au√üen gelaufen.

Zentral innerhalb des Sekund√§rteils befindet sich meist ein als ‚ÄěSparkplug‚Äú (engl. f√ľr Z√ľndkerze) bezeichneter Hohlzylinder oder Kugelkern aus Plutonium oder angereichertem Uran, der durch die Schockwelle ebenfalls und gleichzeitig in einen kritischen Zustand gebracht, wodurch eine Fissionsexplosion ausgel√∂st wird. Die Fission dient als zus√§tzliche Z√ľndquelle und Regulator der zweiten Stufe, die Effizienz und Gleichm√§√üigkeit der Explosion wird gesteigert. Mit dem Einbau von strahlungsverst√§rkendem Material im reflektierenden Hohlraum kann die Konfiguration weiter verkleinert werden.

Ein √§hnliches, allerdings ziviles Fusions-Implosionsprinzip verfolgt auch die Tr√§gheitseinschlussfusion (ICF ‚Äď Inertial Confinement Fusion) [1].

Fusionssprengstoff

Als Fusionssprengsatz in der ersten und einzigen Bombe dieses Typs (Ivy Mike) wurde tiefgek√ľhltes, fl√ľssiges Deuterium verwendet. F√ľr milit√§rische Atombomben ist dies ungeeignet, da der K√ľhlaufwand sehr gro√ü und damit sehr teuer ist. Daneben ist die Hochdruck-Lagerung des Deuteriumgases bei Normaltemperatur schwer und volumin√∂s und daher ebenfalls f√ľr Nuklearwaffen ungeeignet. Dieselben √úberlegungen gelten f√ľr ein Gemisch aus Deuterium und Tritium. Au√üerdem ist Tritium instabil mit einer Halbwertszeit von 12,3¬†Jahren und muss daher regelm√§√üig ausgewechselt werden. Zur Produktion von Tritium in Kernreaktoren werden dar√ľber hinaus Neutronen ben√∂tigt, mit denen ebenso Plutonium aus Uran erbr√ľtet werden k√∂nnte, das eine h√∂here Energieausbeute h√§tte. Aus diesen Gr√ľnden wird das Deuterium in einem Feststoff chemisch gebunden. Von allen festen chemischen Wasserstoffverbindungen erwies sich das bei Normaltemperatur feste Lithiumdeuterid (LiD) als beste L√∂sung. Es enth√§lt pro Volumeneinheit mehr Deuterium als fl√ľssiges Deuterium und gleichzeitig mehr als 20¬†Prozent Massenanteil Deuterium. Des weiteren nimmt das Lithium auch an den Kernprozessen teil und produziert Energie. Der erste Versuch der USA mit einer derartigen ‚Äětrockenen‚Äú Bombe war der Test Castle Bravo am 28. Februar 1954 mit einer Sprengkraft von insgesamt 15¬†MT. Die UdSSR z√ľndete bereits am 12. August 1953 in ihrem ersten Test eine transportable LiD-Konstruktion. Die in Frage kommenden Reaktionen des Deuteriums sind:

\mathrm{D + D \rightarrow \, ^3He \, (0{,}8192 \, MeV) + n \, (2{,}4497 \, MeV)}
\mathrm{D + D \rightarrow T + p + 4{,}0327 \, MeV}

Das entstandene Tritium kann in einer weiteren Reaktion schnelle Neutronen erzeugen:

\mathrm{D + T \rightarrow \, ^4He \, (3{,}518 \, MeV) + n \, (14{,}07 \, MeV)}

Schließlich kann auch das entstandene Helium-3 weiter reagieren:

\mathrm{ \,^3He + D \rightarrow \, ^4He + p + 18{,}353 \, MeV}

Die in obigen Reaktionen produzierten Neutronen können mit dem Lithium reagieren:

\mathrm{ \,^6Li + n \rightarrow T + \,^4He + 4{,}7829 \, MeV}
\mathrm{ \,^7Li + n \rightarrow T + \,^4He + n - 2{,}4670 \, MeV}

Daneben existiert noch eine erhebliche Anzahl weiterer Kernreaktionen, die aber vergleichsweise selten stattfinden und deshalb wenig zur Gesamtreaktion beitragen. F√ľr thermonukleare Waffen k√∂nnen die Lithiumisotope 6Li und 7Li verwendet werden. Die Summenreaktionen mit Deuterium lauten:

\mathrm{ \,^6Li + D \rightarrow 2 \,^4He + 22{,}4 \, MeV}
\mathrm{ \,^7Li + D \rightarrow 2 \, ^4He + n + 15{,}1 \, MeV}

Werden in einer dreistufigen Wasserstoffbombe f√ľr die Fission eines U-238-Mantels Neutronen ben√∂tigt, wird 7Li verwendet. Ist eine h√∂here Energieausbeute das Ziel, wird 6Li verwendet. Diese Isotope werden durch Anreicherung aus nat√ľrlichem Lithium isoliert.

Neben den obigen Gleichungen wichtiger Umsetzungen gibt es eine Reihe unwichtigerer Reaktionen. Insgesamt bleibt von den Reaktionen 4He √ľbrig, nicht reagiertes Deuterium und eine gro√üe Anzahl Neutronen. Das reaktionsfreudige Tritium wird in den Reaktionen fast vollst√§ndig aufgebraucht. Pro Megatonne Sprengkraft m√ľssen rechnerisch ‚Äď bei Verwendung von reinem 6Li und unter der Annahme, dass jedes Atom reagiert ‚Äď 15,6¬†kg Lithiumdeuterid reagieren; da in der Praxis nur etwa die H√§lfte des Materials ausgenutzt wird, sind 36¬†kg n√∂tig.

Da die Wasserstofffusion beim Teller-Ulam-Design durch hohen Druck und hohe Temperatur ausgel√∂st wird und nicht ‚Äď wie bei dem √§lteren Sloika-Design ‚Äď zun√§chst Neutronenbeschuss aus der Fissionsstufe n√∂tig ist, wird dieser Atombombentyp als thermonukleare Bombe bezeichnet.

Kernwaffen nach dem Teller-Ulam-Design werden euphemistisch als saubere Atombomben bezeichnet, wenn sie einen hohen Anteil ihrer Sprengkraft aus der Kernfusion beziehen. Da die Kernfusion im Vergleich zur Kernspaltung weniger und kurzlebigere radioaktive Stoffe produziert, erzeugen solche Nuklearwaffen innerhalb ihrer zweiten Stufe vergleichsweise wenige radioaktive Spaltstoffe. Es verbleiben allerdings die Spaltstoffe der ersten ‚ÄěZ√ľndstufe‚Äú, also der Fissionsbombe, sowie die Spaltstoffe der durch Neutronen induzierten Radioaktivit√§t der Umgebung, die zusammen den Fallout bilden. ‚ÄěSauber‚Äú ist die Bombe insofern, als beim Erzielen der gleichen Sprengwirkung durch reine Kernspaltungsbomben viel mehr radioaktive Substanzen entstehen w√ľrden.

Dreistufige Wasserstoffbombe

Das Verh√§ltnis der Sprengkr√§fte der ersten zur zweiten Stufe ist auf maximal etwa 1:200 begrenzt, √ľblich ist ein Faktor 1:20 bis¬†1:50. Da Fissionsbomben als erste Stufen auf mehrere hundert kT begrenzt sind, ergibt sich eine maximale Sprengkraft der zweiten Stufe von etwa 10¬†bis 25¬†MT. Es gibt mehrere M√∂glichkeiten, die Sprengkraft einer thermonuklearen Bombe zu erh√∂hen:

  • M√∂glich w√§re es, die Masse der zweiten bzw. dritten Stufe auf Kosten der Effizienz und Z√ľndf√§higkeit dieser Stufe zu erh√∂hen. Dies k√∂nnte durch eine kegelf√∂rmige Implosionsanordnung dieser Stufe und eine linienf√∂rmige Z√ľnd√ľbertragung erreicht werden. Das Prinzip wurde nicht angewandt, findet sich aber entfernt beim ‚ÄěSparkplug‚Äú der zweiten Stufe wieder.
  • Theoretisch k√∂nnte eine geometrische Anordnung aus mehreren Z√ľnderbomben eine gro√üe zweite und dritte Stufe z√ľnden. Eine der ersten Wasserstoffbomben hatte vermutlich eine solche Konfiguration, die Effizienz der zweiten Stufe war durch die ‚ÄěUnwucht‚Äú der Z√ľnder vergleichsweise gering. Die Probleme und der Aufwand einer solchen Anordnung √ľberwiegen.
  • Eine weitere Teller-Ulam-Stufe k√∂nnte zu einer vorhandenen hinzuf√ľgt werden, das hei√üt, die durch die erste Fusionsstufe freigesetzte Energie wird verwendet, um den n√§chsten, noch gr√∂√üeren Sprengsatz (die dritte Stufe) zu z√ľnden. Die dritte Stufe kann bei einer erweiterten Teller-Ulam-Konfiguration ebenso wie die zweite Stufe aus einer Fusions- oder Fissionsstufe bestehen.
  • Der umgebende Metallzylinder kann aus Uran 238U gefertigt werden, einem Abfallprodukt der Uran-Anreicherung. Dieses Uran wird durch die schnellen Neutronen (14¬†MeV) des Fusionssprengsatzes gespalten und liefert, auch auf Grund seiner Gr√∂√üe, einen gro√üen Anteil der Gesamtenergie. In einer einfachen Atombombe kommen wenige Kilogramm Uran oder Plutonium zur Kernspaltung. In einer sogenannten ‚Äěterti√§ren Wasserstoffbombe‚Äú k√∂nnen es mehrere Tonnen Uran sein. Es handelt sich also um drei Stufen: der Fissionssprengsatz zum Z√ľnden des Fusionssatzes, der wiederum die Neutronen f√ľr die Fission des Urans in der dritten Stufe produziert. Das Design wird deshalb auch als Fission-Fusion-Fission-Design oder ‚ÄěDreiphasen-Bombe‚Äú bezeichnet. Die Spaltprodukte des Urans in der dritten Stufe sind bei einer solchen Bombe f√ľr einen Gro√üteil der radioaktiven Verstrahlung verantwortlich, es handelt sich um eine au√üergew√∂hnlich schmutzige Bombe. Nach diesem Prinzip wurde beispielsweise die US-amerikanische Testbombe ‚ÄěRedwing Tewa‚Äú gebaut, die bei einer Gesamtsprengkraft von etwa 5¬†MT eine Sprengkraft von 4,35¬†MT aus Kernspaltung der ersten und dritten Stufe bezog (Test am 20. Juli 1956).

F√ľr diese Konstruktionsprinzipien wird der Begriff ‚Äědreistufige Wasserstoffbombe‚Äú oder ‚Äěterti√§re Wasserstoffbombe‚Äú verwendet, was leicht zu Verwechselungen f√ľhren kann. Die gr√∂√üte bislang gez√ľndete Nuklearwaffe, die Zar-Bombe, hatte zwei Fusionssprengs√§tze und eine Sprengkraft von etwa¬†50 bis 60¬†Megatonnen TNT-√Ąquivalent. Auf eine 238U-Ummantelung wurde verzichtet, um den durch die Explosionskraft ohnehin gegebenen starken Fallout gering zu halten. Mit Uran-Ummantelung als vierter Stufe h√§tte diese Bombe eine gesch√§tzte Sprengkraft von mindestens 100¬†Megatonnen TNT gehabt, die Verstrahlung w√§re verheerend ausgefallen. Einen milit√§rischen Sinn h√§tte es f√ľr derart gro√üe Bomben ohnehin nicht gegeben; der Feuerball reicht bei derartigen Explosionen bis in die Stratosph√§re; die Explosionswirkung verpufft somit zu einem gro√üen Teil nach oben.

Hybride Atombomben

Hybride Atombomben beziehen einen Gro√üteil ihrer Explosionsenergie aus der Kernspaltung, ben√∂tigen aber zum Verst√§rken der Kernspaltung einen Fusionsanteil. F√ľr diesen Fusionsanteil gibt es verschiedene Bauweisen.

Geboostete Spaltbomben

Um die Neutronenproduktion zu steigern, kann eine kleine Menge der Gase Deuterium und Tritium im Zentrum der Hohlkugel aus Nuklearsprengstoff eingebracht werden, im Gegensatz zur Neutronenbombe, bei der das Deuterium-Tritium-Gemisch unmittelbar außerhalb des Fissionssprengsatzes angeordnet ist. Typische Mengen an Deuterium-Tritium-Gemisch sind zwei bis drei Gramm. Bedingt durch den bei der beginnenden Kettenreaktion entstehenden Druck und die Hitze kommt es zur Kernfusion dieser Stoffe, wobei viele hochenergetische Neutronen erzeugt werden:

\mathrm{ D + T \rightarrow \,^4He \, (3{,}5 \, MeV) + n \, (14{,}1 \, MeV)}
Schematische Darstellung einer geboosteten Kernspaltungsbombe nach dem Implosionsdesign

Die Fusion des Deuteriums oder Tritiums liefert hierbei nur einen geringen Beitrag zur Energieproduktion, ein Gramm Tritium setzt hierbei weniger als 0,2 kT Sprengkraft frei. Allerdings wird durch die freiwerdenden Neutronen aus der Fusion ein größerer Anteil des Fissionsbrennstoffs gespalten und setzt eine vergleichsweise hohe Energie frei. Die Neutronen aus einem Gramm Tritium können 80 Gramm Plutonium spalten. Da die aus der Kernfusion freigesetzten Neutronen sehr schnell sind, werden bei der Spaltung des Plutoniums besonders viele schnelle Neutronen frei, die ihrerseits weitere andere Plutoniumkerne spalten. Insgesamt werden so durch ein Gramm Tritium etwa 450 Gramm Plutonium zusätzlich gespalten (im Vergleich zu einer baugleichen Fissionsbombe ohne Boosting) und setzen rund 7,5 kT zusätzliche Energie frei. Durch Boosting kann so die Sprengkraft von Fissionsbomben in etwa verdoppelt werden.

Technisch kann das Gemisch aus Tritium und Deuterium als komprimiertes Gas, bei tiefen Temperaturen als Fl√ľssigkeit oder als chemische Verbindung vorliegen. Bei der ersten geboosteten Nuklearwaffe der USA Greenhouse Item (gez√ľndet am 25. Mai 1951, Eniwetok-Atoll) wurde ein tiefgek√ľhltes, fl√ľssiges Gemisch aus Tritium und Deuterium verwendet, um die Sprengkraft einer Fissionsbombe von dem vorausgesagten Wert (20¬†kT) auf 45,5¬†kT mehr als zu verdoppeln. Um die technisch aufwendige K√ľhlung zu vermeiden, wird heute vermutlich die Kompression der Gase gew√§hlt. Das Boosting macht die Lagerung von Nuklearwaffen schwieriger, da Tritium radioaktiv ist und mit einer Halbwertszeit von 12,32¬†Jahren zerf√§llt. Deshalb muss es kontinuierlich in Kernreaktoren nachproduziert und in den Nuklearwaffen ausgewechselt werden. Trotz dieser Schwierigkeit werden heute die meisten Fissionsbomben ‚Äď ob als Z√ľnder f√ľr eine Wasserstoffbombe oder nicht ‚Äď geboostet. Durch Einstellm√∂glichkeiten an einigen Waffentypen kann die Zugabe des Boosting-Materials auf verschiedene Werte eingestellt werden. In diesem Fall kann der Explosionswert festgeslegt werden (sogenanntes ‚Äědial-a-yield‚Äú).

Unklar ist, ob auch Lithiumdeuterid als Boostermaterial geeignet ist, da dieses anfangs eine neutronenabsorbierende Wirkung hat.

Sloika-Design (Zwiebelschale)

Neben dem Teller-Ulam-Design kann eine Fusionsbombe bis zu etwa 700 kT Sprengkraft auch nach dem Sloika-Design gebaut werden. Hier wird ein Fissionssprengsatz von einer Lithiumdeuterid-Schicht umgeben, die wiederum von einer Uran-Schicht umgeben ist (Zwiebelschalenprinzip). Die äußere Uranschicht besteht im Gegensatz zum primären Fissionssprengsatz aus Natururan oder abgereichertem Uran, hat also einen hohen 238U-Anteil.

Das Zwiebelschalen-Konstruktionsprinzip (‚ÄěSloika‚Äú oder ‚Äělayer cake‚Äú) liegt in der Konstruktion nahe bei der urspr√ľnglichen, eine Atombombe nur umgebenden ‚ÄěClassical Super‚Äú. Es wirkt letztendlich wie eine Boosterbombe, bei der der zus√§tzliche Uranmantel √§hnlich einer schmutzigen dritten Stufe wirkt. Je nach Dicke der zweiten und dritten Schicht ‚Äěgl√ľhen‚Äú diese Schichten zusammen und unterschiedlich effizient. Die vergleichsweise komplexe Konstruktion kann, √§hnlich der amerikanischen ‚ÄěSuper‚Äú, als russische Vorstufe oder Entwicklungsstufe zur Teller-Ulam-Konfiguration gesehen werden.

Beim Sloika-Design gibt es zwei unterschiedliche Varianten:

Variante I (d√ľnner Mantel)

Nach Z√ľnden des Fissionssprengsatzes werden in der Fissionsstufe Neutronen erzeugt, die in der Lithiumdeuterid-Schicht folgende Kernreaktion ergeben:

\mathrm{ \, ^6Li + n \rightarrow T + \, ^4He + 4{,}78\, MeV}

Das entstandene Tritium T reagiert mit dem Deuterium in einer weiteren Reaktion:

\mathrm{D + T \rightarrow \, ^4He + n + 17{,}6\, MeV}

Im Ergebnis werden jeweils ein langsames Neutron, ein Lithium-6 und ein Deuterium-Atom unter Abgabe von Energie zu zwei Heliumkernen und einem schnellen Neutron verwandelt. Die Gesamtreaktion verbraucht und produziert also jeweils ein Neutron. Da ein Teil der Neutronen nach au√üen entweicht, kann sich die Reaktion nicht von allein aufrechterhalten und erlischt nach kurzer Zeit. F√ľr die anderen, beim Teller-Ulam-Design beschriebenen Reaktionen sind Druck und Temperatur beim Sloika-Design zu gering. Allerdings k√∂nnen die entwichenen schnellen Neutronen die 238U Kerne in der √§u√üeren Schicht spalten und dadurch wiederum Energie freisetzen. Atombomben dieser Bauweise wurden insbesondere von Gro√übritannien entwickelt und getestet, beispielsweise bei der Testexplosion ‚ÄěGrapple 2‚Äú am 31. Mai 1957. Eine prim√§re Fissionsstufe mit einer Sprengkraft von 300¬†kT f√ľhrte durch die zus√§tzlichen Schichten zu einer Explosion mit einer Gesamtst√§rke von 720¬†kT.

Variante II (dicker Mantel)

Werden die Fusions- und √§u√üere Uranschicht vergleichsweise dick ausgef√ľhrt, setzt ein weiterer Mechanismus ein. Aus der Kernspaltung in der √§u√üeren Uranschicht werden viele Neutronen zur√ľck in die Fusionsschicht geschossen und erzeugen dort eine zweite Generation Tritium. Durch die R√ľckwirkung der 238U-Schicht in die Fusionsschicht entsteht ein kombiniertes Brennen beider Schichten. Da bei dieser Variante auch Neutronen aus der √§u√üeren Uranschicht zum Beschuss der Lithiumdeuterid-Schicht beitragen, kann die erste Fissionstufe sehr viel kleiner ausgef√ľhrt werden. Diese Variante ben√∂tigt deshalb weniger Spaltmaterial 235U oder 239Pu in der ersten Stufe und ist dadurch preiswerter herzustellen. Dieses Design wurde in dem sowjetischen Atomtest ‚ÄěJoe-4‚Äú am 12. August 1953 gew√§hlt. Bei diesem Atomtest wurden durch die innere Fissionsstufe aus 235U 40¬†kT erzeugt, aus der Kernfusion der zweiten Schicht etwa 70¬†kT und aus der Kernspaltung in der dritten Schicht 290¬†kT.

Es handelt sich bei dieser Bauweise nicht um eine reine thermonukleare zweite Stufe, es findet kein eigenst√§ndiges Wasserstoffbrennen statt. Diese kombinierte Fissions-Fusions-Reaktion √§hnelt dem z√ľndenden ‚ÄěSpark-Plug‚Äú einer Teller-Ulam-Konfiguration: Die Kernspaltung des Urans der √§u√üeren Schicht dient der Neutronenmultiplikation, die Fusion dient der Neutronenbeschleunigung. Es wird jedoch nicht ein individuelles Neutron beschleunigt, sondern im Verlauf des Fusionsprozesses wird ein langsames Neutron verbraucht und ein schnelles erzeugt. Die Neutronenbeschleunigung ist notwendig, weil 238U erst mit Neutronen mit einer Mindestenergie von 1,5¬†MeV spaltbar ist.

Weitere Varianten

Neben den oben skizzierten Grundtypen existieren andere Varianten, die nur teilweise umgesetzt wurden:

  • In allen zweistufigen Bomben kann die erste Stufe als geboostete Fissionsbombe ausgef√ľhrt werden, was heute allgemein angewandt wird.
  • Die zweistufige Fissionsbombe hat einen √§hnlichen Aufbau wie die Teller-Ulam-Wasserstoffbombe, statt des Wasserstoff-Sprengsatzes wird jedoch eine zweite Fissionsstufe nach dem Implosionsdesign verwendet. Diese zweite Stufe wird also nicht durch chemischen Sprengstoff implodiert, sondern durch die erste Stufe. Dieses Atombombendesign wurde milit√§risch vermutlich nie umgesetzt. Die Bauart wurde von Ulam f√ľr Atombomben gro√üer Explosionsst√§rke entwickelt; erst nachtr√§glich wurde erkannt, dass sich damit auch Wasserstoffbomben konstruieren lassen. Eine solche zweistufige Fissionsbombe wurde beim ‚ÄěCastle Nectar‚Äú-Test am 13. Mai 1954 gez√ľndet. Wie bei der ersten Stufe gelten die Bedingungen betreffend der kritischen Masse.
  • In allen H-Bomben (teils auch A-Bomben) mit √§u√üerer Uranschicht kann diese auch mit 235U oder 239Pu ausgef√ľhrt werden. So war die US-amerikanische Testbombe ‚ÄěCherokee‚Äú vom 20. Mai 1956 eine thermonukleare Bombe entsprechend dem Teller-Ulam-Design, jedoch wurde die Umh√ľllung des Lithiumdeuterids aus hochangereichertem Uran gefertigt.
  • Ein zylindrisches Uran-Implosionsdesign erscheint m√∂glich und wurde von amerikanischer Seite w√§hrend der H-Bomben-Entwicklung kurz getestet.
  • Moderierte Kernwaffen bestehen aus einer normalen Fissionsbombe, in der allerdings der Spaltstoff nicht aus angereichertem Uran oder Plutonium besteht, sondern aus einem Metallhydrid dieser Stoffe wie UH3. Der in dem Material enthaltene Wasserstoff wirkt auf die Neutronen als Moderator; er bremst sie ab und erh√∂ht damit die Wahrscheinlichkeit, dass sie weitere Atome des Brennstoffs spalten. Dadurch sinkt die kritische Masse erheblich, bei Uran auf bis unter ein Kilogramm. Allerdings ist die Dichte des Spaltstoffs erheblich geringer, weshalb die Bombe ihre Kritikalit√§t nach Einsetzen der Kettenreaktion sehr schnell verliert. Mehrere amerikanische Versuche mit dieser Bauweise waren Fehlschl√§ge: In dem Test ‚ÄěRuth‚Äú (Operation Upshot-Knothole) am 31. M√§rz 1953 erreichte eine auf¬†1,5 bis 3¬†kT gesch√§tzte Atombombe nur eine Sprengkraft von 0,2¬†kT und zerst√∂rte nicht einmal den 100¬†Meter hohen Mast, auf dem sie montiert war. √Ąhnlich verlief der Versuch ‚ÄěRay‚Äú am 11. April 1953, in dem ebenfalls Uranhydrid verwendet wurde, jedoch gemeinsam mit Deuterium.

Kernwaffen mit spezieller Wirkung

Neutronenwaffe

Schematische Darstellung einer Neutronenbombe

Eine Neutronenwaffe (‚Äěenhanced radiation weapon‚Äú) ist eine Wasserstoffbombe mit Deuterium-Tritium-Brennstoff, deren Bauweise im Wesentlichen dem Teller-Ulam-Design √§hnelt. Die Bauart der Waffe ist auf eine maximale Neutronenausstrahlung und einen vergleichsweise geringen Fallout optimiert. Der Amerikaner Samuel T. Cohen entwickelte diese Waffe bereits 1958 und setzte sich massiv f√ľr deren Herstellung ein. Damit konnte er sich erst 1981 unter Pr√§sident Ronald Reagan durchsetzen. Insgesamt 700¬†Neutronensprengk√∂pfe wurden gebaut und unter Reagans Nachfolger George H. W. Bush wieder vernichtet. Im Juni 1980 stellte auch der franz√∂sische Staatspr√§sident Giscard d'Estaing die Entwicklung einer Neutronenbombe durch Frankreich in Aussicht. 1999 verk√ľndete die Volksrepublik China, technisch zum Bau von Neutronenbomben in der Lage zu sein.

Neutronenwaffen werden meist mit einem sehr kleinen primären Fissionssprengsatz gebaut. Beispielsweise hatte der amerikanische Sprengkopf Mk79 eine Sprengkraft von 1 kT, wobei 0,25 kT durch Kernspaltung von Plutonium und 0,75 kT durch Kernfusion freigesetzt wurden. Eine solche Bombe ist auch vergleichsweise klein. Der Sprengkopf enthält nur etwa 10 kg Spaltmaterial und wenige Gramm Deuterium-Tritium-Gas.

Im Vergleich zu einer geboosteten Atombombe befindet sich das Deuterium-Tritium-Gas nicht innerhalb der Kernspaltungsanordnung, sondern au√üerhalb. Dadurch treffen die von der Kernfusion ausgehenden Neutronen nur zu einem kleinen Teil das Spaltmaterial und k√∂nnen zu einem gr√∂√üeren Teil ungehindert entweichen. Um m√∂glichst wenig Neutronenstrahlung zu absorbieren, wird als Umh√ľllung des Fusionssprengstoffs kein Uran verwendet, sondern Wolfram. Auch andere Bauteile werden bevorzugt aus Materialien gefertigt, die schnelle Neutronen wenig absorbieren, wie Chrom oder Nickel. Auch sekund√§re Neutronenquellen k√∂nnen Verwendung finden.

Da aus der Kernfusion im Vergleich zur Kernspaltung besonders viele Neutronen frei werden, k√∂nnte durch diese Anordnung eine Bombe gebaut werden, die bei vorgegebener Sprengkraft sehr viel mehr Neutronen freisetzt als eine normale Fusionsbombe ‚Äď daher der Name. Technisch w√ľrde das Deuterium-Tritium-Gas unter hohem Druck in einer kleinen Kapsel aufbewahrt ‚Äď mit wenigen Zentimetern Durchmesser. Das Gas muss aufgrund der Hochdrucklagerung nicht tiefgek√ľhlt werden.

In der Literatur werden verschiedene, darunter einige m√∂gliche (oder vermutlich einige unm√∂gliche) Bauformen f√ľr Neutronenwaffen diskutiert. Die real verwendete Bauform von Neutronenbomben ist weiter geheim.

Die Neutronenwaffe gilt als taktische Waffe, die Menschen und andere Lebewesen durch Strahlung töten, aber Gebäude weitgehend intakt lassen soll. Die höhere Tödlichkeit bei geringeren strukturellen Schäden ist aber nur relativ zu anderen Kernwaffen zu verstehen. So werden auch bei einer Neutronenbombe noch rund 30 Prozent der Energie als Druckwelle und weitere 20 Prozent als thermische Strahlung abgegeben (bei Atomwaffen herkömmlicher Bauart liegen diese Werte bei etwa 50 Prozent und 35 Prozent). Eine Neutronenwaffe wäre etwa mit der Sprengkraft der Bombe von Hiroshima oder Nagasaki denkbar, allerdings mit weit erhöhten Strahlungsdosen. Die biologische Wirkung von starker Neutronenstrahlung ist weiterhin kaum erforscht.

Bei den taktischen Neutronenwaffen mit f√ľr gew√∂hnlich geringer Sprengkraft ist davon auszugehen, dass im Bereich der t√∂dlichen Strahlung die meisten zivilen (nicht verst√§rkten) Geb√§ude zerst√∂rt werden. Die Effektivit√§t gr√∂√üerer Neutronenwaffen ist umstritten, da die Neutronenstrahlung (vor allem in feuchtem Klima) durch den in der Luft enthaltenen Wasserdampf stark ged√§mpft wird.

Zu den taktischen und politischen Aspekten von Neutronenbomben siehe auch Kernwaffe.

Kobaltbombe

Die Kobaltbombe (auch ‚Äěsalted bomb‚Äú) soll ein Gebiet m√∂glichst stark radioaktiv kontaminieren, um das √úberleben in Bunkern bzw. nach deren Verlassen dauerhaft auszuschlie√üen. Dazu werden gro√üe Mengen Cobalt im Mantel einer Fissions- oder Fusionsbombe verbaut. Es ist jedoch nicht bekannt, dass je eine solche Bombe gebaut wurde.

Das nat√ľrlich vorkommende 59Co wird durch die bei der Explosion entstehenden Neutronen in 60Co umgewandelt. Dieses Isotop hat eine Halbwertszeit von 5,26¬†Jahren und emittiert pro Kernzerfall zwei Gammaquanten hoher Durchdringungsf√§higkeit, verstrahlt also ein Gebiet sehr stark und sch√§digt alles Leben. Neben Cobalt wurde auch das nat√ľrlich vorkommende Tantal-181 diskutiert, das durch Neutronenbeschuss in Tantal-182 mit einer Halbwertszeit von 115¬†Tagen √ľberf√ľhrt wird; es w√ľrde somit ebenfalls f√ľr wenige Jahre extrem starke Strahlung erzeugen. Daneben f√ľhrt auch Zink-64 durch Neutronenbeschuss zu dem radioaktiven Zink-65 mit einer Halbwertszeit von 244¬†Tagen und Gold-197 zu dem radioaktiven Gold-198 mit einer Halbwertszeit von nur 2,69¬†Tagen. Eine ‚ÄěGold‚Äú-Bombe w√ľrde deshalb nur eine vergleichsweise kurzzeitige Kontamination verursachen.

Schmutzige Bomben

Die Bezeichnung ‚Äěschmutzige Bombe‚Äú (engl.: ‚Äědirty bomb‚Äú) oder ‚Äěradiologische Bombe‚Äú bezieht sich auf Waffen, deren Wirkung darauf beruhen soll, radioaktives Material mittels konventioneller Sprengstoffe am Angriffsziel zu verteilen, um die Umgebung zu kontaminieren. Diese Waffen haben entweder nicht gen√ľgend spaltbares Material f√ľr die kritische Masse oder keinen Z√ľndmechanismus.

Eine ‚Äěschmutzige‚Äú Bombe mit Plutoniumf√ľllung w√§re theoretisch in der Lage, zehntausende von Menschen schwer erkranken zu lassen und das Zielgebiet auf Jahrtausende unbewohnbar zu machen. Sie w√§re vermutlich f√ľr Terroristen interessant, die zwar Plutonium beschaffen k√∂nnen, jedoch nur in einer Menge unterhalb der kritischen Masse, und aus technischer Sicht nicht in der Lage w√§ren, den komplizierten Z√ľndmechanismus zu bauen.

Hierbei ist teils strittig, ob plutoniumbasierte ‚Äědirty bombs‚Äú in der Praxis wirklich effektiv w√§ren, da die Aktivit√§t von Plutonium-239 auf Grund der langen Halbwertszeit (etwa 24.000¬†Jahre) gering ist; kurzlebige Isotope wie C√§sium-137 oder Iridium-192 weisen bei gleicher Menge eine deutlich gr√∂√üere Aktivit√§t auf.

Der Begriff ‚ÄěSchmutzige Bombe‚Äú wurde fr√ľher auch f√ľr Kobaltbomben, Bomben mit ‚Äěschmutziger‚Äú zweiter oder dritter Stufe sowie f√ľr in Bodenn√§he gez√ľndete Bomben verwendet.

Literatur

  • Smyth, Henry DeWolf. Atomic Energy for Military Purposes, Princeton University Press, 1945. (Der erste offene Bericht der Regierung der USA √ľber Nuklearwaffen) (Smyth Report)
  • James R. Shepley, Clay Blair jr.: Die Wasserstoffbombe. Der Konflikt - Die Bedrohung - Die Konstruktion. F√ľr die deutsche Ausgabe √ľbersetzt und bearbeitet von Hans Dieter M√ľller, Stuttgart 1955.
  • Egbert Kankeleit, Christian K√ľppers, Ulrich Imkeller: Bericht zur Waffentauglichkeit von Reaktorplutonium Report IANUS-1/1989.
  • Carson Mark, Explosive Properties of Reactor-Grade Plutonium, Science & Global Security, Vol. 4, p.111, 1993
  • Hugh Miall: Nuclear weapons - who's in charge? Macmillan, Basingstoke 1987, ISBN 0-333-44676-3

Quellen

  1. ‚ÜĎ A. Schaper, Arms Control at the Stage of Research and Development? ‚Äď The Case of Inertial Confinement Fusion Science & Global Security, Vol. 2, S. 1‚Äď22, 1991

Weblinks


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