Nordkoreanske myndigheter distribuerte i slutten av juli dette bildet som skal vise nok en prøveoppskyting av et interkontinentalt ballistisk missil av typen Hwasong-14. (Bilde: AP/NTB Scanpix)

KJERNEVÅPEN

Slik fungerer kjernevåpen

Det antas at Nord-Korea kan ha opptil 20 fungerende atombomber.

Denne uken truet Nord-Korea med å bombe det amerikanske øyterritoriet Guam. Det er bare siste ledd i en allerede opphetet verbal kamp mellom de to landene. En kamp som i ytterste konsekvens, hvis kjernevåpen mot formodning ble tatt i bruk, vil få enorme følger for hele verden

Det er to hovedtyper kjernevåpen, eller atomvåpen, om man vil. Den første våpentypen er basert på deling, det vil si fisjon, av tunge atomkjerner. Det er slike våpen Nord-Korea har og som de når truer andre land med. Den andre typen er basert på fusjon av lette atomkjerner i form av hydrogenisotoper. Slike fusjonsbomber kan bygges mye kraftigere enn fisjonsbomber.

Det antas at Nord-Korea arbeider med å skaffe seg slike.

Det første våpenet som amerikanerne utviklet i Manhattanprosjektet under den andre verdenskrig, og som vi tradisjonelt har kalt atombomber eller A-bomber, er basert på at tunge atomkjerner som uranisotopen U235, eller plutonium, fisjonerer, altså spaltes opp.

Såkalte fisjonsvåpen er altså den den «enkle» kjernevåpenvarianten som Nord-Korea har utviklet.

Løper løpsk

Hvis det blir nok såkalt fissilt materiale, det vil si over en kritisk grense, så starter en kjedereaksjon. Det vil si at prosessen er selvopprettholdende, og i kjernevåpens tilfelle eksplosivt voksende.

Radioaktive materialer har alltid en naturlig nedbrytningsprosess, målt i såkalt halveringstid, som er tiden det tar før halvparten av materialet er omdannet til lettere elementer ved radioaktivt henfall. Fisjon er en sjelden form for radioaktivitet, hvor spalting av atomkjerner frigjør nøytroner med høy energi samt andre former for stråling. Hvis det samles nok slikt materiale på et sted, så løper prosessen løpsk. Det oppstår en kjedereaksjon. Den kritiske massen for en plutoniumkule er 16 kilo.

Kjedereaksjon: Idealisert kjernefisjon splitter atomkjerner av uran eller plutonium ved at hver kjerne sener ut flere nøytroner når den treffes av en.
Kjedereaksjon: Idealisert kjernefisjon splitter atomkjerner av uran eller plutonium ved at hver kjerne sener ut flere nøytroner når den treffes av en. Foto: FFI

De frigjorte nøytronene i en kjedereaksjon kolliderer med de tunge atomkjernene og det frigjøres enormt mye energi ekstremt hurtig.

Teller man fra den første atomkjernen som deler seg og slipper løs nøytroner kan antallet fisjoner doble seg hundre ganger på et mikrosekund, men en slik kjernefysisk reaksjon går ikke bare langs en akse. Den sprer deg vilt til det er slutt på det fissile materialet, eller til prosessen stopper fordi systemet ikke lenger er kritisk og alle de frie nøytronene har unnsluppet eller reagert.

En slik voldsom eksplosjon er målet for fisjonsvåpen, men den samme prosessen kan utnyttes i et kjernekraftverk hvor man kontrollerer hastigheten på prosessen ved å bremse nøytronenen med vann (og i noen tilfeller grafitt, tungtvann eller andre stoffer). Bremsede nøytroner i termisk likevekt med omgivelsene kalles termiske nøytroner, og har høy sannsynlighet for å utløse en fisjon i møte med en uran- eller plutoniumkjerne.

Over kritisk masse

For å få en fisjonsprosess i gang, kan man skyte en del fissilt materiale inn i en annen del, eller komprimere det fissile materialet til det når kritisk masse. Til begge prinsipper kreves konvensjonelt sprengstoff som fungerer som en slags «tenner». Dette setter også en praktisk øver grense på hvor kraftig en fisjonsbombe kan bli uten at den «selvantenner». Slike våpen kan få en sprengkraft på 500 kilotonn, men er i praksis lagt svakere.

Betegnelsen kilotonn tar utgangspunkt i hvor mange tonn TNT som trengs for å oppnå samme sprengkraft. At dette er effektivt kan man se av at en komplett detonasjon av en kilo plutonium kan produsere like mye sprengkraft som 20 000 tonn TNT, selv om dette er langt fra det teoretiske energiinnholdet. Likevel er dagen bomber svært mye mer effektive enn i de to første fisjonsbombene som ble brukt i slutten av andre verdenskrig over Hiroshima og Nagasaki.

Den type fisjonsbomber det er rimelig å anta at Nord-Korea har er av en mye mer avansert type enn de som amerikanerne bruke over Japan. Det var enorme bomber som trengte store B29 bombefly for å bli levert over målet. Under den kalde krigen ble det utviklet fisjonsbomber som var så små at de kunne leveres med kanoner og små raketter. De bombene Nord-Korea har utviklet antar man har en diameter på rundt 60 cm. Detet gjør at de kan leveres med de kort- og langtrekkende rakettene de har utviklet.

Fusjon

Den andre typen kjernevåpen er veldig forskjellig fra fisjonsvåpen. Her handler det ikke om å spalte tunge atomkjerner, men å få lette kjerner i form av hydrogenisotoper (deuterium og tritium) til å smelte sammen, eller fusjonere, til helium. Det neste elementet i det periodiske system. Det vil si akkurat den prosessen som gir sola og stjernene energi.

Fusjonsvåpen er mer energirike per vektenhet enn fisjonsvåpen, og de har ikke den begrensingen i form av kritisk masse. Dessuten er uran svært tungt og hydrogen svært lett. Derfor kan de lages nesten ubegrenset store.

Det er ikke lett å få startet en fusjonsprosess basert på hydrogenisotopene deuterium, som har et nøytron i kjernen i tillegg til protonet, og tritium som har to.

Reduksjon: Selv om antallet kjernevåpen er svært høyt ennå har det skjedd en stor reduksjon siden 2008
Reduksjon: Selv om antallet kjernevåpen er svært høyt ennå har det skjedd en stor reduksjon siden 2008 Foto: Shannon N. Kile and Hans M. Kris

Det kreves enormt trykk og voldsom temperatur for å starte fusjonsprosessen. Det har man på solen, men for å gjenskape prosessen i en bombe benytter man en fisjonsbombe som tenner. Denne startbomben får hydrogenisotopene til å implodere. Dét, sammen med alle nøytronene som utløses, skaper de betingelsene som trengs for å få i gang fusjonen. De nøytronrike omgivelsene i denne prosessen muliggjør også en ytterligere økning av fisjonsprosessen, hvilket er grunnen til at fisjon kan bidra med rundt halvparten av sprengkraften i mange fusjonsvåpen.

En fusjonsbombe gjennomgår eksplosjonen på typisk 600 milliarddel av et sekund. 550 milliarddeler går med for at fisjonsbomben skal implodere og så bruker fusjonsprosessen 50 milliarddeler.

Verdens første fusjonsbombe, eller H-bombe som den også kalles etter hydrogenisotopene, var amerikanske «Ivy Mike» som ble sprengt i 1952. Den brukte nedkjølt flytende deuterium og hadde en sprengkraft på 10,4 megatonn. Den skapte et 50 meter dypt krater med en diameter på 3 kilometer.

Ni år senere detonerte Sovjetunionen en 50 megatonn bombe. Den største amerikanerne har prøvesprengt var på 15 megatonn.

Mange

I dag er det ni stater rundt om i verden som til sammen antas å ha 14 935 atomvåpen. Det er et høyt tall, men i 2008 var tallet rundt 25 000. Ingen av atomstatene ønsker å gi slipp på arsenalene sine, men vil bruke penger på utvikling og modernisering. USA planlegger å bruke mellom 230 og 290 milliarder dollar på å oppgradere og vedlikeholde sine atomvåpen og tilhørende infrastruktur de neste 25 årene i følge Arms Control Association.

Reduksjon: Selv om antallet kjernevåpen er svært høyt ennå har det skjedd en stor reduksjon siden 2008
Reduksjon: Selv om antallet kjernevåpen er svært høyt ennå har det skjedd en stor reduksjon siden 2008 Foto: Shannon N. Kile and Hans M. Kris

Det at fusjonsprosessen er så vanskelig å få til å starte, om man ikke bruker en fisjonseksplosjon som tenner, har gjort det særdeles utfordrende å utnytte fusjon til kraftproduksjon. Selv om man har forsket på dette siden man begynte med fusjonsbomber er det ennå ingen prosess som fungerer i praksis.

Men det betyr ikke at mange ikke fortsetter å prøve og det testes ut mange ulike prinsipper. Det store internasjonale samarbeidet rundt ITER-reaktoren i Frankrike, hvor man kontrollerer et hydrogenplasma magnetisk, håper man skal bli den første prosessen som gir et positivt energitilskudd. Ideen er at dette skal gi erfaringer nok til at man kan starte kommersiell kraftproduksjon basert på fusjon. I så fall utnytter man det samme drivstoffet som driver stjernene i universet og man får tilgang til et uuttømmelig brennstoff som vil være lite forurensende.

Spørsmålet er om man kommer i havn tidsnok før sol og vindenergi blir så billig at det ikke vil være mulig å konkurrere med den nye formen for kjernekraft.

Kommentarer (11)

Kommentarer (11)