Kriege, Schlachten und bewaffnete Konflikte

Atomwaffe - Waffenmontage, Implosion und Boosten

Waffenmontage ,Implosion underhöhen

Um eine nukleare Explosion zu erzeugen, müssen unterkritische Massen von spaltbarem Material schnell zu einer überkritischen Konfiguration zusammengesetzt werden. Das einfachste Waffendesign ist die reine Spaltpistolen-Montagevorrichtung, bei der ein explosives Treibmittel verwendet wird, um eine unterkritische Masse über einen „Waffenlauf“ in eine andere unterkritische Masse abzufeuern. Plutonium kann nicht als spaltbares Material in einer Pistolenmontagevorrichtung verwendet werden, da die Montagegeschwindigkeit in dieser Vorrichtung zu langsam ist, um die hohe Wahrscheinlichkeit auszuschließen, dass eine Kettenreaktion durch spontane Neutronenemission "vorinitiiert" und dadurch ein Sprengstoff erzeugt wird Ausbeute von nur wenigen zehn Tonnen. Daher werden Waffen zum Zusammenbau von Waffen aus hochangereichertem Uran hergestellttypischerweise mehr als 80 Prozent Uran-235.

Die andere Hauptmontagemethode ist die Implosion, bei der eine unterkritische Masse spaltbaren Materials durch einen chemischen Hochexplosivstoff zu einer dichteren kritischen Masse komprimiert wird. Das spaltbare Material ist typischerweise Plutonium oder hochangereichertes Uran oder ein Verbundstoff aus beiden. In der einfachsten Ausführung ist ein kugelförmiger spaltbarer Kern von einem Reflektor (auch als Stampfer bekannt) umgeben, der wiederum von dem chemischen Hochexplosivstoff umgeben ist. Andere Geometrien werden verwendet, bei denen der Durchmesser des Geräts klein gehalten werden muss, um beispielsweise in eine Artillerie- Granate oder eine Rakete zu passenGefechtskopf - oder wo höhere Erträge gewünscht werden. Um eine gegebene Ausbeute zu erhalten, wird für eine Implosionswaffe erheblich weniger spaltbares Material benötigt als für eine Pistolenmontagevorrichtung. Eine Implosionsspaltungswaffe mit einer Explosionsausbeute von einem Kilotonnen kann mit nur 1 bis 2 kg (2,2 bis 4,4 Pfund) Plutonium oder mit etwa 5 bis 10 kg (11 bis 22 Pfund) hochangereichertem Uran hergestellt werden.

Verfeinerungen des grundlegenden Implosionsdesigns kamen zuerst durch Operation Sandstone, eine amerikanische Testreihe, die im Frühjahr 1948 durchgeführt wurde. Bei drei Tests wurden Implosionskonstruktionen einer zweiten Generation verwendet, die Verbund- und Schwebekerne enthielten. Der Verbundkern bestand aus konzentrischen Schalen aus Uran-235 und Plutonium-239, was eine effizientere Verwendung dieser spaltbaren Materialien ermöglichte. Eine höhere Kompression des spaltbaren Materials wurde durch Schweben des Kerns erreicht, dh durch Einführen eines Luftspalts in die Waffe, um eine höhere Ausbeute bei gleicher Menge an spaltbarem Material zu erzielen.

Amerikanische Tests während Die Operation Ranger umfasste Anfang 1951 Implosionsgeräte mit Kernen, die einen Bruchteil einer kritischen Masse enthielten - ein Konzept, das 1944 während des Manhattan-Projekts entwickelt wurde . Im Gegensatz zum ursprünglichen Fat Man-Design waren diese "fraktionierten kritischen" Waffen darauf angewiesen, den spaltbaren Kern auf eine höhere Dichte zu komprimieren, um eine überkritische Masse zu erzielen und dadurch mit weniger Material nennenswerte Ausbeuten zu erzielen.

Eine andere Technik zur Erhöhung der Ausbeute einer Spaltungsexplosion wird als Boosten bezeichnet. Boosting bezieht sich auf einen Prozess, bei dem Fusionsreaktionen als Quelle von Neutronen verwendet werden, um Spaltungen mit einer viel höheren Geschwindigkeit zu induzieren, als dies mit Neutronen allein aus Spaltkettenreaktionen erreicht werden könnte. Der amerikanische Physiker Edward Teller erfand das Konzept Mitte 1943. Durch Einbau von Deuterium und Tritium in den Kern des spaltbaren Materials wird aus einer bestimmten Menge spaltbaren Materials eine höhere Ausbeute erzielt - oder alternativ wird die gleiche Ausbeute mit a erzielt kleinere Menge. Der vierte amerikanische Test vonDie Operation Greenhouse am 24. Mai 1951 war der erste Proof-Test eines Booster-Designs. In den folgenden Jahrzehnten waren ungefähr 90 Prozent der Atomwaffen in den amerikanischen Lagerbeständen auf Boosting angewiesen.

Prinzipien von thermonukleare (Fusions-) Waffen

Der Fusionsprozess

Kernfusion ist das Verbinden (oder Verschmelzen) der Kerne zweier Atome zu einem einzigen schwereren Atom. Bei extrem hohen Temperaturen - im Bereich von mehreren zehn Millionen Grad - können sich die Kerne von Wasserstoffisotopen (und einigen anderen leichten Elementen) leicht zu schwereren Elementen verbinden und dabei beträchtliche Energie freisetzen - daher der Begriff Wasserstoffbombe . Bei diesen Temperaturen reicht die kinetische Energie der Kerne (die Energie ihrer Bewegung) aus, um die elektrostatische Abstoßungskraft mit großer Reichweite zwischen ihnen zu überwinden, so dass die Kerne nahe genug beieinander liegen können, damit die starke Kraft mit geringerer Reichweite anzieht und verschmelzen die Kerne - daher der Begriff thermonuklear. Bei Kernwaffen werden die erforderlichen Temperaturen und die Dichte der Fusionsmaterialien durch eine Spaltungsexplosion erreicht.

Deuterium und Tritium , die Isotope von Wasserstoff sind, liefern ideale Wechselwirkungskerne für den Fusionsprozess. Zwei Deuteriumatome mit jeweils einem Proton und einem Neutron oder Tritium mit einem Proton und zwei Neutronen verbinden sich während des Fusionsprozesses zu einem schwereren Heliumkern , der zwei Protonen und entweder ein oder zwei Neutronen aufweist. Tritium ist radioaktiv und hat eine Halbwertszeit von 12,32 Jahren. Das hauptsächliche thermonukleare Material in den meisten thermonuklearen Waffen ist Lithium- 6-Deuterid, eine feste chemische Verbindung , die bei normalen Temperaturen keinen radioaktiven Zerfall erfährt. In diesem Fall wird das Tritium in der Waffe selbst durch Neutronenbeschuss des Lithium-6-Isotops im Verlauf der Fusionsreaktion erzeugt. Bei thermonuklearen Waffen kann das Fusionsmaterial direkt in den spaltbaren Kern (oder in dessen Nähe) - beispielsweise in die Vorrichtung mit verstärkter Spaltung - oder außerhalb des spaltbaren Kerns oder in beides eingebaut werden.