Kjernevåpen. «Atomsopp» fotografert få minutter etter detonasjon under vann. Skyen består av vanndråper som oppstod under eksplosjonen, og som for en stor del inneholder radioaktive atomer.

Anon. begrenset

Kjernevåpen. Overflatesprengning av atombombe i kilotonnklassen. Ildkulen er dekket av glødende støvmasser. De vertikale stripene stammer fra sporraketter som ble skutt ut kort før eksplosjonen. Disse brukes som hjelpemiddel for å måle utbredelsen av trykkbølgen. Fotografiet er tatt med rødfilter.

Anon. begrenset

Atomvåpen, kjernevåpen, kjernefysiske våpen, våpen hvor sprengvirkningen oppnås ved frigjøring av kjerneenergi. De deles i fisjonsvåpen og fusjonsvåpen. I fisjonsvåpen frigjøres energi ved spalting av uran eller plutonium.

Betegnelsene atomvåpen, A-våpen, A-bombe brukes spesielt om denne våpentypen, men til dels også om alle typer kjernevåpen. Fusjonsvåpen er basert på sammensmelting av hydrogenkjerner og omfatter H-bomben (hydrogenbomben) og nøytronbomben.

Karakteristisk for kjernevåpen er de enormt store energimengdene som blir frigjort. For å gi et inntrykk av hvor mye energi det dreier seg om, pleier man å angi våpenets størrelse ved mengden av sprengstoffet TNT som gir samme sprengvirkning som våpenet. Det er TNT som blir brukt i vanlige bomber. Store bomber kan ha en sprengladning på 10 tonn TNT (1 tonn TNT svarer til 4 gigajoule, GJ). Sprengvirkningen av kjernevåpen tilsvarer fra tusener til millioner tonn (kilotonn til megatonn) TNT.

Sprenglegemet i fisjonsvåpen består av en passende mengde av uran 233U eller 235U eller av plutonium 239Pu. Disse nuklidene kalles fissile. De spaltes, fisjonerer, ved innfangning av nøytroner som er frigjort i tidligere fisjoner. Ved hver spalting frigjøres energi. Så lenge det fissile stoffet er spredt over et stort volum med liten konsentrasjon, er det underkritisk. En kjedereaksjon som settes i gang etter fisjon av en enkel kjerne, dør raskt bort, og man får ingen eksplosjon. Men samles nok fissilt stoff innenfor et lite volum, blir det overkritisk. En kjedereaksjon som settes i gang av en tilfeldig fisjon, vil da spre seg eksplosivt under frigjøring av store energimengder. Man kan komme fra underkritisk til overkritisk tilstand ved å føre sammen to eller flere deler som hver for seg er underkritiske, ved å presse en såvidt underkritisk stoffmengde sammen ved en implosjon forårsaket av vanlig sprengstoff, eller ved hjelp av en implosjon å presse hydrogen inn i det fissile materialet og dermed senke den kritiske grensen.

Den kritiske massen for en kule av ren 233U er 7,5 kg, for 235U 23 kg og for 239Pu 5,6 kg. Den energi som blir frigjort ved fullstendig fisjon av ett kg uran eller plutonium, er ca. 9 · 1013 joule (25 gigawatt-timer). Dette svarer omtrent til energien fra 20 000 tonn TNT. Nå vil neppe mer enn 5–10 % av den disponible energien frigjøres ved eksplosjonen. Sprengvirkningen av en 233U- eller 239Pu-bombe nær den kritiske størrelsen vil da svare til 10–20 kilotonn TNT. Fisjonsvåpen vil som regel være av denne størrelsen eller noen få ganger større. Også noen tyngre transuraner (curium, californium, fermium) har isotoper som er fissile. Den kritiske massen kan for disse nuklidene være betydelig mindre. Men fremstillingen er kostbar og tidkrevende. Det er gjort forsøk på å fremstille dem for å benytte dem som tennsatser i fusjonsbomber, men resultatene av slike forsøk er lite kjent.

Fusjonsvåpen kalles også termonukleære våpen fordi prosessen foregår som en termisk reaksjon mellom hydrogenkjerner. Sammensmelting av hydrogenisotopene deuterium, 2H, og tritium, 3H, til alfapartikler, 4He, og frigjorte nøytroner foregår som en forbrenningsprosess som krever en antennelsestemperatur på ca. 50 mill. °C. Denne temperaturen oppnår man ved først å la en fisjonsbombe eksplodere.

Fusjonsvåpnene kan gjøres enormt store. Den største fusjonsbomben som er rapportert sprengt av SSSR (1961), hadde en sprengvirkning på størrelse med 50 megatonn TNT. Nedad er fusjonsvåpnenes størrelse begrenset av fisjonsbomben som antenner dem. Ved en passende blanding av uran eller plutonium og hydrogen blir den kritiske massen redusert betydelig, og sprengvirkningen kan for små fusjonsbomber være under ett kilotonn TNT.

Såkalte "skitne våpen" er ikke egentlig kjernevåpen, men konvensjonelle våpen omgitt av radioaktivt materiale. Hensikten er å spre radioaktivt nedfall ved hjelp av en konvensjonell eksplosjon.  Konstruksjon av slike våpen krever ingen teknikk av betydning ut over ordinær konvensjonell våpenproduksjon, og ved begynnelsen av 2000-tallet er det konkret frykt for at slike våpen kan bli tatt i bruk f.eks. av terroristgrupper. Radioaktivt materiale i større mengder finnes blant annet som avfallsprodukter fra kjernekraftverk.

Utarmet uran er også i stort omfang brukt til produksjon av panserbrytende våpen. Den militære hensikt for slike våpen er konvensjonell, men også bruk av slike våpen vil etterlate større mengder radioaktivt materiale på krigsskueplassen.

Karakteristisk for alle kjernevåpen er den store energiutviklingen som fører til en enorm lokal trykk- og temperaturstigning. Fra eksplosjonsstedet brer trykket seg som en sjokkbølge, det feier bort løst materiale, blåser over ende bygninger osv. Temperaturen under eksplosjonen er mellom 50 og 100 millioner °C. Dette medfører en intens lysstråling og også mye gjennomtrengende ultrafiolett stråling. Strålingen forårsaker antennelse av brennbare stoffer, smelting av metaller, ødeleggelse av liv eller, i større avstander, forbrenninger og øyeskader.

Varmeutviklingen gir en oppadgående luftstrøm, og ny luft strømmer til området utenfra. Dette gir en «pipe-effekt» som i en peis; det oppstår en brannstorm. Brannstormer gir stor røykutvikling, og store mengder røyk og støv stiger opp i atmosfæren. Hvis flere kjernevåpen blir sprengt samtidig, vil støv- og sotlaget hindre solvarmen i å nå ned til Jordens overflate. Følgen er en kraftig nedkjøling, en såkalt kjernevinter eller atomvinter. Ved større bruk av kjernevåpen kan slik nedkjøling påvirke klimaet i flere år, og gi markant negativ påvirkninger av avlinger også i områder som ikke er direkte påvirket av de brukte kjernevåpen.

Sammen med varme- og lysstrålingen kommer gjennomtrengende gamma- og nøytronstråling fra kjernereaksjonene. Gammastrålingen vil umiddelbart gi opphav til kraftige elektriske strømmer ved vekselvirkning med luftens atomer. Disse strømmene produserer elektromagnetiske signaler som kan føre til at elektronisk utstyr blir ødelagt. Se elektromagnetisk puls. Gamma- og nøytronstrålingen gir ellers bare små materielle skader, men også den virker i store doser momentant dødelig. Mindre doser gir strålingssyke. I alvorlige tilfeller medfører strålingssyken døden i løpet av dager eller uker. Nøytron- og gammastrålingen er mye mer gjennomtrengende enn lys- og varmestrålingen og derfor vanskeligere å beskytte seg mot.

I tillegg til den direkte strålingen kommer stråling fra radioaktive stoffer som dannes under eksplosjonen: spaltningsprodukter fra fisjon og stoffer som blir radioaktive ved intens nøytronbestråling. De radioaktive produktene vil dels slå seg ned på bakken hvor aktiviteten kan holde seg i årrekker, dels slynges ut i atmosfæren hvor de raskt sprer seg utover. Langlivede produkter vil fordeles i de øvre luftlag og drive rundt hele jordkloden før de etter hvert blir ført med nedbøren tilbake til Jorden som radioaktivt nedfall, og der blir opptatt av planter eller ført direkte gjennom drikkevannet til dyr og mennesker. Nedfallet etter en fisjonseksplosjon er et av de mest skremmende perspektivene ved kjernevåpen. Man har ingen kontroll over hvor nedfallet vil falle, og i større mengder vil det virke skadelig på hele menneskeheten.

Forskjellige våpentyper blir utviklet med henblikk på bestemt bruk og virkning, og slik at uønskede virkninger så vidt mulig unngås. Kjernevåpnene ble først utviklet som strategiske våpen med det siktemål å ødelegge fiendens totale krigspotensial ved et enkelt eller få angrep. Slike våpen måtte ha stor sprengvirkning og lang rekkevidde. Senere er det utviklet taktiske kjernevåpen i den hensikt å hindre eller begrense spesielle troppebevegelser eller operasjoner. De taktiske våpnene skal ha mer begrenset sprengvirkning.

Ved fisjonsvåpen dominerer sprengvirkningen og virkningen av de radioaktive produktene. Den direkte nøytron- og gammastrålingen blir nesten ufarlig sammenlignet med trykkbølgen og varmestrålingen. Likevel vil det i store avstander være enklere å oppnå betryggende skjerming mot varmestrålingen enn mot gammastrålingen. De radioaktive produktene som slår seg ned omkring eksplosjonsstedet, vil gjøre et større område utilgjengelig de første dagene etter eksplosjonen. Nærmere eksplosjonsstedet vil det bli betraktelige mengder av stoffer med lang halveringstid. Områder som er radioaktivt infiserte, må holdes avsperret inntil aktiviteten er kommet under en betryggende grense. Først etter flere år kan man regne med at aktiviteten er utdødd over hele det infiserte området.

Biologisk virker strålingen fra de radioaktive stoffene på samme måte som nøytron- og gammastrålingen, men fordi stoffene også kan tas opp av organismen gjennom luft, mat og drikke, blir de biologiske langtidsvirkningene mer faretruende. Effekten av det radioaktive nedfallet kan forsterkes ved å omgi sprengladningen med en kappe av et stoff som viser stor radioaktivitet etter nøytronbestråling, f.eks. kobolt (koboltbomben). Aktiviteten vil spre seg i atmosfæren, og dette kan gi katastrofale følger langt utenfor det område der sprengningen har foregått. Men fordi usikre faktorer som vær- og vindforhold bestemmer hvor stoffet vil falle ned og hvem det vil ramme, kan ødeleggelsesvåpnet bli like farlig for den som bruker det som for fienden.

Både spredning av radioaktivt nedfall og radioaktiviteten, som forurenser eksplosjonsområdet i årrekker, er strategisk sett lite ønskede effekter. Det har derfor vært et mål å finne frem til kjernevåpen hvor denne effekten er redusert til et minimum. Dette har ført til utviklingen av fusjonsvåpen.

Store hydrogenbomber gir en sprengvirkning som er 1000 ganger så stor som fisjonsbombens. Men det radioaktive nedfallet vil stort sett skrive seg fra fisjonsbomben som setter fusjonen i gang. Den såkalte rene fusjonsbomben, som ikke skal gi radioaktivt nedfall, har det ikke lykkes å fremstille, men størrelsen av fisjonsbomben som setter i gang fusjonsprosessen, ligger langt under den kritiske størrelsen av en ren fisjonsbombe. En hydrogenbombe med stor sprengvirkning er et rent strategisk våpen. Men det fremstilles også små hydrogenvåpen, beregnet for taktisk bruk. Av spesiell interesse er her kjernevåpen med forsterket strålevirkning, vanligvis omtalt som nøytronvåpen. I disse skriver storparten av sprengvirkningen seg fra fisjons-tennsatsen, mens en vesentlig del av fusjonsenergien, teoretisk 4/5 av denne, føres bort i form av gjennomtrengende nøytronstråling. Også her fører fisjonsprosessen med seg radioaktivt nedfall, og et mindre område omkring eksplosjonsstedet blir ødelagt både av sprengvirkningen og av radioaktivitet for lengre tid. I større avstander blir det en intens nøytronstråling. Mennesker som befinner seg der, blir drept momentant eller angrepet av strålingssyke. Men strålingen avtar raskt med tiden, og få dager etter eksplosjonen vil området ligge åpent tilgjengelig uten å ha fått vesentlige materielle skader. Se også hydrogenbombe.

Det radioaktive nedfall fra "skitne våpen" har samme effekt som annet radioaktivt nedfall. Omfanget av radioaktiv stråling spredt til omgivelsene er vesentlig mindre enn ved bruk av egentlige kjernefysiske våpen, men kan likevel produsere lokale stråledoser som kan gi betydelige helseproblemer. Konvensjonelle våpen inneholdende utarmet uran er brukt i lokale konflikter, bl.a. i Irak, og det er lansert teorier om at helseproblemer soldater fra Irak-krigene har opplevd, kan være knyttet til radioaktiv stråling fra rester av slike våpen.

Biologiske skadevirkninger

Umiddelbart etter at Hahn og Strassmann i januar 1939 hadde offentliggjort sin oppdagelse av fisjon, begynte kjernefysikere verden over å diskutere muligheten av å utnytte den nye energikilden i våpen eller for fredelige formål. Spesielt var de som hadde flyktet eller emigrert fra de totalitære statene i Europa, engstelige for at noen skulle komme de allierte i forkjøpet med utviklingen av et kjernevåpen. Etter initiativ av L. Szilard, en ungarer som hadde arbeidet i Tyskland inntil Hitler kom til makten, henvendte noen av kjernefysikerne seg med A. Einstein som mellommann sommeren 1939 til president Roosevelt og gjorde ham oppmerksom på faren som truet. Samtidig bad de sine kolleger i USA, Storbritannia og Frankrike om å pålegge seg den taushetsplikt de mente var nødvendig for ikke å yte tyskerne bistand. Både i USA og Storbritannia ble det i løpet av 1939 nedsatt spesielle komiteer for å utrede betydningen av de nye oppdagelsene og organisere forskningen. Men frem til 1942 ble det bare gitt mindre bevilgninger til arbeidet, og forskningen som ble drevet, var vesentlig ren grunnforskning for å klargjøre de prosesser som foregikk ved spaltningen av kjernene.

Etter gjentatte henvendelser fra fysikerne ble spørsmålet om produksjon av kjernevåpen tatt opp offisielt på et møte mellom Churchill og Roosevelt i Washington juli 1942. De ble enige om å intensivere arbeidet og besluttet å organisere det som et felles prosjekt med bistand av forskere fra USA og Det britiske samveldet og med forskningen vesentlig konsentrert i USA. Prosjektet fikk betegnelsen Manhattan-prosjektet.

Manhattan-prosjektet var et rent militært prosjekt, og forskerne som ble engasjert eller beordret til å delta i det, måtte underkaste seg de strengeste sikkerhetsbestemmelser. Leder for prosjektet var en yrkesmilitær, general L. R. Groves. Forskningen foregikk dels ved universiteter hvor man alt var engasjert i slik forskning, spesielt ved University of California under ledelse av E. O. Lawrence og ved University of Chicago under ledelse av E. Fermi. Dessuten ble det bygd opp nye forskningssentre i Oak Ridge, Tennessee, for separasjon av 235U, i Hanford, Washington, hvor man bygde reaktorer for produksjon av plutonium, og i Los Alamos på høyslettelandet i New Mexico, der selve utviklingen av bomben foregikk. Leder for Los Alamos-laboratoriet var J. R. Oppenheimer. Blant de mange fremragende fysikere som arbeidet der, kan nevnes H. A. Bethe, E. Fermi, L. W. Alvarez, E. Teller og A. H. Compton. Som medlem av et britisk forskerteam var K. Fuchs, som senere ble dømt for spionasje, knyttet til Los Alamos fra 1944.

16. juli 1945 ble den første bomben prøvd i nærheten av Los Alamos. Bomben var anbrakt på toppen av et ståltårn og ble utløst fra et kontrollrom 9 km borte. Tilskuere befant seg vel 15 km fra eksplosjonsstedet, og lysglimtet som fulgte, kunne iakttas i en avstand av 450 km. Av tårnet som bomben var plassert på, ble bare klumper av smeltet metall tilbake. Samme dag ble to bomber sendt med hurtiggående skip fra San Francisco. Den sjette august ble en av disse sluppet fra fly i stor høyde over andre japanske armés hovedkvarter i Hiroshima, en by med befolkning på ca. 220 000. Av disse ble 66 000 drept og 69 000 sterkt skadd. Over 6 km2 av byen ble komplett ødelagt. Bare 30 av byens 300 leger var i en slik forfatning at de kunne yte legehjelp, og 27 av 33 brannstasjoner var ødelagt. Sprengvirkningen ble anslått til 20 kilotonn TNT, 2000 ganger de bombene som tidligere hadde vært brukt. Tre dager senere ble en tilsvarende bombe sluppet over industrisenteret i Nagasaki. Av en befolkning på 155 000 ble her 36 000 drept og 40 000 skadd. Dagen etter kapitulerte Japan.

For å hindre tyskerne i å fremstille kjernevåpen satte de allierte under krigen i gang en rekke tiltak. Blant disse kan nevnes av sprengningen av Norsk Hydros anlegg for produksjon av tungtvannRjukan (tungtvannsaksjonen), og senkingen av fergen Hydro, som hadde en last med tungtvann om bord.

Da krigen sluttet, satte de allierte i gang en intens etterforskning for å finne ut hvor langt tyskerne var kommet med fremstilling av kjernevåpen. De ledende kjernefysikerne, blant disse W. Heisenberg og  C. F. von Weizsäcker, ble internert i England. Det viste seg at tyskerne på dette området lå langt etter de allierte. De tyske myndighetene hadde tidlig vist langt større interesse for de nye oppdagelser enn de allierte gjorde. Men i Tyskland hadde fysikerne istedenfor å konsentrere seg om fremstilling av en bombe, tatt sikte på utvinning av kjerneenergi og gitt inntrykk av at det var et nødvendig mellomledd for å realisere våpnene. Det er uklart om dette var en feilvurdering, eller skyldtes motvilje hos de ansvarlige fysikerne mot å stille et masseødeleggelsesvåpen til disposisjon for Hitler.

I årene etter krigen fortsatte man fremstilling og utvikling av fisjonsbomber i Los Alamos som et felles prosjekt for USA og Storbritannia, men etter hvert trakk Storbritannia seg ut av samarbeidet som de hadde liten innflytelse over, og gikk i gang med sine egne forsøk. De første britiske bombene ble prøvd 1952.

Allerede august 1949 hadde SSSR foretatt prøver med kjernefysiske bomber. Dette resulterte i at USA for alvor tok opp arbeidet med utviklingen av fusjonsvåpen, som man regnet med ville ha enda langt større virkning. Leder for dette arbeidet var E. Teller. En rekke av de fysikerne som hadde deltatt i utviklingen av de første bombene, tok kraftig til motmæle mot det nye våpenet. Noen av dem stilte seg igjen til disposisjon for utviklingsarbeidet da USA ble innblandet i Korea-krigen. Den første prøven med fusjonsvåpen ble foretatt i oktober 1952. Knapt et år senere ble tilsvarende prøver foretatt i SSSR. I 1960 foretok Frankrike sine første prøver med fisjonsbomber og 1964 ble det foretatt tilsvarende prøver i Kina. Den største kjernefysiske bombe som er sprengt, ble prøvd av SSSR 1961. Det var en fusjonsbombe med en sprengvirkning på vel 50 megatonn TNT. På den tiden var utviklingen av små taktiske kjernevåpen i gang. I 1958 hadde S. T. Cohen lagt frem planer for forsvarsstaben i USA om å utvikle våpen med forsterket strålevirkning, og i 1963 ble de første prøvesprengninger med nøytronvåpen foretatt i Nevada-ørkenen.

Fremstillingen av kjernevåpen har vært betraktet som en militær hemmelighet i alle de land som har befattet seg med det. Kjennskap til virkemåte og konstruksjon er likevel blitt alminnelig kjent som en del av den allmenne kunnskap i kjernefysikk. Teknologisk utvikling sammen med spionasje for å klarlegge tekniske detaljer har ført til at de fleste land som måtte ønske det, kan fremstille egne kjernevåpen. En vesentlig hindring er likevel tilgjengelighet på fisjonsmateriale, 235U eller 239Pu, av tilstrekkelig renhet, da all omsetning av dette er underkastet internasjonal kontroll. Det vil derfor i første rekke være de landene som selv har reaktorer og fremstiller plutonium som et biprodukt, som har muligheten for å produsere fusjonsvåpen. Det regnes med at flere land etter hvert har skaffet seg fisjonsvåpen, i tillegg til de fem såkalte atom-maktene som i 1964 hadde foretatt prøvesprengninger.

Foreslå endringer i tekst

Foreslå bilder til artikkelen

Kommentarer

Har du spørsmål til artikkelen? Skriv her, så får du svar fra fagansvarlig eller redaktør.

Du må være logget inn for å kommentere.