Splijtingsbommen en fusiebommen

Het ontwerp van de verschillende typen kernwapen die na de Tweede wereldoorlog werden ontwikkeld berust op het inzicht dat zowel bij splijting van zeer zware atoomkernen zoals die van uranium en plutonium als van fusie van heel lichte atoomkernen (waterstofisotopen) uitzonderlijk veel energie vrij komt.

De klassieke 'atoombom' is een puur splijtingswapen. Zij dankt haar explosieve kracht aan de nagenoeg momentane splijting van een paar kilo uranium of plutonium die op het bedoelde moment wordt ingeleid door een plotselinge neutronenpuls uit een initiator of een elektronische neutronengenerator. Omdat bij de splijting van uranium of plutonium ook zelf weer neutronen vrijkomen kan zo'n korte neutronenpuls een lawine van splijtingen (een kettingreactie) teweegbrengen. Voorwaarde is dat per tijdseenheid binnen de splijtbare massa meer werkzame neutronen vrijkomen dan er aan de buitenkant ontsnappen naar de omgeving. Anders gezegd: de bedoelde lawine kan alleen optreden als de massa groter is dan de zogeheten kritische massa. In het oudste en meest primitieve ontwerp voor een kernbom werden twee subkritische massa's uranium-235 met gewone explosieven in elkaar geschoten tot de gezamenlijke massa superkritisch was. Voor de al heel snel meer gangbaar geworden plutoniumbom, die plutonium-239 als splijtbaar materiaal gebruikt, was die oplossing niet geschikt omdat plutonium-239 vaak is verontreinigd met plutonium-240 dat makkelijk spontaan splijt en tot een voortijdige ontsteking zou kunnen leiden. Voor plutonium werd het implosiemechanisme ontwikkeld. Een subkritische bol plutonium wordt daarbij door een omhulling van conventionele springstoffen (geordend in zogeheten explosieve lenzen) die simultaan tot explosie komen zozeer samengeperst en verdicht dat hij superkritisch wordt. In de eerste ontwerpen waren de plutoniumbollen hol, later werden zij massief met hoogstens een kleine uitsparing voor de initiator. Tussen plutonium en springstof bevindt zich meestal een zware laag inert metaal, de tamper, die de impuls van de conventionele explosie overdraagt op het plutonium. Direct om het plutonium bevindt zich een neutronenreflector (meestal beryllium) die het weglekken van neutronen naar de omgeving beperkt. Hoe beter de reflector, hoe kleiner de kritische massa. De veel vernietigender 'waterstofbom' ontleent zijn kracht voor een groot deel aan de fusie van de waterstofisotopen deuterium (D) en tritium (T) die met hulp van een klassieke atoombom tot stand wordt gebracht. Tot begin 1980 is het ontwerp van de waterstofbom geheim gebleven, al had ontwerper Edward Teller het voornaamste clou al impliciet in de Encyclopedia Americana van 1971 onthuld. Het fusiemateriaal van de waterstofbom is niet concentrisch binnen of buiten een bol van splijtstof gebracht maar bevindt zich daarvan volkomen gescheiden. In het novembernummer (1979) van het Amerikaanse blad 'The progressive' gaf journalist Howard Morland meer details, kernfysici hebben zijn reconstructie sterk verbeterd en aangevuld (zie 'La recherche', september 1984). De atoombom en de door haar te ontsteken fusiebom zijn elk geplaatst in het brandpunt van een holle ellipsoïde die uit zwaar uranium-238 bestaat. De fusiebom wordt door de röntgenstraling van de atoombom ontstoken. Als de atoombom ontploft reflecteert die röntgenstraling tegen de binnenkant van de ellipsoïde en bundelt zich op de zeer speciale omhulling van het fusiemateriaal (de ablator) die de straling effectief absorbeert en daardoor zo sterk opwarmt dat hij bijna momentaan verdampt. Dit brengt de voor de fusie noodzakelijk verdichting en verhitting van de fusiestof teweeg. Die stof blijkt in hoofdzaak te bestaan uit vast lithiumdeuteride (LiD). Uit lithium-6 ontstaat onder neutronenbestraling de waterstofisotoop tritium die, fuserend met deuterium, opnieuw neutronen kan vrijmaken. Daardoor kan de fusiereactie zichzelf net zo in stand houden als een splijtingsreactie. In praktijk wordt toch ook al vooraf een flinke hoeveelheid tritium in de fusiestof opgenomen, dan wordt de brandstof aangeduid met LiDH. Atoombom en fusiebom zijn stevig opgehangen in een vulling van plasticschuim (polyurethaan of polystyreen) dat net snel genoeg verandert in een geïoniseerd, heet gas (een plasma) om de röntgenstraling te laten passeren. Ook de talrijke zeer snelle neutronen die wat later bij de fusie ontstaan, ondervinden van het plasma bijna geen hinder. Ze bereiken de zware mantel van uranium-238 net voordat die door de atoombom wordt uiteengescheurd en brengen daar een formidabele splijtingsreactie teweeg die de helft van de 'yield' van de bom voor zijn rekening neemt. Goedbeschouwd is de waterstofbom dus een splijting-fusie-splijting wapen te noemen. Een fission-fusion-fission bom. De fusiebom is in de hier beschreven configuratie een uitgesproken 'vuile' bom omdat de splijtende mantel van uranium-238 uitzonderlijk veel radioactief afval produceert. In de beruchte neutronengranaat (het enhanced radiation weapon) is die mantel juist weggelaten en zijn ook aanvullende voorzieningen getroffen om de fusie-neutronen zo min mogelijk in de weg te leggen. Het aandeel tritium in de fusiestof is verhoogd. (Daardoor verouderen die granaten, want tritium is niet stabiel.) In essentie is een neutronengranaat een vereenvoudigde fusiebom: een fission-fusion bom. Al decennia lang probeert men een nòg eenvoudiger fusiebom te ontwerpen, een pure fusie bom die het ook nog zonder voorafgaande splijting zou kunnen stellen. Een bom dus waarbij het fusiemateriaal uitsluitend door conventionele explosieven wordt ontstoken. Met wat goede wil zou zo'n bom een 'schone bom' genoemd kunnen worden. Tot op heden is men er aan Westerse zijde niet in geslaag een werkende pure fusie bom te produceren, maar er gaan vage geruchten dat dit Russische technici wel gelukt is. Sinds kort worden die geruchten in verband gebracht met het magische red mercury, onder meer door de gepensioneerde wapenontwerper Sam Cohen (de 'vader van de neutronenbom'). Op volstrekt onopgehelderde wijze zouden conventionele springstoffen zoveel energie uit red mercury kunnen vrijmaken dat deze stof een fusiemateriaal tot ontsteking zou kunnen brengen (zie New Scientist, 29 april 1995). In andere, niet minder speculatieve beschouwingen krijgt red mercury een functie in de miniaturisering van de klassieke implosiebom die overigens nu al zo klein is dat hij door een kanon kan worden verschoten. Red mercury, als capsules onder gebracht in de conventionele explosieven, zou het effect daarvan zozeer versterken dat geen tamper of reflector meer nodig is (International Defense Review 6/1994). Ja, zelfs zou een initiator weg kunnen blijven. In weer andere berichten heet het dat red mercury toepassing vindt in de ontstekers die de conventionele springstof tot detonatie brengen. Om dan maar àlle mogelijkheden te noemen: red mercury zou natuurlijk ook nog als ablator kunnen worden gebruikt