Kan atomvåpen ødelegge jorda?

Amerikansk B61-bombe. Denne bomben ble utviklet på 1960-tallet for åslippes fra fly og er fremdeles i bruk. (Kilde: Wikimedia Commons/US gov)

De av oss som vokste opp på 1980-tallet, har hørt mye om atomvåpen, eller kjernevåpen som de også kalles. Men hva er de egentlig? Stemmer det at det finnes nok kjernevåpen i verden til å ødelegge jorda flerfoldig ganger?

Ettersom Norge ikke er en kjernevåpenstat, og Ikke-spredningsavtalen (NTP) begrenser hvor mye informasjon vi kan få fra de statene som faktisk har slike våpen, vet heller ikke vi detaljene om hvordan slike våpen er bygd opp. Men det grunnleggende er godt kjent, og det er det jeg skal gå gjennom her.

Innlegget er skrevet av Elin Enger, forsker ved Forsvarets Forskningsinstitutt

Kjernen er kjernefysikk: Vi trenger noe som er «fissilt» og «fisjonerbart»

Fisjon: Når et nøytron treffer en U-235-kjerne, blir den spaltet og sender ut flere nye nøytroner. Jo flere urankjerner det er og jo tettere sammen de ligger, jo større er sannsynligheten for at disse nøytronene treffer nye kjerner.

Alle kjernevåpen er basert på prinsipper fra kjernefysikken om fisjon og fusjon. Kort sagt er det de middels tunge atomkjernene som er mest energieffektive. I fisjon blir energi frigjort ved at store atomkjerner splittes opp til mindre, mens i fusjon frigjøres energi når små kjerner smelter sammen til større.

Et grunnstoff er definert ut i fra hvor mange protoner det finnes i kjernen, men antallet nøytroner kan variere, og en spesifikk variant av et grunnstoff med et bestemt antall nøytroner kalles en isotop. En del kjerner har den egenskapen at de kan bli splittet i to dersom de blir truffet av et nøytron med riktig hastighet. Isotoper med denne egenskapen kalles fisjonerbare. Under en fisjon blir det frigjort energi, og også noen ekstra nøytroner.

Uranisotopen U-235 (med 143 nøytroner i kjernen i tillegg til de 92 protoner alle uranisotoper har), er svært viktig for både kjernekraft og kjernevåpen. Det spesielle med U-235 er at nøytroner i alle hastigheter kan få U-235-kjernene til å fisjonere. Dermed har alle nøytronene som sendes ut fra en U-235-fisjon evnen til å splitte andre U-235-kjerner. Stoffer som har denne egenskapen, kalles fissile materialer.

Dersom man har en tilstrekkelig mengde U-235, en såkalt kritisk masse, vil en spaltning av en kjerne gi opphav til en såkalt kjedereaksjon, der nøytronene fra den første kjernen treffer nye kjerner som også spaltes og sender ut nøytroner, som igjen treffer enda flere kjerner. Ettersom tiden mellom hver spaltning er svært kort, fører dette til at ekstremt mye energi blir frigjort nesten øyeblikkelig, i en enorm eksplosjon.

I en atomreaktor utnytter man den samme typen kjedereaksjoner, men på en kontrollert måte. Ved å bruke en blanding av fissile og fisjonerbare stoffer og i tillegg regulere avstanden mellom brenselselementene som inneholder fissilt materiale, kan man kontrollere kjedereaksjonen slik at den går langsommere, og ikke fører til noen eksplosjon. Det går også an å tilsette stoffer som kan absorbere nøytroner. Energien som blir frigjort, kan dermed utnyttes til for eksempel å produsere strøm.

I tillegg til U-235 finnes det en annen uranisotop, U-233, som også er fissil, og flere isotoper av plutonium. Plutonium finnes, i motsetning til uran, ikke i naturen, men kan produseres ved nøytronbestråling av uran, f.eks. i en reaktor. Den plutoniumisotopen som regnes som mest egnet for kjernevåpen er Pu-239, som kan produseres ved bestråling av uranisotopen U-238. U-233 er svært uvanlig i naturen, men den kan også produseres i reaktorer ved bestråling av thorium.

Hvordan et kjernevåpen virker

Kjedereaksjon: Dersom hver spaltet urankjerne sender ut to nøytroner
som spalter hver sin nye urankjerne, får vi en kjedereaksjon der
antallet spaltete kjerner øker veldig raskt.

Å lage en atombombe er i prinsippet veldig enkelt. Det er bare å samle sammen en tilstrekkelig mengde fissilt materiale, sende inn et nøytron eller to, og så smeller det. Veldig.

Å lage en atombombe er i prinsippet enkelt. Det er bare å samle sammen en tilstrekkelig mengde fissilt materiale, sende inn et nøytron eller to, og så smeller det. Veldig.

Heldigvis er det ikke like enkelt i praksis. For at man skal få en eksplosjon, må det fissile materialet gå fra en underkritisk til en overkritisk masse på en brøkdel av et sekund. For å få til dette, brukes eksplosiver, enten for å føye samme to mindre biter til en, eller for å komprimere en klump til høyere tetthet. Ved høyere tetthet øker sannsynligheten for at et utsendt nøytron fra en kjerne treffer en annen kjerne, og man får en kritisk masse med mindre fissilt materiale. Siden fissile materialer er dyrt, er det nok stort sett den siste teknikken, som kalles implosjon, som brukes i dag.

Fisjonen ble oppdaget i 1930-åra. Allerede før andre verdenskrig startet, hadde det gått opp for mange fysikere at fisjon kunne brukes til å produsere våpen. For å gjøre dette om fra teori til praksis, krevdes det imidlertid svært mye praktisk forskning, både på egenskapene til de fissile materialene, separering av U-235 og produksjon av plutonium, og ingeniørarbeid for å konstruere alle de andre komponentene i bombene. USAs kjernevåpenprosjekt, kalt Manhattanprosjektet, lyktes i å produsere verdens første kjernefysiske eksplosjon i en prøvesprengning i Nevadaørkenen i juli 1945. Dette ble, som de fleste kjenner til, raskt fulgt opp av to bomber mot byene Hiroshima og Nagasaki. Disse to bombene er heldigvis fremdeles de eneste kjernefysiske våpnene som har blitt brukt i krig.

Verden mekker seg bomber…

Etter andre verdenskrig fortsatte kjernevåpenutviklingen i høyt tempo, og flere stater hengte seg på i kappløpet. Sovjetunionen var den første av disse som lyktes i å gjennomføre en prøvesprengning (1949), deretter fulgte Storbritannia (1952), Frankrike (1960) og Kina (1964). På slutten av 1960-tallet ble den internasjonale Ikke-spredningsavtalen for kjernevåpen utarbeidet. Hensikten med avtalen var (som navnet tilsier) å stoppe spredningen av kjernevåpen til flere og flere stater. Avtalen lot derfor de fem statene som allerede hadde bevist at de hadde slike våpen ved å utføre prøvesprengninger, beholde sine kjernevåpenprogrammer. Alle andre stater som ønsket å tiltre avtalen måtte forplikte seg til å ikke produsere kjernevåpen eller anskaffe dem på andre måter.

Etter at avtalen trådte i kraft, har ytterligere tre land, India (1974), Pakistan (1998) og Nord-Korea (2006) prøvesprengt, og det er alminnelig antatt at også Israel har utviklet kjernevåpen. Sånn sett kan det se ut til at NPT ikke har fungert etter hensikten. På 1960-tallet så man for seg en mulig utvikling der så å si alle stater som var i stand til det, ville utvikle kjernevåpen, så saken er ikke klar.

Kan vi ødelegge verden med kjernevåpen?

Major T. J. «King» Kong leverer et kjernevåpen personlig (fra filmen Dr. Strangelove

Så tilbake til åpningsspørsmålet: Er det riktig at det finnes kjernevåpen nok til å ødelegge jorda mangfoldige ganger? Svaret er ikke helt enkelt.

For det første kommer det an på hva du mener med å ødelegge jorda. Dersom du mener å faktisk sprenge selve planeten i fillebiter, så er nok det heldigvis ikke mulig.

Kan så våpenarsenalene drepe hele jordas befolkning? Det finnes ca. 19 000 bomber av ulike størrelser i dag, og selv om dette er adskillig færre enn de over 70 000 som fantes mens den kalde krigen var på sitt kaldeste, er det fortsatt veldig mange. Dersom man bombet alle de 19 000 største byene i verden og drepte de fleste menneskene som bodde i dem, så ville verdensbefolkningen blitt kraftig redusert. I tillegg ville så mange bomber utvilsomt produsert enorme mengder radioaktivt nedfall, som ville spredd seg over store områder, drept mange mennesker de første dagene og deretter gjort områdene lite egnet for matproduksjon eller bolig for mennesker. Likevel ville nok noen jordboere på bortgjemte steder kunnet klare seg, særlig dersom de kunne produsere sin egen mat og dessuten var heldige med vær og vindretning de første dagene etter atomkrigen.

(Det har vært spekulert i om det er mulig å konstruere en eneste bombe slik at den kan produsere nok radioaktivt nedfall til å gjøre hele jorda ulevelig, for eksempel ved såkalt salting med kobolt. Dette er kjent som ”The Doomsday Device” i filmen Dr. Stranglove. Denne ideen har en del svakheter, og selv om dette skulle vært mulig i teorien, er det heldigvis ikke noen grunn til å tro at noen faktisk har lagd en slik bombe. Det er derfor ikke nødvendig å regne med dette i denne sammenhengen.)

Det store spørsmålet som gjenstår er hvordan en så omfattende katastrofe ville påvirke klimasystemene. Eksplosjonene ville føre store mengder støv og partikler opp i atmosfæren, og i tillegg ville man få mengder av sotpartikler fra utbrente byer og skoger. Dette ville hindre solinnstrålingen nok til å redusere temperaturen på jorda. Hvor stor effekten ville bli, hvor lenge den ville vare, og hvor mange bomber som skal til for å senke temperaturen nok til å gjøre jorda helt ubeboelig, er nye, kompliserte spørsmål. Kollokvium vil komme nærmere tilbake til dette i et senere innlegg.

Tillegg: Fakta om uranisotoper

Uran er et grunnstoff som utvinnes i gruver mange steder i verden. I dag er den største produksjonen i Kasakhstan, Canada og Australia. Naturlig uran består hovedsakelig av isotopene U-238 (99,3 %) og U-235 (0,7 %). U-238 er fisjonerbart, og naturlig uran kan brukes i enkelte kjernekraftverk som den er, men de fleste kraftverk bruker brensel med en høyere andel U-235.

Prosessen med å øke andelen U-235 kalles urananrikning. I et urananrikningsanlegg bruker man ulike teknikker for å skille de ulike isotopene fra hverandre, men dette er både vanskelig å få til og temmelig energikrevende. Moderne kraftverk bruker brensel som er anriket til mellom 3 og 7 % U-235, mens det i kjernevåpenproduksjon kreves en andel på minst 80 – 90 % U-235.

Restproduktet fra anrikningsanleggene, som altså inneholder mindre U-235 enn naturlig uran, kalles utarmet uran.

13 comments

  1. Magne D. Antonsen · juni 28, 2012

    Bra blogg, Elin!

    Det er Magne fra VG her. I dag har jeg valgt innlegget ditt som dagens anbefaling på Lesernes VG, du finner det nederst på forsiden til VG Nett!

    Er det noen som har tips om gode blogger jeg bør anbefale så send meg en link på magne.antonsen [@] vg.no Vil du ha flere tips om gode blogger kan du følge Lesernes VG på http://www.facebook.com/lesernesvg og http://twitter.com/lesernesvg

  2. Bjørn H. Samset · juni 28, 2012

    Hei Magne, tusen takk på vegne av Elin (siden hun er gjest og ikke får dette varselet – har mailet henne), og resten av kollokvium-gjengen.

  3. peona · juni 28, 2012

    «Alle kjernevåpen er basert på prinsipper fra kjernefysikken om fisjon og fusjon.» Har man kjernevåpen (eller kraftverk) som baserer seg på fusjon? Trodde ikke man kunne oppnå den tyen temperaturer/trykk som skulle til for det her på jorda?

    • andy · juni 28, 2012

      «Hydrogenbomber» er en kombinasjon av fisjon og fusjon, der man bruker fisjon for å utløse fusjon. http://no.wikipedia.org/wiki/Teller-Ulam-teknologi
      (Det antas at Tsarbomben på 50-60 megatonn var 3 stadie bombe med 1 fisjon og 2 fusjon deler, og selve effekten var 99% fusjon). PS: 50 megatonn er ca 10 ganger mer enn all eksplosiver brukt under 2.verdens krig.

      • peona · juni 29, 2012

        Takk for svar!

        Digger denne bloggen 🙂

  4. Atle Abelsen · juni 28, 2012

    Takk for et saklig, interessant og informativt innlegg. Men jeg skjønner ikke helt hvilke myter det skulle stikke hull på? At det samlede arsenalet kan «utslette jorda» så og så mange ganger? Det kan være nyttig å gå inn og se på realitetene i dette utsagnet, men jeg synes ikke du gjør det i særlig grad. Hvem besitter disse våpnene? Hvem/hva truer de? Hvor sannsynlig er det at de brukes alle/flere i samme konflikt/angrepsbølge? Hva er konsekvensene ved dette? (Her er du inne på noe, men jeg synes det ble litt tynt). Hvilken beredskap har vi for et slikt ragnarokk? Kaskje dere også kunne skrive litt om utfordringene rundt en kjernefysisk nedrustning? Hvordan foregår det i praksis? Hvordan lar det seg kontrollere? Hva skjer med det spaltbare materialet etterpå osv?

    • Elin · juli 20, 2012

      Tanken med innlegget var ikke å stikke hull på noen myter, bare å presentere problemstillingen for lesere som ikke har tenkt så mye på dette tidligere. Vi som vokste opp på 80-tallet, eller tidligere, har hørt mye om kjernevåpen, men de fleste husker kanskje ikke så mye når det kommer til stykket. For yngre lesere er det hele kanskje enda fjernere?

  5. Vegard Otterlei · juni 28, 2012

    Interessant artikkel som jeg leste med iver! Jeg savner allikevel mer drøfting av artikkelens hovedspørsmål. 19 000 atombomber over 19 000 byer er muligens ikke et helt sannsynlig utfall?

  6. Martin · juni 29, 2012

    Problemet her er at du roter deg bort fra temaet, til slutt ender du opp med noe som ikke har noe nyttinnhold.

  7. Terje Pettersen · juni 29, 2012

    Atomvåpen kan jo ikke tilintetgjøre jorda fysisk, hvis en skal tolke overskriften bokstavelig. Man visste derimot ikke hva som kom til å skje når man detonerte den første atomladningen i forbindelse med Manhattan-prosjektet. Man var redd for at hele jordatmosfæren skulle ta fyr, og derved utslette alt liv på jorda. Det skjedde som kjent ikke, men er allikevel en teoretisk mulighet.

  8. Knut F Garshol · juni 29, 2012

    Det er direkte usannsynlig at ALLE 19000 kjernevåpen blir detonert mer eller mindre samtidig. Å diskutere et slikt scenario blir derfor helt bortkastet og uinteressesant (utover som en akademisk øvelse i å svare på et komplett hypotetisk spørsmål).
    Det forandrer ikke det faktum at til og med en meget begrenset atomkrig vil få katastrofale konsekvenser. Hva disse konsekvensene ville være, basert på hva man etter beste evne kan kalle et sannsynlig scenario, ville ha stor nytte og interesse. Da må det i så fall skrives et nytt innlegg i bloggen.

  9. bjarne etterstad · juni 29, 2012

    ja

  10. Torkild Brekke · juni 29, 2012

    Veldig interessant lesning! Godt jobbet 🙂

Legg igjen en kommentar

Fyll inn i feltene under, eller klikk på et ikon for å logge inn:

WordPress.com-logo

Du kommenterer med bruk av din WordPress.com konto. Logg ut / Endre )

Twitter picture

Du kommenterer med bruk av din Twitter konto. Logg ut / Endre )

Facebookbilde

Du kommenterer med bruk av din Facebook konto. Logg ut / Endre )

Google+ photo

Du kommenterer med bruk av din Google+ konto. Logg ut / Endre )

Kobler til %s