Skotta ihop en atombomb?

[tommyjonason]

Atombomben fascinerar och skrämmer. En kritisk massa, stor som en grapefrukt säjs det, och pang så small det.
Över Hiroshima fälldes Little Boy, som möjligen innehöll 60 kg Uran-235. Konstruerad enligt "kanonmodellen", ungefär hälften av Uranet sköts med en smärre kanon in i den andra halvan, varpå en kritisk massa uppstod. Över Nagasaki släpptes Fat man, en sfär av Plutonium-239 som sprängdes ihop till en kritisk massa.
Jag har länge funderat på en hypotetisk fråga. Kanske inte helt oväsentlig med tanke på allt Plutonium som finns världen över i Kärnkraftverken.
Antag att man har två högar (tänker mig liknande sandhögar) med vardera hälften av en kritisk massa Uran-235 eller Plutonium-239. Hur långt ifrån varann de bör placeras av säkerhetsskäl har jag ingen aning om. Och antag nu att man tar en spade och börjar skotta ihop högarna. Smäller det då när man nått den kritiska massan?
Eller behövs det en viss täthet i i materialet, som man ju fick med hjälp av explosiva medel i bomberna??

[hasse lindquist]

För en del år sedan ställde jag ungefär samma fråga till en docent i atomfysik. Han påstod att de båda klumparna av uran eller plutonium måste sprängas ihop för att uppnå kritisk massa och kedjereaktion börja . Om man bara skyfflar ihop dem, slås de omedelbart isär.
PS På internet hittade jag en gång beskrivningen till en "gör-det-själv-atombomb, för den händige att tota ihop i hobbyrummet. Konstruktionsanvisningen inleddes med den fetstilta föreskriften:
"For academic use only!"
Vilket onekeligen låter betryggande.

[tryggve]

Att "bara" ha två bitar uran/plutonium nära kan ge en kritisk massa för kärnreaktioner, men ingen smäll, om jag har förstått det rätt (vilket jag kanske inte alls har). Det kräver (vad jag förstår) komprimering av materialet med sprängämnen, eller en konstruktion av typ Little Boy där man skjuter en bit uran in i en annan.

Och om jag förstår det hela rätt så är det just detta med sfärerna av sprängämnen som är det riktigt, riktigt svåra att få till i atomvapenkonstruktion, och det som man är mest intresserad av att hålla hemligt.
http://en.wikipedia.org/wiki/Explosive_lens
(dåligt med referenser till denna, dock)


Exempel på kritiska olyckor (men inte exempel på när man trycker ihop två kärnor av uran eller plutonium, vilket jag först trodde. Mindes fel.)

"Tickling the dragons tail...."

http://en.wikipedia.org/wiki/Demon_core

On August 21, 1945, the plutonium core produced a burst of neutron radiation that led to Harry Daghlian's death. Daghlian, a physicist, made a mistake while working alone performing neutron reflection experiments on the core. The core was placed within a stack of neutron-reflective tungsten carbide bricks and the addition of each brick moved the assembly closer to criticality. While attempting to stack another brick around the assembly, Daghlian accidentally dropped it onto the core and thereby caused the core to go critical, a self-sustaining chain reaction. Despite quick action in moving the brick off the assembly, Daghlian received a fatal dose of radiation. He died 25 days later from acute radiation poisoning.[1]

Samt

On May 21, 1946,[3] physicist Louis Slotin and seven other Los Alamos personnel were in a Los Alamos laboratory conducting an experiment to verify the exact point at which a subcritical mass (core) of fissile material could be made critical by the positioning of neutron reflectors. The test was known as "tickling the dragon's tail" for its extreme risk.[4] It required the operator to place two half-spheres of beryllium (a neutron reflector) around the core to be tested and manually lower the top reflector over the core via a thumb hole on the top. As the reflectors were manually moved closer and farther away from each other, scintillation counters measured the relative activity from the core. Allowing them to close completely could result in the instantaneous formation of a critical mass and a lethal power excursion. Under Slotin's unapproved protocol, the only thing preventing this was the blade of a standard flathead screwdriver, manipulated by the scientist's other hand. Slotin, who was given to bravado, became the local expert, performing the test almost a dozen separate times, often in his trademark bluejeans and cowboy boots, in front of a roomful of observers. Enrico Fermi reportedly told Slotin and others they would be "dead within a year" if they continued performing it.[5]

While lowering the top reflector, Slotin's screwdriver slipped outward a fraction of an inch, allowing the top reflector to fall into place around the core. Instantly there was a flash of blue light and a wave of heat across Slotin's skin; the core had become supercritical, releasing a massive burst of neutron radiation. He quickly knocked the two halves apart, stopping the chain reaction and presumably saving the lives of the other men in the laboratory, though it is now known that the heating of the core and shells stopped the criticality within milliseconds of its initiation. Slotin's body's positioning over the apparatus also shielded the others from much of the neutron radiation. He received a lethal dose of 1000 rads neutron/114 rads gamma[6] in under a second and died nine days later from acute radiation poisoning. The nearest person to Slotin, Alvin C. Graves, was watching over Slotin's shoulder and was thus partially shielded by him, received a high but non-lethal radiation dose of 166 neutron/26 gamma rads.[6] Graves was hospitalized for several weeks with severe radiation poisoning, developed chronic neurological and vision problems as a result of the exposure,[6] and died 20 years later of a heart attack probably caused by complications from radiation exposure.[7]

[sonderling]

Konstruerad enligt "kanonmodellen", ungefär hälften av Uranet sköts med en smärre kanon in i den andra halvan, varpå en kritisk massa uppstod.

Som jag har fått för mig så måste detta ske med kraft, där av kanonkule skottet.....det räcker alltså inte med att bara skyffla ihop dem.

Men ja jag kan inget ting om detta så jag ska nog hålla tyst.

Sonderling

[tommyjonason]

Ja det stämmer att konstruktionen av "explosive lenses" för plutoniumsfären var ett stort problem i Los Alamos och krävde mycket funderande och testning. Men hemligheten läckte till ryssarna, de hade ju ett flertal spioner där.
Intressant att man kunde få ihop nåt som liknade ansatsen till en atomknall med Plutonium. Det lär ju vara mer svårhanterligt pga sin radioaktivitet och giftighet, än uran. Eller är det en härdsmälta man åstadkommer? Har inte riktigt förstått vad det egentligen är.
Och man bör nog ha en neutronreflektor som Beryllium (också giftigt) runt sin hopskottade hög.

[tryggve]

Rätt många svar kan du nog få genom den omfattande Wikipediaartikeln om kärnvapen och kärnvapendesign.

http://en.wikipedia.org/wiki/Nuclear_weapon


Samt om hur detta med kritisk massa fungerar.
http://en.wikipedia.org/wiki/Critical_mass


När det gäller uranhögar så finns det ju exempel där uranhalten har varit så pass hög att det har skett naturlig fission. Men inga explosioner.

http://en.wikipedia.org/wiki/Natural_nu ... on_reactor

[tommyjonason]

Tack för länkarna.
"Don't try this at home, kids" sas det i nåt TV-program.

[patrik blom]

.

Hej Hasse! Jag såg att du hade skrivit i den här tråden, men utan att samtidigt kolla quiz:en - där du har ställt en fråga som jag har besvarat. Därav denna påminnelse i all vänlighet.

[hasse lindquist]

.

Hej Hasse! Jag såg att du hade skrivit i den här tråden, men utan att samtidigt kolla quiz:en - där du har ställt en fråga som jag har besvarat. Därav denna påminnelse i all vänlighet.

Hej Patrik, tack för påpekandet! Ditt svar om den danske naziledaren Fritz Clausen är riktigt. Vet dock inte om det stämmer att hans parti erhöll så mycket som 25 procent av rösterna. Källa?

[patrik blom]

Tack för beskedet! 2% (2 procent) av rösterna hoppas jag att jag skrev, det är i alla fall det som är rätt. Återkommer med en quiz-fråga!

[L. Törni]

Atombomben fascinerar och skrämmer. En kritisk massa, stor som en grapefrukt säjs det, och pang så small det.
Över Hiroshima fälldes Little Boy, som möjligen innehöll 60 kg Uran-235. Konstruerad enligt "kanonmodellen", ungefär hälften av Uranet sköts med en smärre kanon in i den andra halvan, varpå en kritisk massa uppstod.

Kritisk massa för högklassik ren vapenuran (U-235 >95%) är ca. 10,5 kg om jag minns rätt vad fysikläraren lärde mig i skolan (ja, i Finland lär man faktisk sånt här i gymnasiet om man är vaken under skoltimmarna )

Så jag tror inte att det verkligen fanns 60 kg U-235 i Little Boy? Den andra halvan skulle ju vara superkritisk - och det skulle smälla rent av sig själv. Behövs ingen kompression - sprängämne används bara att slå ihop uranklumparna pålitligt - givetvis kompressionen är inte skadlig för att kedjereaktionen skulle sätta igång och samtidigt friläpps även fria neutroner som behövs att sätta igång kedjereaktionen.

Det finns enl. min fysiklärare alltid några fria neutroner ute i atmosfären och uranklumpen genererar såna även själv. Så min lärerens tips var att om jag har nu råkat få en atombomb modell uran nånstans - att slå ihop klumparna för tidigt så att kritiska massan överskrids för mojänget...då smäller det ganska snart antagligen.

Förresten, teknikerna i Los Alamos var så säkra, att Little Boy design skulle funka i verkligheten också så de brydde inte ens testa det i förväg!

Däremot historian om "Fat Boy", plutonium bomben är avvikande. Den har helt annorlunda design än uranbomben. För att spara radioaktiv råvara, hade man kommit på den fiffiga idén att komprimera plutonium-knölet med höghastighets sprängämnelinser (kallas implosion). Det finns många osäkerhetsmoment i den där designen - att få konventionella sprängämnelinser runt en Pu-boll smälla med nanosekunds noggrannhet var inte den lättaste utmaningen att tackla. Tänk, att det här gjordes FÖRE tiden av snabb halvledare-elektronik etc. Det var vakuumelektronrör, "tuber" killarna använde för att bygga styr"elektroniken" för bägge två bomber.

Men teknikerna var inte alls så säkra, att implosion designet skulle funka i verkligheten. Så de testade bomben först i öknen (Trinity-provet). Sen fick Nagasaki känna andra bomben. Mer än 1 uran och 2 plutoniumbomb fanns inte färdig hösten 1945. Det skulle ha tagit minst ett halv år att sentrifugera mer "skit" för nästa bomber. Så jänkarna bluffade grandialt när de skröt till japserna, att "det skulle sprängas en japansk stad per vecka upp i luften om de skulle inte kapitulera".

Förresten, a-bomben som Sverige tänkte bygga efterkriget, var av PU-design. I Marvik byggdes det även ett kärnkraftsverk som skulle producera vapen-plutoniumet som Sveriges a-bomb skulle kräva. Men det kraftverket togs aldrig i bruk - eller fel sagt - den producerade el nog, men använde kol. Världens enda kärnkraftsverk, som kördes med stenkol - kan man säga.

[tommyjonason]

Siffran 60 kg såg jag nånstans, men tyckte det verkade mycket också. Det går ju att räkna ut vad ett klot Uran, stor som en grapefrukt, väger. Uran är tungt, densiteten ca 20 g/cm3 (rätt sort? Inte SI-enheter, jag vet) Bly har väl densitet ca. 11 g/cm3.

[L. Törni]

Siffran 60 kg såg jag nånstans, men tyckte det verkade mycket också. Det går ju att räkna ut vad ett klot Uran, stor som en grapefrukt, väger. Uran är tungt, densiteten ca 20 g/cm3 (rätt sort? Inte SI-enheter, jag vet) Bly har väl densitet ca. 11 g/cm3.

Nå, varför inte räkna själv de' då?

Bollens volym V = 4 * pi * r^3 / 3. Urans densitet är ca 19 g/cm3, inte 20 som du skriver (18,97 g/cm3 för att vara exakt)

Om vi säger grapefrukten har en diameter ca. 12 cm, r blir då 6 cm - och volymen ca. 905 cm3, nästan en liter.

Uranklumpen väger då ca. 905 * 19 = 17,2 kg. Så halvorna har vägt: 8,6 kg. Har inte smällt av sig själv. Nog kunde vetenskapsmän i Los Alamos räkna , vad bra med tanke på deras hälsa

Någon menade tidigare, att U-235 skulle inte smälla i naturen. Det är fel. Nog skulle det väl smälla även i naturen - men U-235 exiterar inte högkoncentrerad i naturen. (Ja, livet skulle ha blivit alldeles för enkelt för alla världens Osama bin-Ladens om man kunde bara gå nånstans, grävä sig lite U-235 och skicka paketet till USA med timern som sätter klotarna ihop när det är dax)

Det enda svårigheten med att tillverka en U-235 bomb är att få U-235:an separerat ut "skituran". Det är både dyrt, mödösamt och har lite tekniska utmaningar också. Men inte för stora, även Nord-Koreas bimbos har klarat av det. Men deras bomb väger ju vad Little Boy vägde. Förresten, det är vad Irans töntar håller på att göra som bäst: de centrifugerar deras uranlager och försöker anrika uran till vapenuran (tillräckligt ren U-235).

Det är inte särskilt svårt att göra *en* atombomb. Men om bomben ska vara liten, effektivt (hög utnyttjandegrad av radioaktiv råvara) och väga inte för mycket - då blir det svårt.

De första atombomberna var inte särskilt effektiva. Little boy omförvanlade kanske bara 2-3% av uranet till energi - av det som fanns tillgängligt för kedjereaktionen. Resten flög i tusen bitar som radioaktiv avfall till omgivningen. Kan man höja utnyttjandegraden, blir bomben både effektivare, mindre och lättare (och billigare!). Då klarar kanske även Kim's raket bära "nyttolasten" till Texas

[tommyjonason]

Tack för att du räknade ut det! Jag föll på formeln för ett klots volym.
Ja det var ju extraktionen av U-235 som krävde en industriell potential som bara USA hade. Och Plutonium fick man tillverka i reaktorer, det fanns ju inga kärnkraftverk att hämta det från.