De boosted splijtingsbom
De ‘boosted’ splijtingsbom (splijtingsbom met boosting) is een verdere verbetering van het ontwerp van de splijtingsbom. Boosting is een van de eerste stappen richting het gebruik van fusie in kernwapens.
Fusion-boosted fission weapons, in het Nederlands meestal aangeduid als ‘boosted splijtingsbommen’ of ‘splijtingwapens met boosting’, maken gebruik van een versterking (boosting) van de splijting door middel van fusie.
De eerste bom van dit ontwerp werd getest op 24 mei 1951 op een van de Marshall eilanden (Operatie Greenhouse). Tegenwoordig maken alle splijtingswapens gebruik van boosting. Men neemt algemeen aan dat de kernproeven van India, Pakistan en Noord-Korea met dit type wapens zijn uitgevoerd.
Aan het einde van de jaren 50 wordt ook de ‘pulsed neutron initiator’ aan het ontwerp toegevoegd.
Beide systemen voegen neutronen aan de splijtstof toe tijdens de kettingreactie. Ze zorgen voor meer splijting en dus een verbetering van de opbrengst, ofwel de grootte van de explosie.
§1 BOOSTING
Bij ‘boosting’ wordt na detonatie een gasmengsel van deuterium en tritium vanuit een reservoir in de holle plutonium pit geïnjecteerd.
Na de detonatie van de bom implodeert de kern. Het gasmengsel wordt hierdoor samengedrukt en verhit. Als het mengsel heet genoeg is (ongeveer 30 miljoen °C) gaan de gassen fuseren. Hierbij ontstaan helium en neutronen. De energie die bij de fusiereactie vrijkomt is relatief verwaarloosbaar, maar de neutronen die erbij vrijkomen starten veel nieuwe kettingreacties in de splijtstof. De hoeveelheid splijtstof die zo ongebruikt blijft, vermindert aanzienlijk. Boosting kan de kracht van een wapen meer dan verdubbelen.
Hoewel de fusie van deuterium en tritium een thermonucleaire reactie is (een reactie die betrekking heeft op de fusie van atoomkernen), is er een verschil met een volwaardige waterstofbom (een thermonucleair wapen). Bij een boosted splijtingswapen komt maar een klein deel van de kracht uit fusie, bij een waterstofbom is dat het overgrote deel.
Boosting vermindert de diameter van bommen op drie manieren, allemaal het resultaat van snellere splijting. Ten eerste is de zware uranium tamper niet meer nodig omdat de gecomprimeerde kern minder lang bij elkaar gehouden hoeft te worden. De tamper kan vervangen worden door een veel lichtere neutronenreflector van beryllium. Ten tweede kan de massa van de plutonium pit met de helft worden verminderd, zonder de opbrengst te verminderen. En ten derde zijn door dit alles veel minder explosieven nodig.
Een ander voordeel van boosting is dat deze wapens minder kwetsbaar zijn voor stralingsinterferentie (RI). Halverwege de jaren vijftig wordt ontdekt dat plutonium gevoelig is voor gedeeltelijke predetonatie als het wordt blootgesteld aan straling van een nabijgelegen nucleaire explosie (ook de elektronica wordt beschadigd, maar dat is een ander probleem). Na een nucleaire aanval zouden de wapens dus voor vergelding onbruikbaar kunnen zijn. Boosting vermindert de hoeveelheid plutonium die nodig is in een wapen en vermindert daarmee de kwetsbaarheid voor dit effect.
§2 DE PULSED NEUTRONENINITIATOR
De neutroneninitiator (of neutrongenerator) in de vroege atoombommen is een bolletje met radio-isotopen. Deze wordt vervangen door een zogenaamde pulsed neutroneninitiator. Deze is veel preciezer, en kan neutronen uitstralen exact op het moment dat de kettingreactie moet beginnen.
Een pulsed neutronengenerator is een kleine deeltjesversneller die door middel van deuterium-tritium fusie, hoogenergetische neutronen produceert. De generator is buiten de eigenlijke bom geplaatst. Het penetratievermogen van de geproduceerde neutronenstraling is enorm hoog. De straling gaat dwars door de exploderende en imploderende lagen van de bom heen, voordat het in de kern aankomt en de kettingreactie in gang zet.
§3 DIAL-A YIELD
Door de hoeveelheid boosting te verminderen kan ook de kracht van een exploderende bom verminderd worden. De opbrengst kan op elk moment vóór de ontploffing worden verlaagd door simpelweg de hoeveelheid tritium die geïnjecteerd wordt te verminderen. Splijtingswapens met boosting zijn dus wapens met een variabele opbrengst, ook wel ‘dial-a-yield’ genoemd.