Splijtingsbom - Implosietype
Bij een implosiewapen wordt de splijtstof samengedrukt door explosieven. Dit vermindert de kritische massa en zorgt ervoor dat de bom explodeert.
Het Manhattan Project besluit om naast wapens met uranium als splijtstof ook plutoniumwapens te onderzoeken. Na het stopzetten van de ontwikkeling van de ‘Thin Man’ wordt al het onderzoek naar plutoniumwapens opnieuw gericht op de ontwikkeling van een implosiewapen, bijgenaamd de ‘Gadget’. De Gadget zou de eerste atoombom worden die ooit wordt getest. Dit gebeurde tijdens de Trinity test op 16 juli 1945, in New Mexico.
Uiteindelijk wordt door de VS op 9 augustus 1945 de Gadget onder de naam ‘Fat Man’ tot ontploffing gebracht boven de Japanse stad Nagasaki.
§1 VAN SUB- NAAR SUPERKRITISCH DOOR IMPLOSIE
De eerste plutoniumbommen bevatten iets meer dan 6 kilogram van een plutonium-gallium legering in een bol van ongeveer 9 cm in diameter. Deze bol plutonium samen met de reflector en tamper wordt meestal de ‘pit’ of de kern genoemd.
Tijdens de ontploffing wordt de pit samengedrukt tot meer dan het dubbele van de normale dichtheid. Hierdoor wordt de massa kritisch en kan een kettingreactie beginnen.
Het voordeel in vergelijking met de Thin Man is dat massa veel sneller van kritisch naar superkritisch gaat. Er is dus minder risico op predetonatie.
Het comprimeren van de pit met explosieven stelt de wetenschappers voor veel problemen. Uiteindelijk worden op de Gadget 32 blokken met explosieven in een bol gerangschikt. Door een soort lenswerking wordt de druk geconvergeerd.
Elk explosief heeft een ontsteker. Ze zijn gesynchroniseerd om binnen ongeveer 10 nanoseconden van elkaar te vuren – de bom maakt gebruik van de meest geavanceerde elektronica uit de jaren 40.
Tijdens de ontploffing bereikt de druk van de explosieven in de kern ongeveer 6 miljoen atmosfeer – dit is bijna tweemaal de druk in de kern van de aarde! Het is voldoende om de plutoniumpit tot ongeveer tweemaal de normale dichtheid in ongeveer 5 microseconden samen te drukken.
§2 TAMPER EN NEUTRONENREFLECTOR
De tamper van de Gadget en Fat Man omhult de kern van plutonium, en is gemaakt van natuurlijk uranium (onder de codenaam ‘Tuballoy’). De uranium tamper heeft als doel om de kern een moment langer bij elkaar te houden nadat de kern explodeert. Daarbij reflecteert de laag ook neutronen terug in de kern, wat de efficiëntie verbetert.
De laag uranium neemt ook deel aan de reactie. De splijting van plutonium brengt hoogenergetische neutronen voort die uranium-238 kan laten splijten. Neutronen worden normaliter door de kern geabsorbeerd, maar door de extra energie worden de kernen instabiel. De explosie van de Fat Man wordt op deze manier ongeveer 20% groter.
§3 DE NEUTRONENGENERATOR
Midden in de plutonium pit is een kleine holte (2,5 cm diameter) voor een neutronengenerator. De neutronengenerator van de Gadget heet de ‘Urchin’.
De Urchin bevat polonium-210 en beryllium. Polonium-210 is een alfa-straler. Als beryllium een alfadeeltje opneemt, ontstaat koolstof en een neutron.
Polonium en beryllium worden in de Urchin door een goudlaag gescheiden, waardoor de alfastraling wordt geblokkeerd. Door de kracht van de implosie worden polonium en beryllium vermengd. Hierdoor komen de neutronen vrij: honderden neutronen per microseconde, waardoor de kettingreactie heel snel op het juiste moment kan beginnen.
Deze neutronengenerator heeft een beperkte houdbaarheid. Polonium-210 heeft een halfwaardetijd van ongeveer 6 maanden. De Gadget is zo ontworpen dat de neutronengenerator kan worden geplaatst vlak voordat deze wordt gebruikt.