Kärnvapen

Svampmolnet efter atombomben över Nagasaki, Japan 1945.

Kärnvapen är olika typer av kraftfulla bomber som får sin energi från fission eller fusion av atomkärnor. Detta till skillnad från konventionella bomber som får sin energi från kemiska processer. Kärnvapen finns i varianter från de minsta med sprängkraft som inte är mycket större än de största konventionella bomberna, till enormt kraftfulla konstruktioner som kan utplåna allt inom en radie på flera kilometer. Kärnvapen transporteras vanligen till målet med bombplan eller ballistiska missiler, men även artilleripjäser, kryssningsrobotar och minor med kärnladdningar finns. Många kärnvapen har provsprängts men endast två har använts i en väpnad konflikt, nämligen andra världskriget då atombomberna över Hiroshima och Nagasaki (Little Boy och Fat Man) sprängdes. Den som använder kärnvapen i en väpnad konflikt bedriver kärnvapenkrig.

Olika typer av kärnvapen

Fissionsbomber, eller atombomber, får sin energi från fission, det vill säga klyvningen av tunga atomkärnor. Normalt används uran eller plutonium som klyvningsmaterial. En enkel atombomb tillverkas genom att ta två klumpar radioaktivt material och packa dessa intill varandra i en boll av sprängämnen. När sedan sprängämnena detoneras pressas klumparna samman och uppnår den kritiska massan. Det är teoretiskt möjligt att konstruera atombomber även av neptunium eller americium, men det är mer komplicerat och har aldrig testats i praktiken.

Fusionsbomber, oftast kallade vätebomber får sin energi från fusion, sammansmältningen av lätta atomkärnor till tyngre. Som namnet antyder är det vätekärnor (olika isotoper av väte) som får smälta samman, varvid de bildar helium (oftast helium-4). Samma energiprocess driver även solen. För att vätet ska kunna genomgå fusion måste det uppnå mycket högt tryck och temperatur. Därför används alltid en fissionsbomb som "tändhatt" i vätebomber. Mycket stora vätebomber kan till och med ha mindre vätebomber som tändare. Vätebomber är potentiellt tusentals gånger kraftfullare än fissionsbomber. Tsar Bomba, den kraftigaste kärnvapenladdning som någonsin konstruerats var en vätebomb som testades av Sovjetunionen den 30 oktober, 1961, den hade en sprängverkan motsvarande 50 miljoner ton trotyl (TNT), cirka 4 000 gånger kraftigare än den atombomb som fälldes över Hiroshima.

Se även: Neutronbomb och Koboltbomb

Effekter

Energin från ett kärnvapen orsakar skada på olika sätt:

Tryckvåg - 40-60% av energin.
Värmestrålning - 30-50% av energin.
Joniserande strålning - 5% av energin.
Radioaktivt nedfall - 5-10% av energin.
EMP - Elektromagnetisk puls - se nedan.

De exakta siffrorna beror på hur vapnet utformats och under vilka förhållanden det detonerar. Energin från det radioaktiva nedfallet utstrålas under lång tid, resten avges inom några sekunder efter detonationen. De dominerande effekterna av ett kärnvapen (tryckvåg och värmestrålning) skiljer sig inte i sak från hur konventionella bomber verkar. Den stora skillnaden ligger i magnituden av dessa effekter, då kärnvapen kan ge ifrån sig mycket större mängder energi närmast momentant. De största skadorna från ett kärnvapen är således inte direkt relaterat till kärnprocesserna som är upphovet till energin, utan skulle vara nästan lika stora om en motsvarande mängd konventionellt sprängämne hade använts.

Den inbördes fördelningen av skadorna från dessa tre momentana energislag beror på bombens storlek. Värmestrålningen avtar endast långsamt med avståndet och ju större bomben är desto viktigare blir den. Den joniserande strålningen absorberas snabbt i atmosfären och når inte speciellt mycket längre när bomben görs större. Strålningen har alltså endast betydelse för mindre bomber. Tryckvågen ligger mellan dessa extremer. Den blir farligare när bomben görs större, men värmestrålningen blir ändå snabbt dominerande (se tabell nedan).

Effekt	1 kt	10 kt	100 kt	1000 kt
Joniserande strålning 50% omedelbar temporär utslagning	600 m	950 m	1400 m	2900 m
Joniserande strålning 50% fördröjd dödlighet	800 m	1110 m	1600 m	3200 m
Tryckvåg 50% utslagna	140 m	360 m	860 m	3100 m
Värmestrålning 50% utslagna, andra gradens brännskador genom uniform	369 m	1110 m	3190 m	8020 m

Tabell över räckvidd av verkan vid olika bombstyrkor ^[1]. I de här sammanhangen är det intressanta "omedelbar utslagning" för användandet av taktiska kärnvapen på fältet; även om fienden dör av strålsjuka om en vecka, kan han fortfarande vinna striden just nu. Därför används termen "temporär utslagning" om den akuta fasen av strålsjukan, eftersom det är det som är viktigt på fältet. "Temporär" syftar på att en dödligt strålsjuk person kan synbart tillfriskna helt innan sjukdomen går in i slutfasen. En dödlig dos behöver inte vara tillräckligt hög för att orsaka omedelbar utslagning, vilket förklarar varför "temporär utslagning" kräver ett kortare avstånd än "fördröjd död".

Själva detonationen går mycket snabbt. Alla kärnreaktioner i bomben är avklarade innan detonationen ens har hunnit bryta igenom bombens inneslutning. Efter detonationen når den temperaturbalans med sin omgivning inom 1 μs. 75% av energin avges i det här skedet i form av värmestrålning, mestadels mjuk röntgenstrålning. Resten är nästan helt rörelseenergi i de nu förgasade bombdelarna. Vad som händer sedan beror mycket på hur röntgenstrålningen och gasmassan interagerar med sin omgivning. I allmänhet, ju tätare omgivningen är, desto kraftigare blir tryckvågen och ju svagare blir värmestrålningen. Det här ger stora skillnader för exempelvis en bomb som detonerar i rymden och en som detonerar under vatten.

I luft kommer den stora merparten av den mjuka röntgenstrålningen att absorberas av luften inom någon meter från bomben. En liten del av energin återges i form av UV-strålning, synligt ljus och infrarött ljus, men den stora merparten går till att höja temperaturen i luften så att den övergår i plasma och bildar det påföljande eldklotet. På höga höjder, där luftdensiteten är låg, kan röntgenstrålarna färdas långt innan de absorberas. Det späder ut energin i eldklotet över en större volym, vilket gör att tryckvågen blir som mest hälften så kraftfull mot vad den skulle ha varit vid havsytan. Å andra sidan blir värmestrålningen kraftfullare.

Tryckvåg

Mycket av förödelsen efter en kärnvapenexplosion kommer av tryckvågen. Vanliga civila byggnader är känsliga för övertrycket som explosionen ger upphov till, men militära byggnader kan förstärkas för att klara detonationer på ganska nära håll. Tryckvågen kan nå hastigheter på flera hundra km/h.

Tryckvågen verkar på två distinkta sätt:

Statiskt övertryck, det tryck som en momentant ökad densitet i luften ger upphov till. På ett hus utsätts alla sidor av ett lika kraftigt statiskt övertryck, oavsett vilken sida som är vänd mot detonationen.

Dynamiskt övertryck, trycket som uppstår av de kraftiga vindar som följer tryckvågen. Vindarna är många gånger kraftigare än den starkaste naturliga orkan. Den sidan av huset som är vänd mot detonationen är den enda som utsätts för det dynamiska trycket. Allting löst som fångas av vinden förvandlas till projektiler med hög hastighet.

Skadorna kommer av en kombination av det statiska och dynamiska trycket. Ofta kommer en byggnad ha skadats allvarligt redan av det statiska övertrycket, vilket gör den lättare för den efterföljande vinden att slita isär. Det statiska övertrycket orsakar sina skador närmast momentant, medan höghastighetsvindarna kan vara flera sekunder.

Värmestrålning

Ett detonerande kärnvapen ger ifrån sig en intensiv men kort puls av elektromagnetisk strålning över hela spektret, inklusive en stor del värmestrålning. Den största faran är brännskador, följt av ögonskador på större avstånd. Klara dagar kan dylika skador orsakas på långt större avstånd än vad tryckvågen når. På kortare avstånd är värmestrålningen kraftig nog för att antända hus och brännbart material, speciellt om området innan har blivit utsatt för en tryckvåg så att det antändbara materialet är sönderslaget och utspritt. Det är vanligen inte fallet, eftersom tryckvågen från en enda bomb anländer långt efter värmestrålningen och dessutom inte når lika långt.

Värmestrålningen färdas i en rak linje från bomben, och vilket ogenomskinligt material som helst ger gott skydd. Om dimma eller dis råder i området kan den dock sprida värmestrålningen så att den upplevs komma från alla håll. Det gör saken värre i närområdet, men minskar kraftigt värmestrålningens utbredning.

När värmestrålning träffar en yta kommer en del att bli reflekterad, en del överförd och resten absorberat. Andelen som absorberas beror på färg och form på materialet. Ett tunt material kan överföra mycket energi till underliggande material. En ljus yta reflekterar det mesta och kan därigenom undslippa skada. Den absorberade energin övergår till värme och orsakar brännskador och bränder. Om det utsatta materialet är en dålig värmeledare begränsas skadan till ytan, eftersom värmepulsen är så kortvarig.

Antändning av material beror på hur lång värmepulsen är, och tjockleken och fuktigheten hos materialet. Tillräckligt nära detonationen kommer allt som kan brinna att antändas. Men det krävs inte speciellt stora avstånd för att bara lättantändligt material att börja brinna, som exempelvis papper, gummi och plast. I praktiken har det visat sig att den viktigaste källan till bränder efter kärnvapenanfall är sekundära, det vill säga gasledningar som slås sönder, eller öppna kaminer och eldstäder i hus som rasar samman.

I Hiroshima uppstod en eldstorm inom 20 minuter från detonationen. En eldstorm uppstår då den stigande elden från staden bildar en effektiv skorsten, så att intensiva vindar blåser in mot centrum och när elden med syre. Innanför eldstormen är förödelsen total. Fenomenet kan dock uppstå även på naturlig väg, i form av skogsbränder. Under andra världskriget uppstod även eldstormar i några tyska städer efter bombningar med brandbomber (se Bombningen av Dresden).

Elektromagnetisk puls

Om en bomb detonerar högt upp i atmosfären kommer röntgenstrålningen att jonisera de övre luftlagren, vilket sätter stora mängder elektroner i rörelse. Denna rörliga laddning ger upphov till en kraftig ögonblicklig bredbandig radiopuls, en så kallad elektromagnetisk puls. Pulsen är tillräckligt kraftfull för att metallföremål ska agera som antenner. I dessa skapas en inducerad spänning som kan vara mycket hög, men kortvarig. En sådan spänning är förödande för modern elektronik i form av datorer, inklusive styrsystemen i bilar och flygplan. Allmänt sett är elektroniska kretsar med små dimensioner känsligare än elektronik med större dimensioner. Risken för skada ökar också om elektroniken är kopplad till långa ledare, till exempel antenner eller teleledningar. En elektromagnetisk puls kan ha en mycket lång räckvidd. I ett kärnvapenkrig skulle det till exempel räcka med ett fåtal bomber för att slå ut all oskyddad elektronik i hela Nordamerika. Det finns dock inga kända biologiska effekter av en elektromagnetisk puls. Elektronik kan skyddas genom att inneslutas i en Faradays bur, men det är svårt att skydda utrustning som normalt avger eller tar emot radiostrålning, exempelvis radar och radioapparater.

Joniserande strålning

Omkring 5% av energin i en kärnvapenexplosion avges i form av en inital skur av joniserande strålning, mestadels betastrålning och gammastrålning. Elektronerna i betastrålningen kommer direkt från kärnreaktionerna i bomben, medan gammastrålningen till stor del kommer från sönderfallet av kortlivade restprodukter från den initiala kedjereaktionen.

Fördelningen av de olika typerna av joniserande strålning varierar också med avståndet. De elektroner som betastrålningen utgörs av absorberas mycket lättare i luft än vad gammastrålningen gör, så på längre avstånd dominerar gammastrålningen.

Intensiteten i strålningen minskar snabbt med ökande avstånd. Förutom att den, som värmestrålningen, sprids över ett större område ju större avståndet blir, absorberas och sprids den i högre grad av atmosfären. Detta gör att avståndet som den joniserande strålningen kan göra skada på, ökar mycket långsamt med ökande bombstorlek. För bomber över omkring 50 kt är tryckvågen och värmestrålningen så överväldigande att den joniserande strålningen i praktiken är försumbar.

Radioaktivt nedfall

Efter detonationen kommer det att finnas en kvarvarande radioaktivitet i området. Detta kallas allmänt för radioaktivt nedfall (även när det rör sig om rent inducerad radioaktivitet). Nedfallet består av dessa komponenter:

Restprodukter från fissionen. Under reaktionerna i bomben fissioneras det klyvbara materialet på många olika sätt. Vissa av restprodukterna är extremt kortlivade och sönderfaller nästan ögonblickligen. Andra har en lång halveringstid och är endast lite radioaktiva. Den stora faran är de som har mellanlång halveringstid, för de hinner sjunka till marken och urladdar sin energi under dagar eller veckor. En minut efter detonationen avger dammet från explosionen en total strålningsintensitet på 1,1 · 10²¹ Bq per kiloton sprängstyrka. En liten bomb på 10 kiloton ger alltså omedelbart efter explosionen ifrån sig strålning motsvarande 300 miljoner kg naturligt radium.

Icke-fissionerade rester från bomben. Kärnvapen är inte speciellt effektiva i sitt utnyttjande av det klyvbara materialet. Mycket av uranet eller plutoniumet blir bara utspritt. Det är dock förhållandevis svagt radioaktivt och utstrålar mestadels alfastrålning.

Inducerad radioaktivitet. Den intensiva men kortvariga intiala joniserande strålningen kan göra bestrålat material radioaktivt. När en atomkärna tar upp en neutron blir den i allmänhet instabil och kommer att sönderfalla tids nog. Alla delar av bomben kommer förstås att utsättas för detta i hög grad, men även jord, luft och vatten kan bli tillfälligt radioaktivt. Detta under förutsättning att materialet befinner sig mycket nära explosionen. Vid markdetonationer kan stora mängder jord förgasas i eldbollen och bli radioaktivt.

När eldbollen svalnar kondenseras eventuellt uppsuget material tillsammans med restprodukter från explosionen. Vid markdetonationer blir det mer nedfall än vid luftdetonationer, eftersom det är mer material i eldbollen. Större partiklar faller till marken tämligen omgående, finare damm stiger till stratosfären där det snabbt sprids ut över jorden inom veckor och månader.

Dödligt intensivt radioaktivt nedfall kan föras med vinden långt bortom bombens sprängverkan, särskilt i fallet markdetonationer med stor laddning (sådana som skulle kunna sättas in mot nedgrävda ICBM-silor exempelvis). Vid explosioner i eller nära vatten tenderar nedfallet att bli mera finfördelat, och därmed bli spritt över ett större område som i stället i allmänhet får en mindre dos.

Bortom det omedelbara nedfallsområdet är den största risken att långlivade radioaktiva ämnen tas upp i mat och vatten och lagras i kroppen, exempelvis strontium-90 och cesium-137. Dessa risker är dock mycket små i förhållande till den strålning nedfallet i närområdet ger upphov till.

Skador från radioaktivitet kommer dock i de flesta fall att vara försumbara jämte det oerhörda skadorna från sprängverkan och värmestrålning. Dock är strålningsskador mera komplexa och svårbehandlade än bränn- och krosskador, som annars är vanligast. En strålningsdos kan orsaka snar död, död med fördröjt insjuknande, utläkande strålsjuka, långsiktiga genetiska skador, cancer eller fosterskador, allt beroende på hur stor dosen är och vem som tar emot den.

Bomberna över Hiroshima och Nagasaki var båda detonationer högt upp i luften, och båda gångerna låg vinden så lyckosamt att radioaktiviteten fördes ut över havet, nästan helt utan nedfall på marken.^[2] Endast mycket små mängder radioaktivitet drabbade därför de som hade turen att överleva själva explosionen, men den orsakade ändå ett fruktansvärt lidande under många år efteråt.

Källor

Artikeln är, helt eller delvis, en översättning från engelskspråkiga Wikipedia. Där anges följande referenser:

Glasstone, Samuel and Dolan, Philip J., The Effects of Nuclear Weapons (third edition), U.S. Government Printing Office, 1977. (Available Online)
NATO Handbook on the Medical Aspects of NBC Defecsive Operations (Part I - Nuclear), Departments of the Army, Navy, and Air Force, Washington, D.C., 1996. (Available Online)
Smyth, H. DeW., Atomic Energy for Military Purposes, Princeton University Press, 1945. (Available Online)
The Effects of Nuclear War, Office of Technology Assessment, May 1979. (Available Online)
Rhodes, Richard. Dark Sun: The Making of the Hydrogen Bomb. Simon and Schuster, New York, 1995.
Rhodes, Richard. The Making of the Atomic Bomb. Simon and Schuster, New York, 1986.
Carey Sublette's High Energy Weapons Archive is a reliable source of information and has links to other sources: http://nuketesting.enviroweb.org/hew/ or http://gawain.membrane.com/hew/ (Mirror)
The Federation of American Scientists provide solid information on weapons of mass destruction, including nuclear weapons ( http://fas.org/nuke/ )
http://www.oism.org/nwss/ The public-domain text Nuclear War Survival Skills is one of the best sources available on how to survive a nuclear attack.
http://www.radius-defense.com/nuclear.php has a table of effects radii, but could probably be replaced with a site which has the info and wasn't selling shelters to make a profit

Noter

^ NATO handbook on the medical aspects of NBC defensive operations - Kapitel 3: Effects of Nuclear Explosions
^ http://www.fas.org/ssp/docs/030217-newrep.htm

Se även

Wikimedia Commons har media som rör Kärnvapen.

[1] NATO handbook on the medical aspects of NBC defensive operations - Kapitel 3: Effects of Nuclear Explosions

[2] ttp://www.fas.org/ssp/docs/030217-newrep.htm

[1]

[2]