In den Nachrichten im Radio wurde gerade vom aktuellen Bericht des Friedensforschungsinstitutes SIPRI berichtet und auch wenn ich normalerweise nichts zu aktuellen Themen schreibe, möchte ich hier mal eine Ausnahme machen.

Grundsätzlich wird in dem SIPRI-Bericht gesagt, dass die Zahl der Atomwaffen auf der Welt zwar sinkt und alte Waffen aus dem kalten Krieg demontiert werden, aber eben auch, dass aktuell immer noch neue Waffen entwickelt und verbessert werden. Gibt es bei Atombomben eigentlich überhaupt noch Verbesserungspotential?

Ja, eindeutig. Grundsätzlich ist eine Atombombe recht einfach. Man muss nur genug spaltbares Material nah genug zusammen bringen, so dass die freiwerdenden Neutron bei einem Spaltvorgang mehr als eine weitere Spaltung auslösen und so eine Kettenreaktion in Gang kommt. Die ersten Atombomben im zweiten Weltkrieg schossen einfach ein Uranprojektil auf ein Urantarget, diese überschreiten zusammen die kritische Masse… Kettenreaktion, Boom. Dabei kommt aber z.B. nur 1 von 60kg angereichertem Uran zur Reaktion, so dass sie verhältnismäßig ineffektiv sind und eben viel Potential zur “Verbesserung” besteht.

Um die Effektivität zu steigern kann man versuchen, viel spaltbares Material näher zusammen zu bringen und dies besser zeitlich abzustimmen, so dass effektiv mehr Material zur Spaltung gebracht werden kann. Außerdem können Reflektormaterialien eingesetzt werden, die die Neutronen “in der Mitte” halten und so mehr Spaltprozesse bewirken. Früher wurden dafür Atombombentests gemacht und heute wird das ganze simuliert.

Dafür gibt es Programme, wie z.B. MCNP. Das steht für Monte Carlo N-Particle Transport Code und simuliert, wie sich ein einzelnes Teilchen (z.B. ein Neutron) durch eine gegebene Geometrie aus verschiedenen Materialien bewegt. Sprich, das Programm beschreibt, wie ein Neutron in einem Spaltprozess entsteht, wie es dann durch das umgebende Material fliegt, gestreut wird und ggf. auf ein Uranatom trifft, um dort einen weiteren Spaltprozess auszulösen, deren Teilchen (und Wege) dann wiederum simuliert werden. Die Effektivität solcher Programme wird hauptsächlich von der Qualität der zugrundeliegenden Datenbanken bestimmt, in denen genau beschrieben werden muss, welche Wahrscheinlichkeiten für welche Ereignisse zugrunde gelegt werden. Diese Simulationen bringen selbst moderne Großrechner an ihre Grenzen und je nachdem, was für Systeme nachgebildet werden sollen, ist Rechenzeit tatsächlich ein relevanter Faktor.

Damit wäre dann auch direkt erklärt, warum es auch heutzutage noch Weiterentwicklung im Bereich der Atomwaffen gibt. Bessere Simulationen eröffnen immer neue Arten und Wege, die Geometrie und Materialzusammensetzung von Atombomben zu optimieren, so dass immer weniger spaltbares Material für die gleiche Wirkung benötigt wird. Soweit ich es mitbekommen habe, sind aktuelle Forschungen auf dem Gebiet sogar so weit, dass noch nicht mal mehr sonderlich hoch angereichertes Uran für eine Bombe gebraucht wird, wie ich schon mal am Rande dieses Artikels http://scienceblogs.de/nucular/2015/03/31/brauchen-wir-hoch-angereichertes-uran/ geschrieben hatte.

Wie sieht die Zukunft aus? Lasergetriebene Kernfusion und alle anderen Prozesse zur Neutronenproduktion, über die ich hier so rede, können nicht nur zur Gewinnung von Energie oder zur Forschung eingesetzt werden, sondern auch zur Zündung von Atomwaffen. Sicher werden immer neue, “bessere” und effektivere Atomwaffen gebaut werden. Technisch gibt es da nicht wirklich eine obere Grenze. Die einzige Möglichkeit, dass wir den vierten Weltkrieg nicht mit Stöcken und Steinen ausfechten, ist eine politische Lösung und da scheint nicht nur SIPRI leider recht skeptisch zu sein.

Kommentare (12)

  1. #1 schlappohr
    16. Juni 2015

    Sei doch nicht so negativ, das ist doch mal eine erfreuliche Entwicklung. Vielleicht kommen wir ja auch beim Atombombenbau irgendwann ganz ohne spaltbares Material aus. Die Militärs machen uns vor, was die Politiker nicht schaffen: Den Atomausstieg. Außerdem bin ich sicher, dass es keinen vierten Weltkrieg geben wird, weil niemand mehr da ist, der ihn führen könnte. Also alles in allem sieht es doch gar nicht so schlecht aus.

  2. #2 Tobias Cronert
    16. Juni 2015

    Ganz ohne spaltbares Material? Na da wären wir bei Lasergetriebenen Fusion… sind Fusionsbomben noch Atombombomben?

    Ach irgendwie habe ich was dagegen, wenn “mein” Wissenschaftsgebiet dazu benutzt wird Waffen zu bauen. Grundsätzlich mag ich ja Menschen.

  3. #3 strahlenbiologe
    16. Juni 2015

    “Effektiver” bedeutet doch gleichzeitig auch dass weniger spaltbares Material benötigt wird, oder? Ist damit eine Atombombe im Handgepäckt dann keine Illusion mehr?

  4. #4 Martin
    16. Juni 2015

    Welche experimentellen Überprüfungsmöglichkeiten gibt es eigentlich, um die Vorhersagen der Software zu testen? Baut man dann eine Atombombe im kleinen Maßstab, die nicht die kritische Masse erreichen kann, um mögliche Wege des Protons unter verschiedenen Bedingungen zu testen?

  5. #5 Martin
    16. Juni 2015

    Welche experimentellen Überprüfungsmöglichkeiten gibt es eigentlich, um die Vorhersagen der Software zu testen? Baut man dann eine Atombombe im kleinen Maßstab, die nicht die kritische Masse erreichen kann, um mögliche Wege des Protons unter verschiedenen Bedingungen zu testen?

  6. #6 Tobias Cronert
    16. Juni 2015

    Die kritische Masse, kann durch Komprimierung (Explosion/Implosion), Reflektormaterialien und externe Neutronenquellen sehr stark verringert werden.

    Moderne “normalgroße” Sprengköpfe enthalten ca. 3kg Pu und 25kgU http://wp.me/a5B8rY-5j. Aber es ist eigentlich allgemeiner Konsens, dass auch nur mit wenigen kg im einstelligen Bereich eine Bombe gebaut werden kann. Das ganze auf Rucksackgröße zu reduzieren halte ich vom Punkt der Neutronik durchaus für möglich, wobei die großen Industrienationen damit aber sicher nicht hausieren gehen werden.

    @Martin: Die Bewegung von Neutronen/Protonen etc. kann man mit einem Forschungsreaktor oder Teilchenbeschleuniger überprüfen. Mihilfe von solchen Experimenten wurden überhaupt erst die notwendigen Datenbanken aufgebaut. Die Neutronik am promt überkritischen Punkt bei einer Atombombenexplosion spielt sich im Nano- bis Millisekundenbereich ab und auch teilweise bei extrem hohen Drücken, für die es keine experimentellen Daten gibt. Das kann man tatsächlich nur noch simulieren, hoffen, dass die Modelle stimmen und von Zeit zu Zeit mal gucken, ob man den eine oder anderen Wert (z.B. Streuqueschnitt von U bei hoher Temperatur und Druck) vielleicht doch experimentell überprüfen kann.

  7. #7 Tobias Cronert
    16. Juni 2015

    Standart “warheads”
    http://wp.me/a5B8rY-5k

  8. #8 Karl Mistelberger
    16. Juni 2015

    > #6 Tobias Cronert, 16. Juni 2015

    > Aber es ist eigentlich allgemeiner Konsens, dass auch nur mit wenigen kg im einstelligen Bereich eine Bombe gebaut werden kann. Das ganze auf Rucksackgröße zu reduzieren halte ich vom Punkt der Neutronik durchaus für möglich …

    Allgemeiner Konsens ist nicht immer notwendig. Manchmal tut es auch ein Blick in die Wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/W54

  9. #9 Karl Mistelberger
    17. Juni 2015

    > Grundsätzlich ist eine Atombombe recht einfach.

    Eine “grundsätzliche Atombombe” tut halt nicht viel, siehe den Fizzle in Nordkorea. Es bestehen erhebliche Zweifel, ob der 2006 zur Explosion gebrachte Apparat klein genug war, um in eine Waffe eingebaut zu werden.

    Grundsätzlich gilt zwar “Wer ko, der ko”, doch in den 70 Jahren seit Explosion der ersten Bombe ist nicht so viel passiert. Wenn es so einfach wäre hätte es schon jemand demonstriert.

    > Dafür gibt es Programme, wie z.B. MCNP. Das steht für Monte Carlo N-Particle Transport Code und simuliert, wie sich ein einzelnes Teilchen (z.B. ein Neutron) durch eine gegebene Geometrie aus verschiedenen Materialien bewegt.

    MCNP ist ein faszinierendes Ding, und läuft auf jedem 08/15 Desktop ganz hervorragend, doch eine gewisse Ahnung sollte man schon haben. Mit Trial and Error allein kommt man nur zu sehr bescheidenen Ergebnissen.

    Vor 9/11 konnte man noch die Handbücher herunterladen. Seither hat sich einiges geändert:
    Effective 26 November 2001 the Office of Export Control Policy and Cooperation has required that the MCNP User Manual be removed from all publicly – accessible websites. Further review may allow us to re-post the manual someday.

  10. #10 Tobias Cronert
    17. Juni 2015

    sehe ich alles sehr ähnlich. Wie “einfach” es ist eine Atombombe zu bauen ist halt relativ, eine gute Infrastruktur und Fachwissen braucht man schon… aber ich sag mal Ford, Volkswagen oder Mercedes hätten sicher die Möglichkeiten ein Atomprogramm hochzuziehen und innerhalb von wenigen Jahren zum Abschluss zu bringen, wenn sie niemand politisch davon abhalten würde.

    Wenn man aufgrund der amerikanischen Sicherheitspolitik keine Lust auf MCNP hat kann man auch recht gut GEANT 4 http://geant4.web.cern.ch/geant4/ benutzen, das am Cern für Wissenschaftlerkollegen entwickelt wurde, die aufgrund eines arabischen Namens keine MCNP Lizenz bekommen haben *g*. GEANT 4 ist kostenlos und Open Source und vor allem für C++ Liebhaber geeignet.

  11. #11 Karl Mistelberger
    17. Juni 2015

    Auch LANL kocht mit GEANT 4 wenn sinnvoll (“Note that at LANL, Geant4 is the code of choice for muon detector research”). Die Leute dort haben ein lange TODO Liste: Technical Report: MCNP 2020. Der Merge von MCNP5 und MCNPX zu MCNP6 war offensichtlich nebenwirkungsreicher als vorhergesehen. Eine Generalerneuerung steht also an.

    Vor einiger Zeit war einmal von Virtuellen Petaflops die Rede: The pursuit of the whole NChilada: Virtual petaflops using multi-adaptive algorithms for gravitational systems. Die Optimierung der Algorithmen über 30 Jahre hat gegenüber der bekanntermaßen stürmischen Hardwareentwicklung im selben Zeitraum etwa tausendfach mehr zur Erhöhung der Rechengeschwindigkeit beigetragen.

    Ob die Jungs und Mädels vom LANL erfolgreich sein werden bleibt spannend. Das Risiko ist ihnen durchaus bewusst:

    For the modernization and refactoring of a large scientific code package, it is helpful to consider several general areas: code structure, data structures, algorithms, computational physics kernels, and infrastructure. Any modernization effort that attempts to change 2 or more of these areas simultaneously is doomed to certain failure.

    Eine wahrscheinlich gar nicht notwendige Portierung von Fortran 90 zu C++ würde neue Chancen eröffnen, ist C++ doch die erste Sprache, Hello World so gründlich zu verbocken: How can you break something as simple as “Hello World”?

  12. #12 DH
    17. Juni 2015

    @schlappohr

    Eben , die Atombombe als Friedensbringer.