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ANHANG

10. Natunvissenschaftlich-technische Fakten zu Atomsprengkorpern und Kernsprengstoffen

10.1. Vorbemerkung

Die Wiege der zivil genutzten Kernenergietechnik liegt, wie bei vielen Techniken, irn Kriegerischen: In den ersten anderthalb Jahrzehnten der Entwicldung der Nukleartechnik - von 1939, dern Zeitpunkt der Entdeckung des physikalischen BasisplUinornens, bis 1954, dern Beginn der Atoms-for­Peace-Kampagne, baute man alle Anlagen fast auschlie6lich zu militarischen Zwecken. Dabei hat der historische Zufall insofem eine Rolle gespielt, als im gleichen Jahr, in dern die Kemphysiker das technische bzw. explosive Potential der Atomkernenergie erkannten, Hitler den Zweiten Weltkrieg begann und die weitriiumigen Siege des deutschen Militars, zusammen mit Geheimdienst-Informationen fiber ein deutsches Atornprojekt, die Atomrtistung der GroBmAchte in Gang setzte bzw. massiv beschleunigte -eine Ironie der Technikgeschichte.

Zivile Anwendungen der Atorntechnik, seit dern 6. August 1945 propagiert, hatten bei den Forschungs- und Entwicldungsarbeiten marginale Bedeutung -obwohl die Industrie, die im Auftrag der RUstungsministerien nuklear forscht und entwickelte - etwa die I.G. Farben in Deutschland und ICI in GroBbritannien (s. Understudie) - schon urn 1942 langfristige, ziviltechnische Anwendungsvisionen in ihr Okonomisches Kalkill mit einbezog. 855

Die nach 1954 eingeleitete Entwicldung von Reaktoren fUr Atomkraftwerke fuBte auf miIitarischern Know-How. Noch im Stadium der MarktdiffiJsion, Mitte der 60er Jahre, hatte die nukleare Kraftwerkstechnik, besonders die Form des entwickelten Brennsto1fzyldus, einen ausgeprAgten Dual-Use­Charakter (s. Understudien).

855 Die strategische Marktinteressen der I.G. Farben auf nuklearen Gebiet urn 1942 werdenerkennbar in [Walker 89, I 73ff.]

AtomsprengkOrper und KernsprengstofIe 491

Andere zivile Anwendungen der Atomtechnik, nennenswert die Produktion von Radioisotopen in Reaktoren und deren industrielle Nutzung, erreiehten keine grOl3ere kommerzielle Bedeutung, anders wie in den 50er Jahren propagiert. Zivile Kemsprengungen vol1zogen nur staatliehe Stellen, am meisten in der UdSSR.

Die zu erwartende enge technologische Nahe der militllrischen und (kiinftigen) zivilen Entwicklungslinien der Atomtechnik war Sachkundigen schon fiiih bekannt. So warnte 1946 Robert Oppenheimer, der Leiter des amerikanischen Atombombenentwicklungszentrums Los Alamos: 856

"Die Elektrizitiit erzeugenden Kernkraftwerke mogen filr die Herstellung von Bombenmaterial nieht ideal geeignet sein, aber in einer Notlage - und jeder Atomkrieg w!i.re eine Notlage - kann man sie immerhin verwendbar machen. Die verschiedenen, aus Uran und Thorium gewonnenen spaltbaren StofIe, die im bisherigen Energieprogramm (gemeint ist das Atombombenprogramm, d.V.) eine so entscheidende Rolle spielen und auch schon filr den Gebrauch der Kernkraft in Forschungsmei1ern und filr die FOrderung von Naturwissenschaft und Medizin unentbehrlieh sind, kOnnen mit mehr oder weniger Millie in atomare SprengstofIe umgewandelt werden. Diesselben physikalischen Grundkenntnisse, die auf dem einen Gebiet erlernt, erforscht und erweitert werden mtlssen, kommen auch dem anderen zustatten. "

Solche Hinweise vermied die Fachliteratur, die wahrend der Atoms-for­Peace-Epoche erschien, grundslltzlich. Eine der wenigen Ausnahmen ist das Biichlein "Atomkraft" der Skandinavier Niels Arley (norwegisches Institut fUr Krebsforschung) und Helge Skov (Technische Hochschule Kopenhagen). Es teilte 1957 mit: 857

"Es mufi extra betont werden, daB die friedliehe und die militiirische Anwendung der Kernspaltungsenergie unlOslich zusammenhltngen, einmal in Bezug auf die gemeinsame kernphysikalische Grundlage, die gemein­same wissenschaftliehe und technische Forschung, die gleiche ehemische Atomindustrie, das gemeinsame Okonomische Budget, und in praxi auch in bezug auf die gemeinsame Organisation, weil praktisch in allen Landern

856 J.Robert Oppenheimer, 'Atomare SprengstofIe', Vortrag vor dem George Westinghouse Centennial Fonnn, Pittsburgh, Pennsylvania, 16.5.46, abgedruckt in [Oppenheimer 55, 9-20 (Zitat S. I If)] (in deutscher Obersetzung).

857[Arley 57, 41,57]. (1960 ist das Buch in deutscher Fassung in einer Reihe des Springer-Verlags erschienen - herausgegeben vom Bienenforscher Karl v. Frisch). Ein weiteres, damals sehr informatives Buch zum verdeckten militiirischen Hintergnmd der Atomkraftbegeisterung, verfa6te der Leiter des Kieler Instituts filr Weltwirtschaft, Fritz Baade bis 1934 Reiehstagsabgeordneter der SPD, danach aus Deutschland emigriert [Baade 58).

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beide Anwendnngen verwaltungsmaBig zu ein nnd derselben Regierungskommission geMren nnd deshalb denselben GeheimhaltungsbestimmWlgen nnterworfen sind. "

Dies war ein deutlieher Hinweis auf die Zwei-Zweck-Orientierung der laufenden staatliehen Atomprogramme weltweit. Die Erkenntnis, die sieh wahrend der Ptiisidentschaft von Jimmy Carter verbreitete, die Weiterentwieklung der Atom-, besonders der Plutoniumtechnologie wfirde latent Kemwaffen verbreiten, war fUr technische Insider niehts Neues. Der Aspekt der latenten Proliferation begleitete unablassig die Entwicklung zivil anzuwendender Kemtechnik.

Der folgende naturwissenschaftlieh-technische Steckbrief zur militarischen Nutzung der Atomtechnik soli Nieht-Naturwissenschaftlem das Verstandnis der technischen Analysen dieser Arbeit erleiehtem. Ausgespart sind viele quantitative Details und Einzelfakten. Insofem fbrdert dieser Anhang nieht die Verbreitung von Anwendungs-Know-How. Sein Schwerpunkt ist der dual­use-Charakter der kemtechnischen Forschung und Entwieklung und der nuklearen Brennstoffzyklen.

10.2. MUitiriscbe Nutzung der Atomenergie

10.2.1. Ubersicht

Die militarischen Anwendungen der Atomkernenergie unterscheiden sieh nach explosiven Formen (in Waffen) und naeh nieht-explosiven (in Waffen oder zum Antrieb und zur Energieversorgung von militarischem Gentt).

Eine nicht-explosive Atomwaffe ist eine VerstrahlungswajJe. Sie enthlilt hochradioaktive Radionuklide, die im Atomspalt-Reaktor entstanden sind nnd in Wiederaufarbeitungsanlagen abgetrennt werden kOnnen. Solche Kontaminationswaffen zielen auf die DauerverseuchWlg von Landtllichen ab nnd sind, soweit bekannt, wegen ihres zweifelhaften militarischen 'Nutzens' nie eingesetzt wor­den. (Die in der Literatur erwlihnte Kobalt-Bombe stellt eine Kombination von Bombe nnd Verstrahlungswaffe dar - das hoch radioaktive Kobalt 60 entsteht wahrend der Detonation einer Atombombe aus beigefilgtem stabilen Kobalt 59 nnd erhOht damit den gammaintensiven Fall-Out der Bombe). General McArthur soIl wahrend des Koreakriegs gefordert haben, China durch einen wll1berwindbaren Gi1t1e1 aus Kobalt 60 von Korea abzutrennen. Man darf also vermuten, daB das US-Militlir fiber Verstrahlungswaffen verfilgte. Wahrscheinlich sind zu militarischen Zwecken auch die radioaktiven Spaltprodukte Casium 137 und Strontium 90 in Wiederaufarbeitungsanlagen abgetrennt worden - fllr die Anlage Marcoule war dies in

AtomsprengkOrper tmd Kemsprengstoffe 493

den spIlten 50er Jahren zmnindest geplant. Ob sieh solehe Waffen heute in militllrischen Arsena1en befmden, ist nieht bekannt. 858

Nicht-explosive, militlirische Anwendungen der Kernenergie sind energieerzeugende Reaktoren. Man fertigte solehe als Notstrom­Kleinkraftwerke fUr militlirische Kommandozentralen (USA), fUr gro8e Satelliten, und, am weitesten verbreitet, als Antriebsreaktoren fUr Kriegsschiffe, unter und fiber Wasser. Antriebsreaktoren fUr Bombenflugzeuge und Panzer, die man in den 50er Jahren propagierte, sind wegen des Gewiehtsproblems nieht tiber das Entwieldungsstadium hinausgekommen. Nukleare Raketenantriebe, schon in den 40er Jahren im Gespriieh, etwa in Peenemiinde, belebten in den 50er Jahren Phantasien fiber die Eroberung des Weltraums. 1960 ging im US-Kernforschungszentrum Los Alamos ein Testreaktor ('KIWI') fUr den Raktenantrieb in Betrieb. Aueh die UdSSR hat den Nuklearantrieb fUr Raketen intensiv untersueht. (Die 'Atombatterien'von Satelliten verwenden nieht Kernenergie, sondern alpha­aktive Radionuklide, etwa Plutonium 238, welehe durch ihre Partikelstrahlung beim Abbremsen W!rme erzeugen). 859

10.2.2. Explosivkra/t von Atombomben

Die Atombombe beruht auf der riiumlieh und zeitlieh konzentrierten Freisetzung von Kembindungsenergie. (Die Bombe von Hiroshima war insofem die erste praktische Anwendung der von der RelativiWstheorie postulierten Energie-Masse-Aquivalenz). Bei der Explosion einer Atomspaltbombe !110ft eine 'prompt kritische' Kettenreaktion von Spaltungen schwerer Atomkeme ab (Uran oder Plutonium), im Falle der Atomfusionsbombe die Verschmelzung sehr leiehter Atomkerne von Wasserstoffisotopen - woraus sieh der Name 'Wasserstoftbombe' oder

858 Zur Kobalt-Bombe: [Hoffinann 75,79 (Lehrbuch des Militarverlags der DDR)]. Zum Plan McArthurs: [Cumings 92, 21] tmd NYf 9.4.64. Zur Spaltproduktabtrenntmg in Marcoule: AKr, 176, Krekeler an Balke, 20.7.62 tmd Krekeler zum Verfasser. (Krekeler, deutsches Mitglied der Euratom­Kommission, informierte Atomminister Balke, daB die Euratom-Kommission in Korze uber eine Strontium- tmd Caesiumabtrennung in Marcoule entscheiden wolle).

859 Zum nuldearen Flugzeugantrieb: [Albrecht 89 b]. Zum Raketenantrieb: (Los Alamos 93, 2]. SZ 4.4.91, 11.4.91 ('USA entwiekeln Rakete mit Atomantrieb'), 14.1.92,2.4.92. Sowie: Shikalov zum Verfasser. N.N. zum Verfasser: auch in der Btmdesrepublik Deutschland forschte man in den 60er Jahren zum nuldearen Rak.etenantrieb.

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'thermonukleare Bombe' ableitet. (Die nukleare Kemverscbmelzung wird thermisch induziert, s.u.).

Eine Atomspaltexplosion setzt im Vergleich zu einer herkOmmlichen Explosion - dies ist eine exotherme chemische Reaktion der AtomhUlle -grO&enordnungsnUi8ig die zehnmillionenfache Energiemenge je atomarem Prozess frei (Oxidation in der HUlle versus Spaltung des Kerns). Die gewichtsbezogenen Energiepotentiale verhalten sich etwa wie 2,5 Millionen : 1, bei der Fusion wie 20 Millionen : 1).860

Die in einem Gramm eines SpaltstofIs enthaltene Kemenergie entspricht der chemischen Energie (VerbrennungswArme) von etwa 2,5 Tonnen Steinkohle. Die von der Nagasaki-Bombe freigesetzte Energie entspricht der Verbrennungswlbme von 2500 Tonnen Steinkohle. Nur etwa 17 % der Plutoniumladung wurden dazu gespaiten. Die Detonationsstarke der Bombe, etwa 22 kt TNT-Aquivalent, war so groS, wie die von 4400 gleichzeitig explodierenden Bomben des Typs 'Grand Slam' - die gr06te konventionelle Bombe des Zweiten Weltkriegs. (Die Explosionsenergie wird in der Regel in Gewichtsiiquivalent des klassischen Sprengstoffs Trinitrotoluol - TNT angegeben. Die Spaltung von etwa 50 g Uran oder Plutonium in einer Bombenkonfiguration erzeugt eine Sprengkraft von etwa 1000 Tonnen = 1 Kilotonne TNT). 861

Die Sprengkraft der mAchtigsten, je zur Explosion gelangten Atombombe (58 Megatonnen TNT-Aqivalent, 30.0ktober 1961, Novaja Semlja, 2600fache Nagasaki-Stllrke) entsprach der 230fachen Sprengkraft alIer im Zweiten Weltkrieg insgesamt iiber Deutschland abgeworfenen Bomben (ca. 250 000 Tonnen TNT). 862

Die gewaltige Steigerung der Sprengstllrke war eine militllrtechnische Revolution. Die ZerstOrungskraft und die kurz- und langfristigen

860 Ein Kernspaltung setzt je beteiligtem Atom im Vergleich zur Oxidation von Kohlenstoff zu Kohlendioxid die filnfugmillionenfache Energiemenge frei (200 Millionen eV : 4,22 eV). (Andere Verbrennungs- bzw. Oxidationsvorglinge, etwa die Wasserstoffverbrennung, liefem weniger Energie).

861 Harry Warrelmann, Sprengmeister der Hansestadt Bremen, zum Verfasser. (Die 200-Zentner Bombe 'Grand Slam' (Gesamtgewicht 22 000 Ibs = 10 Tonnen) enthielt etwa 5 Tonnen konventionellen Sprengstoft).

(Die Presseerklilrung des Weillen Hauses zum Abwurf der Hiroshima-Bombe gibt ein Aquivalent von 2000 'Grand Slam' Bomben an (vgl. NYT, 7.8.45, S. 1)­hier wurde die Gehllusemasse der 'Grand Slam' ttbersehen und die DetonationssUirke zu hoch eingeschlltzt (20 statt 12-15 kt).

862 Gesamtmasse der ttber Deutschland abgeworfenen Bomben: 250000 Tonnen. FRUS 1952-54, n, S.I066.

AtomsprengkOrper und Kemsprengstoffe 495

Strahlungsfolgen (Sofortkernstrahlung und Fall-Out) machen die Atombombe zur 'absoluten Waffe' (so ein Bericht der Vereinten Nationen). Die Kemwaffe veranderte wahrscheinlich Kriegsfiihrungs- und Bedrohungsstrategien radikaler als jede Waffe zuvor. 863

10.2.3. TriigersystemejUr Atomwaffen

Zum kriegsma6igen Einsatz von Atombomben bedarf es einer 'Atomstreitmacht' (so der gangige BegrifI der 50er und 60er Jahre) - im wesentlichen Transportmitteln mit entsprechend ausgebildeten Troppen.

Zum Transport von Atomwaffen eignen sich, bei entsprechender Traglast (die Hiroshima-Bombe wog 4 Tonnen) land-, hill-, see-, bzw. unterwasser­gestOtzte (Uberschall)-Flugzeuge, Raketen, MarschflugkOrper, Artillerie, Torpedos und Minen (teilweise mit spezifischer Orientierung aufLand-, Luft­, Uber- oder Unterwasserziele). Die Reichweite eines Tlilgersystems und die (entsprechend angepa6te) Detonationsstarke und Strahlungscharakteristik des jeweiligen Atomsprengkopfes (oder der KOpfe) bestimmt die Einsatzcharakteristik der Atomwaffe.

Grob einteilen lassen sich nukleare Waffensysteme nach strategischen Waffen (grok Reichweite, gro& Sprengkraft) und taktischen, beziehungsweise Gefechtsfeld-Waffen (kleine Reichweite, kleine Sprengkrafi).

Die Ulllliistung einer Armee auf nukleare Kriegsfiihrungsfiihigkeit umfaBt ein weites Spektrum begleitender Ma8nahmen, so die Umgliederung auf kleine, hochmobile TruppenveIbande mit effizienter Kommunikations- und Kommandostruktur, entsprechende Schutz- und DekontaminationsaUStiistung fiir aile Truppen (einschlieiUich EMP-Schutz von elektrischen Schaltungen und Kommunikationsnetzen), verlinderte Operationsstrategien, Spezialvetbunkerung von Befehlszentralen, etc.

863 Zu den Wirkungen von Atomwaffen: [UN 80, 53ff. Glasstone 77. Hoffinann 75, 259457]. Einen Uberblick zur Technikgeschichte von Waffen gibt [E. MtUler91).

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10.l. Tecbnik der Atomspaltbombe

10.3.1. Komponenten und Know-How

10.3 .1.1. Begriffe

Atombomben (Atomspaltbomben) und Wasserstoftbomben (s.u.) gibt es in verschiedenen Konstruktionsvarianten und technischen Entwicklungstufen. Diese Arbeit konzentriert sich auf die Startphase eines Kemwa1fenprogramms und damit auf die Herstellung der nOtigen 'Grundstoffe' (fortgeschrittene 'Atomwaffentechniken', etwa Miniaturisierung durch Superkompression, Variabilitllt des Kalibers, Neutronenwaffenl Enhanced Radiation-Weapons, etc. sind nicht behandelt). 864

10.3.1.2. Komponenten von Atomspaltbomben

Kernsprengslltze enthalten die folgenden Hauptkomponenten:

• Die Kemiadung enthalt den nuklearen Spaltstoff (Kernsprengstofl) in spezifischer geometrischer Ausformung. Vor der ZOndung ist die Kemladung im 'unterkritischen' Zustand - infolge der riiumlichen Trennung zweier Teilladungen bei der einfachen Uranbombe oder infolge nicht vorhandener Verdichtung bei einer Plutonium(hohl)kugel. Beide Konfigurationsvarianten werden durch Zusammenschu6 bzw. Verdichtung 'super prompt-kritisch' - die Kettenreaktion startet. Um einen schnellen, hochexplosiven Ablauf der Kettenreaktion zu erreichen, mu6 der Spaltstoff in metallischer Form vorliegen. Um Korrosion beziehungsweise Selbstentzfindung des Uran­oder Plutoniummetalls zu vermeiden, ist die Keroladung an der OberflAche beschichtet.

• Die konventionelle Sprengiadung komprimiert die Kernladung - bei der Uranbombe nach dem Kanonenrohrprinzip (linearer, einseitiger Schu6), bei der Plutoniumbombe nach dem Implosionsprinzip (kugelsymmetrischer Schu6 durch gasstrahl-fokussierende Hohlladungen). Benutzt werden hochbrisante Sprengstoffe (z.B. Hexogen, Octogen, Triamino-Trinitrobenzol, Nitrotriazolon), die bei

864 Zu 'fortgescbrittenen' Atombomben: [Seifritz 84. Cochran 83. Cochran 87a, b. Hansen 88]

Atomsprengk6rper und Kernsprengstoffe 497

der Plutoniumbombe als (filnf- oder sechsecldge) Sprengstofilinsen ausgebildet sind. Bei der Implosionsbombe von Nagasaki detonierten etwa 2300 kg chemischen Sprengstoffs, modeme Waffen kommen mit 7 - 20 kg aus. Bei fortgeschrittener SchuBtechnik wird der Spaltstoft' zum vielfachen seiner Normaldichte 'superkomprimiert' . 1m Metall entstehen dabei Drucke von einigen Rundert Kilobar . Dies erm6glicht Superkritikalitiit auch bei Kemladungen unterhalb der 'kritischen' Masse. Insofem ist die beliebte Angabe von kritischen Massen von Spaltstoft'en mit verschiedenen Reflektoranordnungen von begrenzter Aussagekraft. (Die kritische Masse verbalt sich umgekebrt proportional etwa zum Quadrat der Dichte). 865

• Die Initialisierungseinrichtung erzeugt zum neutronenphysikalisch optimalen Zeitpunkt der Kompaktion einen Neutronenschauer. Dieser setzt die Kettenreaktion mit m6glichst hoher Startintensitiit in Gang (was die Dauer der Kettenreaktion verldirzt). Das 'Timing' der lnitialisierung bestimmt empfindlich die Detonationskraft (Kalibirierung ist m6glich). Als Neutronenquelle der ersten Bomben diente ein Radium-Beryllium-Pulver (Alpha-Neutronen-Kernreaktion), das sich wilhrend der Detonation vermischte. Eine fortgeschrittene Initialisierungstechnik benutzt einen kleinen, extemen Linearbescbleuniger, der Deuteronen durch einen Kana! in der Kemladung auf ein zentral angeordnetes Tritium-Target 'schie6t' (den Neutronenschauer erzeugt die D-T -Fusionsreaktion).

• Der Neutronen-Reflektor reflektiert Neutronen, die beim Ablauf der Kettenreaktion aus dem Spaltstoft' entweichen, zuriick auf die Kemladung. Dies beschleunigt erheblich die Kettenreaktion und verringert die 'kritische' Masse. Reflektormaterialien sind Natururan, Wolfram oder Beryllium. (Beryllium verstiirkt aufgrund einer Kemreaktion die Neutronen-Riickstreuung).

• Die DtJmmung verhindert, daB die Kernladung, die sich wilhrend der Kettenreaktion massiv aufbeizt, zu fiiih expandiert und damit die Kettenreaktion 'geometrisch' abschaltet. Verwendet wird Natururan (das gleichzeitig als Reflektor wirkt). DAmmung bzw. Reflektor be:finden sich bei der Implosionsbombe zwischen dem chemischen

865[Seifritz 84, 22f. Cochran 83,23f. Hansen 88, 20, 32. Seaborg 90,311]. Locke zwn Verfasser.

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Sprengstoff und der Kernladung (ein Zwischen-Spalt steigert die Kompaktionsgescbwindigkeit).

Von den Grundstoffen der Atombombe erfordert die Beschaffimg des nuklearen Spaltstoffs den weitaus gr08ten Aufwand. 866

(Zu einem nuklearen Sprengsatz gehOren weitere Teile, wie elektroniscbe Hocbgescbwindigkeitsschalter, 'KIytrons', verscbiedene ZUndeinricbtungen und - sicberungen. und das Bombengehause).

10.3.1.3. Know-How

10.3.1.3.1. Konventionelle Sprengung und ZUndung

Oas konventionelle Know-How einer Atombombe besteht im wesentlicben aus fortgeschrittener Sprengtechnik - die pdizise ZUndung cbemiscben Sprengstoffs. Besondere Anforderungen stellt bei der Plutoniumbombe die pdizise, kugelsymmetrische Anordnung mehrscbicbtiger 'Sprengstofflinsen', die nacb dem Prinzip der Hohlladung nacb innen fokussieren und aus deren exakt zeitgleicher Ziindung. Oabei ist die Ziindung von Uran vergleichsweise einfacb. Bei der ersten Bombe, der von Hiroshima, verzicbtete man. anders wie bei der Plutoniumbombe auf eine Probesprengung.

10.3.1.3.2. Nukleare Kettenreaktion

"Ein Reaktor ist eine &mbe, worin die Fissions- oder Fusionsprozesse langsam vor sich gelten; eine &mbe ist ein Reaktor, worin sie so schnell wie mOglich geschehen".

erIauterten Ende der 50er Jahre die Skandinavier Niels Arley und Helge Skov. 867

Die Kettenreaktion einer Atomspaltbombe unterscheidet sicb von der Kettenreaktion im Reaktor dadurch, da8 sie extrem schnell auf eine sehr bobe Leistung anwachst. Andernfalls kame es zu einer nuklearen Verpuffung - die Kernladung wiirde zetbersten, bevor die Kettenreaktion ihr hocheffi.zientes Endstadium erreicbt hat. Innerhalb der letzten 0,1 Millisekunden werden 99,9

866 Dazu: (Jordan 54. Lfitzow 58. Beaton 62. Kramish 63. Marwah 75. Wohlstetter 76. u. v.a.]

867[Arley 60,57]

Atomsprengkorper \Uld Kemsprengstoffe 499

% der Energie frei. Damit die Kettenreaktion schnell genug anwlichst, bedarf es schneller, d.h. nicht-moderierter Neutronen. Die Lebensdauer jeder Neutronengeneration betrligt hOchstens 0,01 Millisekunden (= 1 'shake'). Die Kettenreaktion einer Bombe lliuft bei etwa 50 Neutronengenerationen fiber etwa eine halbe Millisekunde (50 shakes). 868

1m Reaktor dagegen bleibt eine stabile Kettenreaktion fiber lange Zeitrliume auf einem konstanten Leistungsniveau. (In herkOmmlichen, 'thermischen' Reaktoren sind die Neutronen auf thermische Geschwindigkeiten abgebremst). Atombombe und Atomreaktor beruhen insofem auf dem gleichen kemphysikalischen Phlinomen. Eine Kettenreaktion ist mit den KontrollmOglichkeiten eines Reaktors (Steuerstlibe etc.) technisch leichter zu erreichen als in einer Bombe (jedenfalls wenn kein konzentrierter Spaltstoff vorhanden ist). Technikhistorisch gab es deshalb zuerst den Atomreaktor, dann die Bombe - bei der Fusionsbombe war es umgekehrt.

Die Hauptschwierigkeit des Bomben-Designs besteht darin, durch Steuerung der verkoppelten thermodynamischen, hydrodynamischen und neutronenphysikalischen Prozesse die Kettenreaktion vor ihrem Abbruch auf eine sehr hohe Intensitlit zu bringen. Dabei ergeben sich fast aile technischen Schwierigkeiten der Atomwaffen-Konstruktion, wie bereits der Smyth-Report 1945 bemerkte, aus dem extrem kurzen Ablauf der Prozesse. Kemwaffen­Designer brauchen deshalb fUr die Vor-Experimente zur optimalen Konfiguration Kurzeit-Aufnahmetechniken wie Kerr-Zellen- und ROntgenblitz-Kameras.

Die entsprechenden neutronenphysikalischen Rechnungen setzen die Kenntnis verschiedener neutronenphysikalischer Kenngr06en des Spaltstoffs und der Reflektor- und Strukturmaterialien voraus. Diese Kenngro6en liefem Neutronenexperimente. So war 1942/43 das amerikanische Atombombenprojekt (wie der Serber-Report von 1943 notiert)

"in einem experimentellen Dringlicbkeitsprogramm hauptslichlich damit befaBt, die Neutroneneigenschaften verschiedener Materialien zu bestim­men ( ... )." 869

Wichtige neutronenphysikalische Parameter filr den Ablauf der Kettenreaktion sind die Geschwindigkeitsverteilung der entstehenden Spaltneutronen, der Neutronen­Vennehrungsfaktor, \Uld die Spalt-, Absorptions-, \Uld Streuquerschnitte des Spaltstoffes \Uld der sonstigen Strukturmaterialien der Bombe. Diese Daten. die ouch for schnelle Neutronen vorliegen mUSSen. sind for die Konstruktion einer Bombe von zentraler Bedeutung. Daraus lassen sich mit Hilfe von Rechenmodellen die kritische Masse der Kerniadung, die erforderliche SchuBgeschwindigkeit zur nuklearen

868 u.a. (Seaborg 90, 309]

869[Serber 43,24]

500 KapitellO

ZUndung und die Detonationssutrke berechnen. Die ftIr die Kemladung erforderliche Spaltstoffinasse ergibt sich aus der jeweiligen durch die Konstruktion einer Bombe vorgegebenen Konfiguration (Reflelctor, Verdichtungsfaktor, Normaldichte sowie isotopische und chemische Reinheit des Spaltstoffs).

Die erforderlichen Neutronen erzeugen Bescbleuniger unci in einem nachsten Entwicldungsscbritt, zu weit h6herer Intensitilt, Forschungsreaktoren. (Die Daten zum Bau von Forschungsreaktoren lieferten Neutronenexperimente mit van-de-Graff-Beschleunigem oder Zyldotronen. In dieser fiiihen Entwicldungspbase waren auch Neutronen-MeBapparaturen zu konstruieren.) Forschungsreaktoren erleichtem die Konstruktion einer Atombombe wesentlich: Die Kettenreaktion ist zu studieren unci die neutronenphysikalischen Parameter von Kernspaltstoffen unci anderer Baumaterialien sind pIiizise zu messen. Wenn, wie es heute der Fall ist, ausreichend Literaturdaten vorliegen, ermoglichen Forschungsreaktoren den Erwerb experimentellen Know-Hows zur Kem- unci Neutronenphysik und damit die Ausbildung von Wissenscbaftlem unci Technikem im nationalen Rahmen - eine unverzichtbare Voraussetzung fUr ein langfristig angelegtes Kemwaifenprogramm von Staaten. Die Forschungs- unci Entwicldungspbase der Reaktortechnik verUiuft insofem im Hinblick auf spAtere zivile oder militilrische Anwendung der Kemenergie weitgehend parallel.

Die amerikanischen, englischen und franzosischen Atombombenentwick­lungsprogramme begannen aile mit dern Bau von Forschungreaktoren. Neben physikalisch-technischem Basis-Know-How lieferten sie auch Konstruktionsdaten ftIr Leistungs-bzw. Produktionsreaktoren zur Plutonitunherstellung.

Besonders interessant fUr militilrische Anwendungen sind 'schnelle' Forschungsreaktoren. Diese arbeiten, wie die Bombe, mit schnellen, ungebremsten Neutronen (wobei sie, anders wie thermische Reaktoren konzentrierten Spaltstoff benOtigen). Die Physik 'schneller' Reaktoren ist mit der Bombenphysik nahe verwandt.

So haute man den ersten, schnellen Forschungsreaktor der Welt, 'Clementine', im US-Atombombenzentnnn Los Alamos, im Herbst 1945. Derm

"das Forschungszentnnn brauchte mehr Infonnationen fiber die Eigenschaften schnell-kritischer Systeme, da die Bombe selbst ein super-kritisches System auf der Grundlage schneller Neutronen ist",

bemerkt die AEC-Geschichte zu Los Alamos. Und: "Das Spektrum schneller Neutronen, das von einem solchen Reaktor produziert wird, ist anniihernd das gleiche,

AtomsprengkOrper 1.Uld Kemsprengs!offe SOl

wie das einer Bombe, dec Reaktor wird damit zu einem nUtzlichen Werkzeu& zur Erforschung von Problemen, die mit Kernreaktionen in Waffen einhergehen." 87

Technikhistorisch stanunt dec schnelle Reaktor (wie dec Schnelle BrIlter, dec fruh Waffen-Plutonium erzeugte - vgl. Teil I - 'Atoms-for-Peace') aus dem militarischen Bereich. Arnold Kramish, amerikanischer Proliferationsexperte, bemerkte 1963, dec schnelle Reaktor sei ein

"KompromiB zwischen einem moderierten Reaktor 1.Uld einer Bombe". 871 DaB Schwellenllindec wie Indien, Brasilien, Iran 1.Uld Spanien, an dec

Schnellbr1l.tertechnik interessiert waren bzw. sind, ohne Uber eine nennenswerte Kapazitlit an herkommlichen Leistungsreaktoren zu verft1gen, 1.Ulterstreicht die militarische Bedeutung dieses Reaktortyps (Die Zwei-Zweck-Eignung des BrIlters zur Herstellung von Spaltstoff 1.Uld Energie ist dabei mindestens ebenso wichtig - dazu unten mehr).

10.3.2. Kernsprengstoffe for Atomspaltbomben

"Die F ertigung von Kernwaffen bewegt sich allerdings in bestimmten Grenzen, die durch die VorrIl.te an Rohstoffen und die Herstellung dec not­wendigen Isotope gekennzeichnet sind. "

Oberst Dipl.- Phys. Joachim Lutzow, Referent am Bundesministerium fur Verteidigung (in einem Vortrag auf dec 2. Arbeitstagung dec Arbeitsgemeinschaft fur Wehrtechnik in Bad Godesberg, 24.- 26.10.1957)

10.3.2.1. Geeignete Isotope

Sebr schwere Isotope jenseits des Thoriums eignen sieh aus physikalischer Sieht dann als nukleare Sprengstoife, wenn vier neutronenphysikalische Parameter (Spaltquerschnitt und Einfangquerschnitt fUr schnelle Neutronen, mittlere Spaltneutronenzahl sowie die Spontanspaltrate) giinstige Werte einnehmen. Die Isotope der Actinidenelemente Uran 235, Uran 233, Plutonium 239, Protactinium 231, Neptunium 237 und sebr wahrscheinlieh

870[Hawkins 46, 62]: "a) The Laboratory needed more information on the properties of near~tical systems operating on fast neutrons since the bomb itself was a supercritical system based on fast neutrons. b) The spectrum of fast neutrons produced by such a reactor would be closely the same as that from the bomb itself, and the reactor would thus form a useful tool for the exploration of problems associated with nuclear reactions in weapons. c) ( ... )". Ahnlich: [Hewlett 62,627f. Hewlett 69,29].

871[Kramish 63,31] ("In the fast reactor, which is almost a compromis between a thermal reactor and the bomb ... ".)

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einige 'Trans-Plutone' (u.a. Americium 242, Curium 244) erreichen solche Werte. 872

Diese Atomsprengstoffe kommen in der Natur entweder nicht vor (Uran 233, Neptunium 237, Plutonium 239, Trans-Plutone) oder nicht in der erforderlichen isotopischen Reinheit (Uean 235) oder, im Fail des einzigen natiirlich-isotopenreinen Sprengstoffs, Protactinium 231, nur in einer Erzkonzentration, die eine Aufbereitung technisch unakzeptabel macht - 0,2 ... 0,3 ppm in Uranerzen. (Diesen Mangel von Pa 231 erkannte man im Atomprojekt des 'Dritten Reichs' Anfang der 40er Jahre). 873

Eine der zentralen Schwierigkeiten eines Atombomben-Entwicklungsprogramms liegt insofem in der Bereitstellung von geeignetem SpaItstoff (s.o.).

AIs Atomsprengstoffe in Kernspaltwaffen werden bislang, soweit bekannt, ausschlie61ich das Uranisotop U 235 und das Plutoniumisotop Pu 239 verwendet. Uean 233 hat sich aIs unpraktikabel erwiesen (s.u.). Neptunium 237, das im Reaktorbrennstoff Uean in Spuren entsteht, ist in ausreichenden Mengen erst bei einer Vecfiigbarkeit gro6industrieller Wiederaufarbeitungsanlagen und einer grt;6erer KernkraftwerkskapazitAt her­zustellen. Die Eignung der 'Trans-Plutone' (Isotope jenseits des Plutoniums, wie Amercium 242, Curium 244) ist unklar (s.u.). 874

10.3.2.2. Unterscheidungskriterien zwischen Brennstoffund Sprengstoff

Aile Kemsprengstoff-Isotope eignen sich wegen ihrer leichten Spaltbarkeit grundsAtzlich auch als Reaktorbrennstoffe (bei entsprechender Verdiinnung). Umgekebrt gilt, da6 sich aile Reaktorbrennstoffe nach entsprechender Konzentration und Reinigung auch aIs Kemsprengstoffe eignen. Der Dual­Use-Charakter von Kernspaltstoffen erOifnet insofem die Option, nukleare Sprengstoffe im Rahmen eines zivil deklarierten Atomentwicklungsprogramms zu herzustellen.

Kemsprengstoffe und Kernbrennstoffe unterscheiden sich andererseits in zwei technischen Merkmalen:

872 Detailliert dazu [Seifritz 84]. (Walter Seifritz leitete uber viele Jahre die Abteihmg Reaktorentwickhmg des EidgenOssischen Instituts ftlr Reaktorforschung - vgl. Uinderstudie Schweiz)

873 Zur Eignung von Protactiniwn, Pa 231: [Seifritz 84,68].

874 FOr eine kritische Masse von Np 237 (ca. 70 kg) ist der Brennstoff von etwa vier Leichtwasserreaktoren von 1300 MWe Leistung aufzuarbeiten. Details zu Np 237: [Seifritz 84, 76f].

AtomsprengkOrper und Kemsprengstoffe 503

* Kernsprengstoffe mUssen isotopisch und chernisch reiner sein. Jeder Neutronenverlust beeintnichtigt empfindlich die Effizienz der schnellen Kettenreaktion. Aufwendiges Streben nach Isotopenreinheit, etwa bei Plutonium, ist insofern ein Indiz fUr eine rnilitlirische Intention.

* Kernsprengstoffe mUssen in rnetallischer Form vorliegen (die Dichte des Spaltstoffs erniedrigt seine kritische Masse). FUr Brennstoffe von Reaktoren, jedeofall von Atornkraftwerks-Reaktoren, sind dagegen oxidische Spaltstoffe vorteilhafter. Diese korrodieren weniger und halten der Dauerbestrahlung mit Neutronen Ilblger stand. Die Standzeit von Reaktor-Brennelementen beeinflu6t empfindlich die Betriebskosten eines Atornkraftwerks.

Bis Mitte der 50er Jahre benutzte man metallischen Spaltstoff in allen Reaktoren. Wegen ihres militlirischen Zwecks wechselten sie bAOOg die Brennelemente (s.u.). Danach setzten sich im Rahmen der Kraftwerksentwicklung alIrnahlich oxidische Brennstoffe durch, zunlchst realisiert im ersten US-Kernkraftwerk, Shippinport. Einige Under hielten auffiUlig lange an metallischem Brennstoff fest (s. Uinderstudie Schweiz) -was auf die militlirische Intention bzw. eine entsprechende Industriepolitik hinweist.

10.3.2.3. Plutonium 239

10.3.2.3.1. Uberblick

Plutonium 239 war der Sprengstoff der ersten, am 16. Juli 1945 geziindeten Atombornbe (bei Alamogordo, 330 krn stidlich von Los Alamos, New Mexico). Die Bombe war baugleich zur Nagasaki-Bombe.

Plutonium, ein Element (Ordnungszahl 94), das abgesehen von Spuren, in der Natur nicht vorkornrnt, entsteht bei Neutronenbestrahlung von Uran 238 (Ordnungszahl92) - fiber cine dreistufige, vergleichsweise schnell ablaufende Folge von Kernreaktionen und -zerflllien (nur Bruchteile von Uran 238 wandeln sich um).

Zur Herstellung von Plutonium bedarf es einer intensiven Neutronenquelle. FUr Produktausbeuten im Milligrarnrnbereich (Forschungsphase) gendgen NeutronenflUsse, die van-de-Graff-Generatoren und Zyklotrons erzeugen (auch deshalb erhielten die Kernforschungszentren militlirisch interessierter Under solche Teilchenbescbleuniger).

504 KapitellO

Ein Kernsprengsatz des Typs Alamogordo bzw. Nagasaki braucht etwa 6 kg Plutonium 239 (bei h6herer SchuBgeschwindigkeit gentigen Mengen bis zu etwa 2 kg). Insofern beOOtigt ein bescheidenes Kemwaffen­Produktionsprogramm einer JahreskapaziUit von etwa 10 Sprengsiitzen (vgl. Ulnderstudie Schweden) bei Anwendung der 'Nagasaki-Technik' eine jahrliche Produktion von etwa 100 kg Plutonium (prozesstechnische Verluste sind dabei berUcksichtigt). Die von der Internationalen Atomenergieagentur als 'signifikante Masse' von Plutonium veranschlagten 8 Kilogramm, sind keine streng wissenschaftliche GrOBe, sondem das Resultat von Verhandlungen fiber den zu treibenden Inspektionsaufwand (etwa aus dem Jahr 1970). 875

Dafiir reichen die mit Bescbleunigem erzielbaren Produktausbeuten nicht aus. Man benOtigt stllrkere Neutronentliisse (etwa ab 10*12 nls*cm2), die, technisch am einfachsten. kontrollierte nukleare Kettenreaktionen in Reaktoren erzeugen. Reaktoren eignen sich insofem ideal zur quantitativen Herstellung von Plutonium (was man schon in der Friihphase des deutschen und amerikanischen Atomprojekts erkannte): Sie liefem die erforderlichen NeutronenintensiUiten und enthalten gleichzeitig in ihrem Brennstoff das Ausgangsmaterial, Uran 238 (als Spaltstoff verwenden sie Uran 235, in Sonderfilllen ein lsotopengemisch von Plutonium - beides vermischt mit Uran 238).

Abgesehen von China und Siidafrika bevorzugten alle Kemwaffenentwickler als ersten Sprengstoff Plutonium - einschlie8lich Indien und Israel. Auch die europiiischen Schwellenlander Schweden. Schweiz und Spanien. setzten auf den Plutoniumpfad (vgl. Ulnderstudien und Einfiihrung). Dies hatte folgende Vorteile:

* 1m Vergleich zur Herstellung von hochangereichertem Uran fiber das entwicklungs- und energieaufwendige Diffusionsverfahren (s.u.) ist die Plutoniumproduktion billiger (besonders fUr Low-Tech-Uinder). 876

* Plutonium ist chemisch zu reinigen (Wiederaufarbeitung), nach industriell bewahrten Abtrenntechniken. Die besonderen Probleme der 'Hei8en Chemie' erschienen dabei als lOsbat'. Dagegen galt die Urananreicherung, ein grundsitzlich neues, physikalisches Verfahren. als forschungs- und entwicklungsintensiv.

875[Cochran 83,32J (Del' isotopische Reinheitsgrad der Kemladung von Nagasaki ist nicht bekannt). Nucleonics Week, 20.2.92 (Mark Hibbs), S. 13f (Plutoniummasse der IAEA).

876[Davidon 59,4. Sontheim 62. Beaton 62,6. Beaton 66 b, 27. Legault 73. Gilinsky 79,15. UN SO. Wilkie 84.]

AtomsprenskOrper und Kemsprengstoffe 505

* Plutonium fiUlt als Nebenprodukt von Atomkraftwerken an. Sofem es als neuer Kernbrennstoff deklariert wird, lASt sich seine Herstellung in Zwei-Zweck-Anlagen (einschlieJUich der Wiederaufarbeitung) zivil legitimieren. Plutonium firmiert dabei als Brennstoff fUr Atomkraftwerke. (Die Urananreicherung, deren Technik die USA streng geheim hielten, hatte dagegen bis Aofang der 60er Jahre ein ausgepdigtes militlirisches Erscheinungsbild - schon deshalb, weil es in der Anfangsphase au6erhalb der USA keine Atomkraftwerke gab, die angereichertes Uran benotigten.)

* Die Aneignung des Know-Hows zum Bombenbau erfordert ohnehin die Entwicklung von Reaktoren (s.o.), im zweiten Entwicklungsschritt sind diese dann gleich zur Sprengstoftberstellung zu nutzen.

10.3.2.3.2. Sprengtechnik und lsotopenreinheit

Plutonium hat als Sprengstoff gegenOber Uran 235 einen Nachteil: Eine effiziente Zfindung erfordert aus kemphysikalischen GrUnden eine schnelle, prazise SchuBtechnik (s.o.). Bei der Herstellung von Plutonium 239 entstehen (durch Neutroneneinfang aus Pu 239) auch schwere Plutoniumisotope, vor allem Plutonium 240. Dieses lsotop emittiert (iofolge Spontanspaltung) konstant Neutronen. Dieser Neutronenuntergrund lOst bei hOheren Anteilen an Plutonium 240 (und bei zu langsamen 'ZusammenschuB' der Plutonium­Ladung) die nukleare Kettenreaktion vor dem Zeitpunkt der optimalen Kompaktion aus (Friihziindung) und verringert damit empfindlich die Detonationskraft. (1m Projekt Manhattan erkannte man dieses Problem im Sommer 1944, als die erste Plutonium-Lieferung eingetroffen war). Das Problem ist in der Literatur detailliert beschrieben. 877

Wegen der Neutronenstrahlung von Plutonium 240 (das immer vorhanden ist) bedarf die Plutoniumladung einer sehr schnellen Kompaktion (je mehr Plutonium 240, desto schneller). 1m Manhattan-Projekt entwickelte man dazu das Verfahren der kugelsymmetrischen Sprengung: die SpaltstofDrugel wird von allen Seiten komprimiert bzw. 'implodiert'. Dies verringert erheblich die Wahrscheinlichkeit einer Friihziindung. Das Implosionsverfahrens ist eine unverzichtbare Voraussetzung zur ZUndung einer Plutoniumbombe (wobei man auch modeme Uranbomben zur Steigerung der Sprengkraft kugelsymmetrisch zUndet).

877[Hawkins 46, 81f (Los Alamos). Kankeleit 89, 32ft]

506 KapitellO

Der Plutonium-240-Gehalt von Reaktor-Plutonium Ia3t sieh fiber die Betriebsweise des Reaktors steuem. Je kiirzer die Bestrahlungszeit des Uranbrennstoffs - 'niedriger Abbrand' - (d.h. je Mufiger die Brennelemente wechseln), desto geringer wird der Anteil an Plutonium 240. Der Abbrand eines Reaktors bestimmt damit den militArischen Wert des Plutoniums. Ein Abbrand von 1000 MWdlt (im thermischen Reaktor), entsprechend einer Brennstoff-Bestrahlungszeit von zwei bis drei Monaten, ist aus militArischer Sieht optimal. Dann entsteht Waffen-Plutonium mit einem Plutonium-240-Anteil von weniger a1s 7 % (noch niedrigere Abbrande baben ineffiziente Produktionsraten).

Das zustiindige US-Ministerium (Department of Energy) teilt Plutonium­Isotopengemische in vier Qualitiits-Kategorien ein (s. Tabelle).

Tabelle: QuaIitiitsstufen fUr Plutonium-Gemische naeh K1assiftkation des US-Departement of Energy (1981).878

Beim Betrieb von zivilen Atomkraftwerken sollen andererseits die Brennelemente, deren Herstellung einen wesentliehen Teil der Reaktorbetriebskosten ausmaeht, 'hoch' abbrennen, d.h. mOgliehst lange im Reaktor verbleiben. Ein hoher Abbrand, physikalisch-technisch ausschlie6lieh dureh die im Brennstoff enthaltenen Anfangsreaktivitiit (Spaltstofikonzentration) und die Langzeit-Stabilitiit der Brennelemente (u.a. Korrosivitiit) begrenzt, mu& insofem ein vorrangiges Ziel jedes zivilen Betreibers von Atomkraftwerken sein (Atomkraftwerke mit Leiehtwasserreaktoren erreiehen Abbrande bis zu 50 000 MWdlt, entsprechend einer drei- bis vielj:1brigen Brennstoff-Bestrahlungszeit). 879

Plutonium aus solehen Atomkraftwerken enthAlt 20 - 30 % Plutonium 240. Solehes 'Atomkraftwerks'-Plutonium von 'Reaktor-Qualitiit' eignet sieh nieht

878 Protokoll eines Hearings im UnterausschuB des US-Reprasentantenhauses vom 4.3.81, S. 97., zitiert nach [Grupp 83,33f].

879 Dazu (historisch) u.a.: [BtIhl68,65. Sontheim 62]

AtomsprengkOrper und Kemsprengstoffe 507

fUr militlirische Sprengslttze. Bei diesen sind kIar definierte, vorhersagbares Detonationsstarken gewfinscht. Bomben aus Atornkraftwerks-Plutonium erreichen mit einer gewissen Unsicherheit 'nur' Sprengstarken von einigen Kilotonnen TNT. Bei der Rfickfiihrung von Plutonium als Brennstoff in Reaktoren dagegen, macht der Plutonium 240-Anteil keine Schwierigkeiten. (Die problematische Schwankung der Plutonium-ReaktivitAt wahrend des Abbrands durch den Aufbau Mherer lsototopen tritt auch bei der Verwendung reinen Plutoniums 239 auf). 880

Der fUr den Betrieb eines Reaktors vorgesehene Abbrand ist insofem ein signiftkantes Unterscheidungskriterium zwischen zivilem und militlirischem Zweck des Reaktors (auf den geplanten Abbrand IMt sich indirekt aus der Brennelement-Auslegung oder aus der angegebenen Produktionsrate fUr Plutonium schlie6en - vgl. Uinderstudie Schweden). Andererseits wurde die Herstellung isotopenreinen Plutoniums 239, das niedrigen Abbrand und insofem Mufigen, kostspieligen Brennelementwechsel erfordert, historisch damit legitimiert, daB dieses lsotop nur sehr geringe Garnrnastrahlung elDlttIert, und damit solches Plutonium Forschungs- und EntwickIungsarbeiten zur Plutoniumchemie und -metallurgie erleichtert.

Reaktoren, die zur Energieerzeugung eingesetzt und routinernii6ig mit hohem Abbrand betrieben werden, konnen militlirisch genutzt werden, indem man einzelne oder aile Brennelemente Mufig wechselt (Andere Varianten des miliarischen Urnfunktionierens von Atornkraftwerken oder Forschungsreaktoren sind fUr die Zeit vor dem Atomsperrvertrag weniger bedeutsarn). Urn Brennelemente vorzeitig auszuwechseln zu kOnnen, ohne dabei den Reaktor abzuschalten (was betriebswirtschaftlich nachteilhaft und zudem von Inspektoren leicht nachzuweisen ist) bedarf es einer fembedienbaren Brennelementwechselrnaschine. Denn Personal kann am Reaktortank wahrend des Betriebs nicht arbeiten - die Neutronen- und Garnrnastrahlung ist zu hoch. Der Einbau einer diffizilen, kostenaufwendigen Wechselrnaschine ist insofem ein Hinweis darauf, daB ein Reaktor fUr militlirische Zwecke benutzt werden soli (vgl. Uinderstudie Schweden). Andererseits ist das Kriterium nicht verlA6lich, denn auch bei Natururanreaktoren in zivilen Atornkraftwerken bringt ein Mufiges Urnladen der Brennelernente (wegen der knappen ReaktivitAtsreserve) Okonomische Vorteile. So behielt der kanadische Schwerwasserreaktor, der in den 50er Jahren (fUr die USA) Waffen-Plutonium herstellte, seine Wechselrnaschine auch bei seinem (spAteren) zivilen Einsatz. Und die kanadischen CANDU­Atornkraftwerke sind durchwegs mit einer Brennelementwechselrnaschine

880(Kankeleit 89 (Zur Waffentauglichkeit von Atomkraftwerks-Plutonium). Kollert 78, SS (Isotopenvektor von Plutonium in AbhAngigkeit vom Abbrand)].

508 Kapitel 10

ausgestattet - ein ziviler Spin-Off einer im militiirischen Kontext entwickelten Technik. 881

Bei der HersteUung von Plutonium entsteht auch das kurzlebige Isotop Plutonium 241 (Halbwertszeit 14,4 Jahre). Dieses lsotop, neutronenphysikalisch gtlnstig, zerflIllt in Americium 241, welches als intensiver Alphastrahler eine thennische Dehnung der Kernladung verursacht. Auch verandert es die neutronenphysikalischen Parameter der Kernladung (erhOhte Absorption) und erschwert wegen seiner vergleichsweise intensiven Gamma-Strahlung das Hantieren der Kernladung. Amercium 241 ist des­halb in prlJzis berechneten Bomben unerwUnscht und wird in regeImaBigen Fristen durch ein besonderes Autbereitungsverfahren entfernt . 882

10.3 .2.3.3. Metallurgie

Den Bau einer Bombe aus Plutonium erschweren die besonderen metallurgische Eigenschaften dieses Elements. Plutoniummetall kommt in seehs verschiedenen kristallinen Phasen vor, jeweils mit unterschiedlichen Dichten und Temperaturbereichen (in denen diese Phasen stabil sind). Wenn wahrend der Kompaktion der Ladung oder wahrend der Kettenreaktion (wobei die Temparatur stark steigt) die Dichte variiert oder gar Risse aufireten. bremst dies die weitere Verdichtung der Kernladung und den schnellen Ablauf der Kettenreaktion (dieses metallurgische Problem hat man bereits im Projekt Manhattan erkannt). Man versucht deshalb, das Plutonium in einer bestimmten Phase (etwa in der vergleichsweise temperaturstabilen Delta-Phase) zu fixieren. beispielsweise durch Legierung mit Gadolinium (ca. 3 %). Die PhasenstabiliW ist auch in hohem MaS von der chemischen Reinheit des Plutoniums abhangig - deshalb detonieren 'scbmutzige' Bomben nicht verlllsslich. 883

Die Metallurgie von Plutonium ist noch insofem wichtig, als die SprOdigkeit von Plutoniummetall (in den meisten Phasen) das mechanische Bearbeiten der Kemladung (spanabhebende Formung) sehr erschwert und das Metall eines Korrosionsschutzes durch Platinierung bedarf (etwa mit Gold oder Kupfer). 884

881 Zur Brennelementwechselmaschine beim CANDU-Reaktor: [Jones 88, 204, 208).

882[Wilkie 84,32]

883[Hawkins 46,253ff. Wilkie 84. Erichsen 62,26. Taube 64, 41ft] N.N. zum Verfasser (Phasenwechsel bei Verunreinigung).

884[Wilkie 84 (Gold). Barnaby 89, 35 (Kupfer)]

AtomsprengkOrper und KemsprengstofIe 509

Die metallurgischen Besonderheiten von Plutonium stellten das amerikanische. englische und !ranziJsische Bombenprogramm vor besondere Probleme. Plutoniwnproben waren zu Beginn rar und kostbar, Versuchsreihen nicht mOglich (der Hintergnmd daftlr, daB einige europai.sche Lander in der zweiten Halfte der 50er Jahre amerikanische Plutoniumlieferungen in Gramm.engen sehr begehrten).

fu Los Alamos befaBte sich eine besondere Abteilung unter dem Decknamen 'Metallw-gical Project' mit der Plutonium-Metallurgie. Das englische Bombenprojekt hatte mit der Platinierung von Plutonium besondere Probleme (wobei man unter dem Abbruch der Atomzusammenarbeit mit den USA litt - einem amerikanischem Gastredner im britischen Atomzentrwn Harwell wurde 1948 ausdrocklich untersagt, die Metallurgie von Plutonium zu behandeln). Das franzOsische Programm tat sich ebenfalls schwer. 1m Bonner Atomministerium wuBte man im November 1956, daB

"( ... ) in der gesamte Plutonium-Metallurgie, ( ... ) die Franzosen nicht recht weiterkommen. " "885

Arnold Kramish meinte 1963, da6

"metallurgische Untersuchungen von Plutonium ( ... ) innerhalb eines Atomprogramms, das allein der Entwicklung von Kemkraftwerken dient, im Nonnalfall nicht nOtig wliren". 886

Das hieraus abzuleitende Kriterium fUr die militArische Intention ist alIerdings insofem relativiert, als manche Uinder auch die oxidischen Brennelemente in den (zuvor) eingerichteten metalIurgischen Instituten entwickeln lie&n.

10.3.2.3.4. Herstellung

10.3.2.3.4.1. Natururan-Reaktor

Natururan-Reaktoren erzeugen wegen ihres gr08eren Uraninventars und ihres lUiufigeren Brennelementwechsels im Yergleich zu Leichtwasserreaktoren mehr Plutonium - je nach Abbrand bis zum vierfachen.

Yon den heiden historisch wichtigsten Reaktorvarianten. dem graphitmoderiert-gasgekiihlten (Gro6britannien. Frankreich) und schwerwassermoderiert-schwerwassergek(ihlten (Schweden, Schweiz) Natururanreaktor ist letzterer etwas vorteilhafter fUr die militarische Option.

885 Smyth 45, 53. Hawkins 46,77 (USA). Wilkie 84,29. Hewlett 69,290f (GroBbritannien»). BA , B 138, 732, Pretsch an Cartellieri, 6.11.56 (Zitat).

886[Kramish 63, 22]: "Also involved are metallurgical studies of plutonium which nonnally would not be necessary in a program designed merely for the production of atomic power. "

510 KapitellO

Sein Neutronenflu6 ist etwa 50fach haber und er beniitigt etwas weniger Natururan (gleicher Abbrand vorausgesetzt). Die USA, Gro.6britannien und Frankreich wahlten trotzdem den festen Moderator. Deon die Herstellung von Schwerwasser ist teurer als die von hochreinem Reaktor-Graphit bzw. nur in VeIbindung mit einer kostengiinstigen Stromerzeugung (Wasserkraft) realisieIbar. So war der europ3ische Hauptlieferant seit den 30er Jahren die norwegische Anlage samt Wasserkraftwerk bei Vermork.

Natururanreaktoren erzeugen nach einer Faustregel je Betriebstag und je Megawatt thermischer Leistung etwa I Gramm Plutonium - ein 200 MWth­Reaktor also etwa 50 Kilogramm Plutonium jahrlich (bei 70 % Auslastung und bei iedrigen Abbrand von einigen 1000 MWdlt). Dieser Ausst06 wiirde fUr ein bescheidenes Kemwaffenprogramm reichen. 887

Schwerwasserreaktoren eignen sich wegen ihrer hohen Neutronenmoderation (sehr weiches Neutronensprektrum) und ihres etwa IOfach stlirkeren Neutronenfllilles besser zum BrOten des Fusions­Sprengstoffs Tritium aus natiirlichem Lithium (s.u.) als graphitmoderierte Reaktoren. Alillerdem entstehen beim Betrieb aus dem Deuterium des schweren Wassers durch Neutroneneinfang Tritium. Dies kann man mit einem aufwendigen Verfahren abtreonen. (Frankreich und Kanada betreiben solche Anlagen). 888

10.3.2.3.4.2. Leichtwasserreaktor

Der Leichtwasserreaktor aIbeitet mit gewiihnlichem. leichten Wasser als Moderator (gleicbzeitig dient das Wasser als Kfihl- bzw. Wlirmetransportmittel). Brennstoff ist schwach angereichertes Uran (etwa 3 % Anreicherung von Uran 235 zum Ausgleich der schlechteren Neutronen6konomie von Wasser). Der Leichtwasserreaktor ist :zunAchst als U-Bootreaktor entwickelt worden - ein Konzept, das auf eine nachhaltige Energieerzeugung (seItener Brennelementwechsel) in einem diumlich kompakten Reaktorkem (Druckwasserreaktor) optimiert ist. Wegen des niedrigeren Inventars an Uran 238 und seines geringeren Neutronenflusses eignet sich der Leichtwasserreaktor weniger zur Herstellung von Plutonium (zudem entsteht im normalen Kraftwerksbetrieb mit hobem Abbrand kein Waffen-Plutonium).

887[Schmidt 59, 210. Beaton 62,6,13f1]

888 Details zur Tritiwnproduktion in [Kalinowski 94 a. Kalinowski 94 b].[Cocbran 87a, 136 (n-Spelctrwn)].

AtomsprengkOrper und Kernsprengstoffe 511

Wegen der Auslegung des (durchwegs) oxidischen Leichtwasserreaktor-Brennstoffs auf hohen Abbrand ist eine fernbedienbare Brennelementwechselmaschine iJIconomisch nicht legitimierbar. Ein Breunelementwechsel erfordert ein Abschalten des Realctors mit einer Stillstandszeit von wenigstens einer Woche (was gewOhnlich zu Revisionsarbeiten genutzt wird). Das Abschalten des Atomkraftwerks ist von Inspektoren, auch im nachhinein, leicht zu bemerken (auch von iluBeren Beobachtern). Der Leichtwasserreaktor ist deshalb fUr hiiujigen Brennelementwechsel zur Entnahme waffentauglichen Plutoniums, also zum Zwei-Zweck-Betrieb wenig geeignet. (Gleichwohl hat das schwedische Militilr ein solches Vorgehen erwogen - vgl. Lilnderstudie Schweden).

Der Hauptnaehteil des Leiehtwasserreaktors ist aus militiirischer Sieht seine Abhangigkeit von angereiehertem Uran. Da die europaischen AtomnachzUgler bis Ende der 70er keine Anreieherungsanlage hatten, waren sie zur Versorgung ihrer Leiehtwasser-Atomkraftwerke auf Brennstofilieferungen aus den USA angewiesen. Dies machte sie politisch abhangig (was Washington wllhrend der Atomsperrvertragsverhandlungen und auch spllter nutzte). Andererseits konnten Regierungen, sobald Leichtwasserreaktoren installiert waren, ein nationales Engagement bei der Urananreicherung legitimieren (s. Understudie Schweiz).

10.3.2.3.4.3. Schneller Briiter

Der Schnelle Brutreaktor eigne! sich unter den verschiedenen Reaktortypen technischoOkonomisch zur Produktion von Waffen-Plutonium am besten. Wegen des hohen Flusses schneller Neutron entsteht in seinen Uran­Brutelementen (die aus Natururan oder aus abgereichertem Uran bestehen) Plutonium mit einem Plutonium-239-Gehalt von mehr als 90 %. Seine Brennelemente im Kern enthalten eine Mischung aus Natururan und Plutonium (20 - 30 % Plutoniumgehait). Dieses Plutonium kann ge­w6hnliches 'Atomkraftwerks-Plutonium' sein. Insofern veredelt der Schnelle Briiter militiirisch schlecht geeignetes Plutonium zu Waffen-Plutonium. Darilberhinaus erbtiitet er Plutonium im Oberschu8 - sein 'Konversionsfaktor' ist gr68er als 1.

Zwei betriebstechnische Vorteile zeichnen diesen Reaktortyp in militiirischer Hinsicht aus. Da das Waffen-Plutonium im rAumlich vom Reaktorkem zu separierenden (radiaten) BrutmaDtel entsteht, k6nnen die bestrahlten Brutelemente ohne Unterbrechung des Reaktorbetriebs entnommen werden - mit Hilfe ferngesteuerter Brutelementwechselmaschinen (die auch die Brennelemente tauschen). Schnelle Brutreaktoren eignen sich insofern gut fiir den zivil-militiirischen Zwei-Zweck-Betrieb. Ein Zielkonflikt

512 KapitellO

zwischen Strom- und Plutoniumproduktion existiert nich!, anders wie bei thermischen Reaktoren (Abbrandproblem).

Der zweite Vorteit betriffi die Wiederaufarbeitung des Waffen-Plutoniums. Da im Brutmantel eines modernen ('heterogenen') Bliiters vergleichsweise wenig Kernspaltungen (und viele Neutroneneinfiinge) stattfinden, enthalten die Brutelemente hochradioaktive Spaltprodukte nur in geringer Konzentration und lassen sich deshalb leicht und effizient wiederaufarbeiten (s.u.). Das gewonnene, gering kontaminierte Waffen-Plutonium ist sehr gut zu bearbeiten (und chemisch besonders rein).

Das erste 'Kemkraftwerk' der Welt, der 'Experimentelle Brutreaktor' EBR I (Inbetriebnahme im Dezember 1951 in Idaho, USA) war auch der erste zivil­militarische Mehrzweck-Reaktor. Das kieine BrIlteratomkraftwerk von 200 kW elektrischer Leistung erzeugte Waffen-Plutonium (vgl. Kapitel zu Atoms-for-Peace). Als 1954 Dow Chemical WId Detroit Edison den Bau eines grOfieren BrIlter­Kraftwerks planten, gaben sie bekannt, daB man 'extra-quality bomb material herstellen wolle WId dazu den BrIlter mit einer VonichtWlg zum haufigen Brennelementwechsel ausstatten werde. 889

Auch das britische Atombombenprojekt entwickelte den BrI1ter ab 1951 zu milittJrischen Zwecken. Wegen der besseren Plutoniumausbeute des BrIlters aus Natururan zog man die BrIlterentwickiWIg dem zunachst geplanten Bau eines dritten Natururanreaktors vor (vgl. Uinderstudie GroBbritannien).

Frankreich, federfi1hrend in der BrIlterentwickiWlg, erzeugte mit dem Prototyp eines BrIlter-Atomkraftwerks im Zwei-Zweck-Betrieb Waffen-Plutonium, wahrscheinlich in der GrOJ3enordnWlg von 1000 Kilogramm Waffen-Plutonium (vgl. Uinderstudie Frankreich).

Ein politischer Vorteil der Entwicklung von Brutreaktoren fUr Schwellenlinder liegt darin, daB damit der Bau einer Wiederaufarbeitungsanlage und die Entwicklung eines Plutoniurnzyklus legitimiert wird (glaubwiirdiger als das Konzept der Plutonium-Riickfiihrung in thermische Reaktoren): Bliiter ben6tigen als konzentrierten BrennstofI Plutonium (die Alternative, mittel-angereichertes Uran, ist teurer). Das Plutonium ist aus dem bestrahlten BrennstofI der Reaktoren der 'ersten Generation' abzutrennen, dieser ist also wiederaufzuaIbeiten, die Technik der Plutoniumverarbeitung ist zu entwickeln

Ein Bliiter-Entwicklungsvorhaben legitimiert schlie8lich auch Experimentiereinrichtungen (BeschJeuniger und Me8einrichtungen) zum Detail-Studium der Physik schneller Neutronen und den Bau schneller Forschungsreaktoren (s.o., vgl. Uinderstudie Schweiz und Spanien). Auch

889[Grebe 54, 14 (Dow-Edison-BrIlter)]

AtomsprengkOrper lUld Kemsprengstotfe 513

SchweUenUinder wie Brasilien, Iran und Indien betrieben Scbnellbruterentwicklung.

Die TabeUe auf der folgenden Seite zeigt den Vorteit der Plutoniumproduktion im Scbnellen Briiter - nach dem Kenntnisstand von 1974. Ausbeute und Produktionsrate von Plutonium sind bei diesem Reaktor am bOcbsten, der Natururanverbrauch am niedrigsten.

Zu den sog. fortgeschrittenen Reaktoren Zilhlt neben clem Brtlter auch der Hochtempemtur-Reaktor - ein thermischer Thorium-Brtlter. Dieser eignet sich weniger zur Herstellung von Watfen-Plutonium (beim entsprechenden BrennstoftZyldus wird mittel-angereichertes Uran benOtigt). Dec HochtemperatuITeaktor kann jedoch in einer Brennstotf-Betriebsvariante auf der Grundlage von nat1lrlichem Thorium, damus den SprengstotfUran 233 eneugen.

0,35 350 100

0,26 270 110

46,6 1400 <3

TabeUe: Daten zur Produktion von 'Atomkraftwerks-Plutonium' in verscbiedenen Reaktortypen (Stand 1974). Deut1ich erkennbar ist der Vorteil des ScbneUen Briiters zur Plutoniumproduktion. 890

10.3.2.3.4.4. Wiederaufarbeitung

Bestrablter Uranbrennstoff, der aus einem thermiscben Reaktor, gleich welcher Bauart entnommen wird, enthAlt je nach Abbrand etwa 0,3 bis 1 % Plutonium und etwa 1 - 3 % bocbradioaktive Spaltprodukte. Der Rest des Brennstotfs besteht (nach wie vor) aus Uran. (Beim ScbneUen Briiter liegt der Plutoniumgebalt der abgebrannten Brennelemente bei etwa 25%).

890 Daten nach [Taube 74, 121]. (Die Daten beziehen sich auf Kraftweds­Reaktoren von 1000 MWe Leistung in ziviler Betriebsweise (hoher Abbrand).

514 KapitellO

Um das Plutonium von den Spaltprodukten unci vom 'Rest-Uran' abzutrennen (aos ziviler Sicbt ist eine Trennung vom Uran nicbt unbedingt erforderlicb) lOst man den Brennstoff auf unci unterwirft ibn einem cbemiscben Trennproze8. Diese cbemiscbe Trennung funktioniert, well der Spaltstoff Plutonium als Element andere cbemiscbe Eigenschaften bat wie die iibrigen Stoffe (anders wie Uran 235 gegenUber Uran 238). Dies ist ein zentraier, friih etkannter Vorteil des Plutoniumpfads zur Bombe (Juli 1940, C.F. v. WeizsAcker). 891

Die Entwicklung cbemiscber Abtrennverfahren fUr Plutonium - in der Bundesrepublik zun1icbst 'Reprocessing' dann Wiederaufmbeitung - genannt, ist eine klassicbe Aufgabe der cbemiscben Industrie (abgeseben von den Strahlungsaspekten). Desbalb beteiligten die amerikaniscben, engliscben und franzOsiscben Plutonium-Programme frilllzeitig gro8e Cbemiefirmen (DuPont, ICI bzw. St. Gobain - vgl. Ulnderstudien).

Die Prozesstechnik der Plutoniumabtrennung erforderte wegen spezifiscber Probleme einen gewissen Forscbungs- unci Entwicklungs-Aufwand -Schliisselprobleme sind die cbemiscben Zersetzungswirkungen intensiver radioaktiver Strahlung ('Hei6e Cbemie' bzw. 'Radio-Cbemie'), die prozesstechniscbe Steuerung der Oxidationsstufen von Plutonium, unci die sicbere Verbinderung von 'KritikalitAts-UnfiUlen' (plutonium kann sicb in den Rohrleitungen und Tanks zu einer kritiscben Masse sammeln).

Als Trennprozess wahlte das amerikanische Atombombenprojekt das AusflUlen von Plutoniwn auf der Basis von Wismutphosphat (Die entsprechende WiederaufarbeihmgsanJage Hanford ging im Dezember 1944 in Betrieb). Grofibritannien entwickelte wn 1950 die Flflssig-Flflssig-Extraktion. Auf der Basis des Extraktionsmittels Tributylphosphat wurde sie zum weltweiten StandarrJveifahren

r militIJrlsche und zivil deklarlerte Wiederaufarbeitwrgsanlagen ('PUREX'-Prozess -Plutoniwn-Uraniwn-Reduction-Exlraction). Ein im Auftrag der US-AEC (von General Electric) ab Anfang der 60er Jahre entwickeltes Alternativverfahren, der 'Aqua-Fluor-Prozess' konzentrierte sich nicht auf Plutoniwn, sondem auf die Abtrennung und Reinigung des Rest-Urans (und eignete sich daher nicht ft1r miliUlrische Zwecke). Dieses Verfahren konnte im industriellen Ma8stab nicht realisiert werden. Die Prototypanlage in MorrislDlinois scheiterte bei der Inbetriebnahme an technischen Problemen. 892

891 C.F.v. Weizsacker, Eine MOglichkeit der Energiegewinnung aus Uran 238, Forschungsbericht 0-59, Jull 1949, Archiv des Kemforschungszentrums Karlsruhe. Dazu auch [Walker 89,37].

892 Daten nach [Taube 64, II 7ff. Michaelis 86,758.

AtomsprengkOrper und Kemsprengstoffe 515

10.3.2.3.5. Resfunee

Das kOnstlicbe Isotop Plutonium 239 war historisch der fUr Atombomben bevorzugte Spaltstoff. Seine industrielle Herstellung und Abtrennung ist weniger entwicklungs- und kostenaufwendig als das klassische Herstellungsverfahren fUr Uran 235 (Membran-Diffusion s.u.). 1m Hinblick auf latente Proliferation kann der Plutoniumpfad in ein zivil deklariertes Reaktorentwicklungsprogramm gut eingebettet werden.

Kriterien zur Unterscheidung von ziviler und militarischer Intention von Plutoniumproduktions- bzw. Atomkraftwerksreaktoren ist der Abbrand der Brennelernente, die ftiihe Entwicklung einer femgesteuerten Brennelementwechselmaschine (ohnen zivil-wirtscbatlichen Bedarf) und die Betonung von Forschungs- und Entwicklungsarbeiten zur Metallurgie von Plutonium.

10.3.2.4. Uran 235

10.3.2.4.1. Oberblick

Uran 235, das einzige narurliche Radioisotop, das als Atomsprengstoff verwendet wird, kommt im narurlichen Uran nur zu einern Antell von 0,7 % vor. Das Hauptisotop ist Uran 238 (Antell 99,3 %). Damit sich Uran als Sprengstoff fUr Militllrs eignet, ist das Isotop Uran 235 auf einen Gehalt von 9()01o - 95% aufzukonzentrieren (Anreicherung). Eine Kemladung entlUilt je nach Konfiguration und Isotopenreinbeit 13 - 25 kg hochangereicbertes, metallisches Uran - bei Super-Kompression deutlich weniger. (Die ver­gleichsweise ineffizient geziindete Hiroshima-Bombe enthielt 60 kg Uran). 1992 wurde bekannt, daB der Irak eine Uran-Bombe mit einer Kernladung von 15 - 18 Kilogramm entworfen haben. Auch Siidafrika hat in den 80er Jahren elmge Uranbomben hergestellt. Die Intemationaie Atomenergieagentur veranschlagt als 'signifikante Menge' 25 Kilogramm Uran235.

Urn I Kilogramm Uransprengstoff zu gewinnen, rniissen, je nach Intensitat des Anreicherungsprozesses, 200 - 300 Kilogramm Natururan verarbeitet werden. Das zwiickbleibende abgereicberte Uran, das etwa 99,8 % U 238 enthalt, kann unterschiedlich verwendet werden (so als Brutmaterial zur Plutoniumproduktion wie dies Anfang der 80er Jahre irn Irak beabsichtigt war). 893

893[Cocbran 83,24,32. Cochran 87 a, 125. Seifritz 84, II. UN 80,23). Nucleonics Week, 28.5.92, S. 4 und 6.5.93, S. 16 (Mark Hibbs).]

516 KapitellO

Das Uranisotop U 238 ist als aktive Komponente einer Kemspaltbombe Dieht brauchbar. Es bremst zu viele Neutronen auf mittlere Geschwindigkeiten ab (inelastische StoBe). In der sogenanten 'Dreistufen-Bombe' (Spaltung-Fusion­Spaltung) wird Uran 238 aber zur Energieerzeugung benutzt. Deren zweite Stufe er­zeugt Neutronen im 0bert1u.6, soda8 der Billigspaltstoff Uran 238 (der gleiehzeitig als Reflektor und Dammung dient) in der dritten Stufe efflZient gespalten werden kann. (Der militarische Wert dieser Super-Bomben ist wegen ihres hohen Fall-Out umstritten). 894

Die Anreicherung von Uran - ein physikalisches Verfahren - ist der Engpa6 auf dem Weg zur Uranbombe. Wegen des hohen Energiebedarfs der Isotopentrennung (besonders beim MembrandifIusionsverfahren - s.u.) unci wegen des erforderlichen Entwicklungsaufwands (Geheimnis der Membranauslegung unci -fertigung) galt bis zu den 60er Jahren der Bau einer Uranbombe schwieriger als der Bau einer Plutoniumbombe.

Entwicklung unci Bau von Urananreicherungsanlagen sind nur dann zivil zu deklarieren, wenn Atomkraftwerke betrieben werden, die (schwach bzw. leicht) angereichertes Uran als Brennstoff ben6tigen (Leichtwasserreaktoren arbeiten mit 2% - 4% angereichertem Uran). Die schwache Anreicherung von Uran erfordert zwar eine Anlage mit weniger 'Trennstufen', doch lassen sich solche Anlagen leicht (und votiibergehend) auf hohe Anreicherung umrtisten - besonders Zentrifugenanlagen (s.u.).

10.3.2.4.2. Vorteile des Uranpfads

Verfolgten die USA wilhrend des Zweiten Weltkriegs gleichzeitig den Uran­und Plutoniumpfad (ausreichende Resourcen standen zur Verfilgung und es galt, den vermuteten Vorsprung des deutschen Atomprojekts einzuholen), so konzentrierte sich das englische und franz6sische Programm (mit entsprechend geringerer Okonomischer Potenz) auf den Plutoniumpfaci. Die Urananreicherung schab man nach (Gro8britannien frilh, Frankreich oach langjilhriger Suche um Mithilfe von NachbarlAndern spit - vgl. Understudien). Auch der plutoniumorientierte Nachzi1gler Schweiz wandte sich Mitte der 60er Jahre der Urananreicherung zu, ebenfalls Schweden.

Was ist der Grund fUr diese (verz6gerte) Doppelgleisigkeit (der aIle Aoalytiker, abgesehen von Bertrand Goldschmidt, keine Aufmerksamkeit widmen)? Fur den nachgeschobenen, teuren Bau einer Urananreichungsanlage kann im englischen und franz6sischen Programm ein zentrales Motiv identifiziert werden. Es betrifft zwei technische Linien rum

894 Zurn Aufbau der Drei-Stufenbombe [Hoffinann 75, 77ft].

AtomsprengkOtper und KernsprengstofIe 517

Aufbau einer strategischen Atomstreitmacht, die H-Bombe und den nuklearen U-Bootantrieb. 895

10.3.2.4.2.1. Zfiodung der Wasserstoftbombe

Eine Wasserstoftbombe la.6t sieh mit Hilfe einer Uranspaltbombe einfacher ziinden als mit einer Plutoniumbombe nach Implosionsverfahren. Hier stOrt die detonierte Sprengstoffpackung den Transfer der Strahlungsenergie von der Spaltbombe auf das Fusionsgemisch (s.u.). Dort detoniert der konventionelle Sprengstoff (linearer SchuB) peripher und beieintraehtigt die Zfiodung der Fusion niehl.

AufschluBreieh ist eine Analyse entsprechender Hinweise in der Literatur. 1959 weist eine amerikanische Proliferationstudie darauf hiD. daB es "wfinschenswert sei, das Volumen des Spaltzfioders zu minimieren", das hierfiir vorteilhafte ballistische Sprengverfahren (Kanonenprinzip) schlie6e

"die Verwendung eines Plutonium-Triggers aus" undmache

"die Verwendung von Uran 233 oder Uran 235 wahrscheinlicher". 896

AUerdings sei dies, so schrankt die Studie ein, nur eine qualitative Uberlegung aufgrund "nieht ausreiehender Information".

Den Hinweis griffen in den 60er Jahren englische Autoren auf. Leonard Beaton und John Maddox, Institute for Strategic Studies, London teilten 1962 mit, Plutonium sei zur Zfiodung von Wasserstoffbomben wahrscheinlieh nieht das best geeignetste Material. Und 1966 schrieb Beaton, Gr08britannien babe zur Zfiodung seiner Wasserstoffbombe Uran 235 verwendet und konkretisiert bald danach, Frankreieh und Gr08britannien hAtten sieh nach der Entwicklung der Plutonium-Bombe wegen der Wasserstoffbombe der Urananreieherung zugewandt. 897 (Auch der Spiegel beriehtete 1965, anUUUieh des Baubeginns der Urananreieherungsanlage Pierreiatte, daB die

895 Die Motive ftIr den Bau der franzOsischen Urananreicherungsanlage nennt [Goldschmidt 82].

896 [Davidon 59,9]: "( ... ) it would be desireable to minimize the volume of the fission detonator ( ... )". "A high efficiency fission explosion using ballistic detonation would rule aut the use of a plutonium trigger, and make more likely the use ofU 233 or U 235". "However, it must be emphasized that these crude qualitative infonnation are only suggestive of the types of relevant considerations. "

897 [Beaton 62,10. Beaton 66 a, 27. Beaton 66 b, 28]

518 KapitellO

teure Anlage "Uran 235 fUr die ldinftige franzOsische H-Bombe produzieren" wfirde).898

Maddox, Mitautor der britischen Studie von 1962, meinte 1969, da6 es

"hinreiehend Beweise daftlr gIlbe, daB der Ztlnder einer Wasserstoftbombe aus spaltbarem Uran oder Uran 235 und nieht aus Plutonium bestehen mUsse".899

Dies traf aber zo diesem Zeitpunkt nieht mehr zo. Die amerikanischen H­Bomben-Konstrukteure hatten zwar ihre ersten Fusionsbomben mit Uran geziindet (1952 bzw. 1954) und starke Anreieherungsaktivimten in der UdSSR Ende der 40er Jahre, deuten darauf bin, da6 man auch dort die H­Bombe mit Uran ziinden wollte, doch benutzte man in Gro6britannien 1957 bereits Plutonium. Well dort hochangereiehertes Uran nieht zur Verfilgung statt (die Anlage litt unter technischen Schwierigkeiten) batte man das Problem der Plutoniumziindung gelOst. Goldschmidt teilt mit, der Gebrauch von Plutonium in der H-Bombe vom Mai 1957 babe als "schwierig und delikat" gegolten. Der britische Erfolg (von dem die US-AEC anhand von Spaltproduktmessungen erfuhr) babe das Ansehen des britischen AtomwafIenprogramms in den USA so sehr gehoben, da6 Washington die amerikanisch-britischen Atomkooperation vertieft babe (so jedenfalls Goldschmidt). 900

Auch die amerilamischen H-Bomben batten sp4testens Mitte der 60er Jahre Plutoniumztlnder. Zu schlieBen ist dies aus Unflillen, bei denen US-Flugzeugen thennonukleare Bomben verloren gingen, ohne nuklear zu Zllnden (Januar 1966, Palomares, Spanien und Januar 1968 bei Thule, Gt1In.land). Hier fand man jeweils verstreutes Plutonium (bei Palomares waren 2300 Hektar Land mit Plutonium kontaminiert). Der geringere Spaltstoflbedarf bei Plutonium linderte das

898 DER SPIEGEL 1965, Nr.31, S.67.

899[Maddox 69,274] "( ... ) and there is good evidence that this (trigger) must consist of fissile uranium or uranium-235 and not fissile plutonium. "

9OO[Albrecht 92 (Ende der 40er Jahre und Anfang der 50er Jahre arbeiteten Forschergruppen in der UdSSR, darunter auch solehe, die mit Deutschen besetzt waren, an der Entwieklung verschiedener Urananreieherungsverfahren. Zu diesem Zeitpunkt war die Plutoniumbombe bereits erfolgreieh getestet - woraus vorsiehtig zu schlieBen ist, daB das Uranprogramm auf die Zondung der H­Bombe orientiert war.) [Goldschmidt 82,140 ("The use of plutonium was believed to be both difficult and delicate ( ... )"].

Atomsprengk.Orper und Kemsprengstoffe 519

Nutzlastproblem. Die Produktion von hochangereichertem Uran ft1r Atomwaffen stellten die USA 1964 ein. 901

Auch Frankreich, dessen erste Wasserstoflbombe vom August 1%8 noch mit Uran 235 arbeitete, verwendete spater erfolgreich Plutonium-Zunder. 902

Die ab 1959 ver6ffentlichte Fehlinformation beruhte entweder auf fehlendem Zugang zu Insider-Information oder aber verbreitete Desinformation. um Nacbziigler davon abzuhalten. anhand des (allseits verfolgten) Plutoniumpfads ein Wasserstofibombenprogramm zu starten. So meinte eine britische Studie noch 1973, daB es den Anschein babe, daB "fUr die Ziindung der Fusionsreaktion eine U-235-Waffe eher geeignet sei als Pu 239" und fuhr aufschlu8reich fort:

"Ein Land, daB sich gro6e Fusionswaffen zulegen will, mtill also ZUllAchst die auBerordentlich kostspielige Trennanlage ft1r die U-235-Gewinnung aufbauen ( ... ). Solange es kein preiswertes Trennverfahren gibt, das insbe­sondere kleinere Anlagen mOglich macht, scheint sich ft1r ein kleines Land die heimliche Herstellung von Kemwaffen wohl nur in der Fonn von Kemspaltwaffen aufPlutoniumbasis anzubieten" 903

Offenbar betreiben wissenschaftliche Atbeiten fiber Proliferation gelegentlich selbst (Non-)Proliferationspolitik.

10.3.2.4.2.2. U-Boot-Reaktor

Die zweite Technologielinie, die eine Urananreicherungsanlage 6ffnet, is! der Bau von U-Boot-Antriebsreaktoren. Solche Reaktoren mUssen kompakt gebaut sein und mit einer Brennelementladung m6glichst lange auskommen. Sie ben6tigen deshalb konzentrierten (hochangereicherten) Brennstoff (1m deutschen Atomprojekt wurde dieser Zusammenhang bereits 1941/42 erkannt). Man wAhlt angereichertes Uran, denn die Alternative, Plutonium, eignet sich als ReaktOIbrennstoff weniger (Seine !sotopenzusammensetzung und damit ReaktiviUlt andert sich laufend wabrend des Abbrands). Amerikanische U-Bootreaktoren arbeiten mit Uran, das h6her angereichert is! als Bomben-Uran (97,3 % Uran 235). (Der f.ranz6sische Versuch, einen U-

901 [Albright 86 a, 44. Cochran 87 a, 5, 82). Zu den H-Bomben-Unfllllen: [Kollert 78,71t].

902[Goldschmidt 82,172]

903[Legault 73,14]

520 KapitellO

Bootreaktor mit Natururanbrennstoff zu entwickeln, wurde 1958 abgebrocben). 904

Die Urananreicherung ist die Schliisseltechnik fUr den Bau von U­Bootreaktoren wie fUr die (einfache) Entwicklung von H-Bomben. Diese beide Elemente einer strategischen Atomstreitmacbt sind also tecbnologiscb wie militariscb verknlipft (atomgetriebene U-Boote eignen sicb gut als Ttiiger strategiscber Atomraketen). Darin liegt das zentrale Motiv fUr die englischen und franzOsischen Anstrengungen in den 50er und 60er Jahren.

10.3.2.4.2.3. Weitere Vorteile

Der Bau von Atomsprengsatze mit Uran 235 hat einige weitere militariscb­technikpolitiche Vorteile, die fUr kleinere Uinder, jenseits einer strategischen Atolllliistung, bedeutsam sind:

* Der Uranpfad zur Bombe benOtigt etwa 40 % weniger Natururan als der Plutoniumpfad (er kommt obne spaltstofi'verbrauchende Leistungsreaktoren aus). Dieser Aspekt ist fUr Lander bedeutsam, die fiber geringe beimische Uranresourcen (s. Uinderstudie Scbweiz).

* Der Uranzyklus produziert keine hocb- und mittelradioaktiven AbfiUle. 1m Vergleicb zorn Plutoniumzyklus, der vor allem durcb die Wiederaufarbeitungsanlage einen hohen Abfallstrom erzeugt, ist die Entsorgung von Anreicherungsanlagen unproblematiscb. (Dieser Aspekt ist wahrscheinlicb nur in sehr dicbt besiedelten oder demokratiscb verfa8ten Uindem von Bedeutung).

* Anders wie massiv wArmeproduzierende Reaktoren, emittieren Urananreicherungsanlagen (jedenfalls Zentrifugenanlagen) keine konzentrierte Wannest:rahlung. Au8erdem emittieren sie kaum radioaktive Stoffe in die Loft. Sie lassen sicb deshalb gut gegen Luftau1kUirung scbiitzen, besonders bei unterirdischer Bauweise. (Dies war wahrscheinlicb ein Motiv des Iraks fUr die Hinwendung zorn Uranpfad Mitte der 80er Jahre).

* Die 'Kanonen-ZUndung' erlaubt die Entwicklung langgestreckter Sprengladungen mit geringem Querschnitt, also den Bau von Atomgranaten.

904[Cochran 87 a, 185]

AtomsprengkOrper und KemsprengstotIe 521

So waren die 28 em- und 20,3 em- Atomgranaten, die die USA in den 50er Jahren hersteUten, mit Uran-Sprengkopfen bestUckt ('Mk-8', W-19', W 33'). (Inzwischen scheint es auch Granaten mit P1utoniumladungen zu geben - so wahrscheinlich die W 48', Kaliber 15,5 em, hergestellt in den 60er Jahren). 905

• Kugelfi)rmige Kombinationsladungen aus Uran 235 (au8en) nod Plutonium (innen), die durch Implosion gezfindet werden, scheinen eine hOhere Effizienz zu erreichen (gewichtsspezifische Sprengkraft). Historisch war die EinfIlIuung soIcher Compound-Keme (USA, 1947) eine Folge von

P\utonium-Knappheit. Die gro8e Urananreicherung,sanlage von Oak Ridge lieferte in den er­

sten Nachkriegsjahren weit mehr hochangereichertes Uran als die Reaktoren von Hanford

Plutoniwn ( VerbAltnis ca. 8: 1). 906

• Anders wie Plutoniumsprengsatze (wo nach elmgen Jahren entstandenes Americium 241 abgetrennt werden mu.6), sind Uran­Bomben. jedenfalls deren Kernladung wartungsfrei. (Der radioaktive Zerfall von Uran 235 - Halbwertszeit: 700 MilIionen Jahre - ist zu vernachlassigen.

Neben den genannten Vorteiten kam in den 60er Jahren ein wichtiger Okonomischer Vorteil des Uranpfads hinzu: Die Entwicklung der Uranzentrifuge zur Industriereife machte die HersteUung von hochangereichertem Uran billiger (s.u.).

10.3.2.4.3. HersteUung

Anreichenmgsverfabren. die Isotope des g1eichen Elements voneinander trennen mtissen. beruhen auf den Massenunterschied der Isotope, also auf physikalischen Verfabren. Bei Uran 235/238 ist der relative unterschied mit (238-235):238 = 1,26 % sehr gering. Zur Trennung der Isotopen mu.6 das Uran bei fast allen Verfabren im gasfijrmigen Zustand vorliegen. Man wahlt

905[Cochran 83,26,47,54]

906(Wilkie 84,29 (Abbildung). Cochran 83,24. Davidoo 59,4). Die Literatm gibt keinen Hinweis auf den naturwissenschaftliche Hintergrund dieses PbAnomens. Wahrscheinlich bewirkt die hOhere Emission von Spaltneutronen aus dem Plutonium-Kern eine sehr effiziente Spaltung der Uran 235 - H11lle. Andererseits mindert die Zugabe von Uran 235 - Zugabe den Neutronenhintergrund der Bombe und damit die Wahrscheinlichkeit einer FrIIhzUndung.

522 KapitellO

dafiir die elDZlgen stabile gasfOonigen VeIbindung, das korossive Uranhexafluorid.

1m amerikanischen wie im deutschen Atomprojekt des Zweiten Weltkriegs erprobte man jeweils ein halbes Dutzend verschiedene Verfahren zur Urananreichenmg. Nur eines davon, die Membran-Diffusion, betrieb die US­AEC nach 1946 in industriellem MaBstab weiter. Die Bundesrepublik konzentrierte sich im wesentlichen auf die Weiterentwicklung des Zentrifugenverfahrens.

10.3.2.4.3.1. Membran-Diffusion

Beim Diffusionsverfahren driicken starke Kompressoren das Urangas durch fein-porOse Membranwl1nde. Die leichteren Gasmoleldile des Uran 235 diffundieren durch die Membranen geringfiigig schneller a1s die des Uran 238. Der 'Trennfaktor' je Membranwand ist sehr gering, weshalb viele Diffusionsstufen hintereinander geschaltet werden mfissen. Eine Anreichenmg auf 3% braucht deshalb schon 1200 Trennstufen.

Die technologische Schlfisselstelle dieses Verfahrens liegt in der Auslegung und Herstellung der Membranen. Deren Porengr08e scheint den Trenneffekt empfind1ich zu beeintlussen. Die USA (spAter auch Gro8britannien) hielten die Membranauslegung lange geheim, auch nach der Atoms-for-Peace-Wende geMrte sie zu den best gebiitetsten amerikanischen Atomgeheimnissen. 907

Die Vorteile des Diffusionsverfahrens sind die vergleichsweise einfache Prozesstechnik (Pumpenbetrieb) und der hohe erreichbare Stoffdurchsatz, die Nachteile der hohe EnergieveIbrauch der Kompressoren sowie das Investitionsvolumen und die rAumliche Ausdehnung einer industriellen Anlage. Der Bau der drei amerikanischen Urananreichenmgsaniagen zwischen 1945 und 1956 (Oak Ridge/fennessee, PaducahlK.entucky, Portsmouth/Ohio) kostete etwa 4,5 Milliarden Dollar (Preisbasis 1980). An elektrischer Leistung benOtigen diese Anlagen bei Vollast etwa 6000 MWe, das entspricht der Leistung von 5 Atomkraftwerken des Typs Biblis (5 BIOCke).908

Die amerikanischen Anlagen belieferten in den 60er und 70er Jahren die Antriebsreaktoren der US-Marine und die Leichtwasserreaktoren der westlichen HemisphAre mit Brennstoff. Bis etwa Mitte der 70er Jahre besa8en die USA auf dem Markt fUr schwach angereichertes Uran eine Monopostellung.

907[Micbaelis 86,712if. Cochran 87 a, 128ff. Bupp 78,18]

908[Micbaelis 86,723f. UN SO,23. Lorenzen 75]

Atomsprengk6rper und Kemsprengstoffe 523

Gr06britannien und Frankreich hauten in den 50er bzw. 60er Jahren jeweils eine Anlage (Capenhurst beziehungsweise Pierrelatte). Auch die UdSSR wMtlte das Diffilsionsverfahren (wobei man wegen technischer Probleme bei der Diffilsion die Hochanreicherung mit der Zentrifuge besorgte) und China. Dieses haute seine erste Atombombe aos Uran. Argentinien hat die Membran­Difi'usion wahrscheinlich deshalb entwickelt, weil die Komponenten im Inland zu fertigen waren. 909

10.3.2.4.3.2. Zentrifuge

Die Gas-Zentrifuge nutzt das unterscbiedliche Verbalten der Uranisotope im Zentrifugalfeld. Das Urangas strOmt in eine zylindertbrmige Trommel, die mit Uberscballgeschwindigkeit rotiert. Die Au6enwAnde reiBen die Gasmoleldile mit. In deren Nahe reichern sich die schwereren Gasmoleldile an. Der TrennefIekt, den thermische Gaskonvektion verstarkt, ist je Trennstufe etwa l00mal gr06er a1s bei der Membran-Difi'usion. Druckdifferenzen zwischen clem axialem und radialem Bereich hintereinandergescbalteter Gaszentrifugen erlauben den Weitertransport des Urangases oboe Pumpen - weshalb eine Zentrifugenanlage vergieichsweise wenig Energie verbraucht, moderne Anlagen etwa 50ma1 weniger a1s Difi'usionsaniagen.

Die technologischen SchUisselstelien des Zentrifugenverfahrens liegen im Bereich Mechanik und Werkstoffwissenschaften (ein Grund warum sich bier Deutsche hervortaten) - reibungsarme Wellenlager mit hoher Standzeit sind zu entwickeln und hochfeste Zylinderwande (Gefahr der Selbstzerlegung).

Um Uran auf 3% anzureichern, gentlgen 10 bis 20 hintereinandergescbaltete Zentrifugen. Alierdings sind wegen des geringen Massendurchsatzes viele Zentrifugen parallel zu betreiben. Eine Gaszentrifugenanlage kann deshalb in k1einen, spater zu erweiternden Einheiten und oboe aufwendige Energieversorgung laufen. Eine Fabrik, die jahrlich einige Bombenladungen hochangereicherten Urans herstellen kann, kostet etwa 50 MilIionen Dollar (Preisbasis 1980). 910

Diese technisch-okonomischen Vorteile machten die Zentrifugentechnologie fUr Under mit militarischen Absichten attraktiv. In den 60er Jahren (nachdem die Degussa einen Entwicklungsdurchbruch erzielt hatte) wandten sich einige Under clem Uranpfad zu (vgi. Lanc:lerstudie Schweiz und Schweden). So bemerkte 1966 ein indischer Autor, daB eine

909[Cochran 92, 53f. Albright 93, 18 (Argentinien)]

91O[UN 80,23]

524 KapitellO

Uranbombe billiger herzustellen sei als eine Plutoniumbombe. Israel und Pakistan entwickelten Zentrifugen zur industriellen Reife und einige weitere Under versuchten dies, danmter Brasilien und Irak. 911

Die erste Anreieherungsanlage mit zivilen-wirtschaftlieher Zweckbestimmung ging 1981 im niederIandischen Almelo in Betrieb, als deutsch-niederIandisch-britisches Gemeinschaftsprojekt (Urenco). Spilter folgten weitere Urenco-Anlagen in Gr06britannien (Capenburst) und in der Bundesrepublik (Gronau).

Ein weiterer, nicht publizierter Vorteil der Zentrifugentechnik liegt hzw. lag darin, daB sie sich zur Anreicherung des Tritimn-AIL'lgangspmdukts Uthium 6 (in T ,ithium 7) eignet und zur Anreicherung von Plutonium 239 im Isotopengemisch von Atomkraftwerks-Plutonium. Dieser Vorteil der Zentrifuge scheint wegen der vielseitigen Laser-IsotopentrennUDg spIlter unwichtig geworden zu sein.

10.3.2.4.3.3. Weitere Verfahren

Ein weiteres, vor allem in der Bundesrepublik entwiekeltes Verfahren,. die Trenndusen-Anreieherung ('Becker-Prozess' bzw. 'Jet Nozzle' - Verfahren), die auf der Isotopentrennung im Zentrifugalfeld eines umgelenkten Gasstrahls beruht, hat sieh nieht durchsetzen kOnnen. Der Energieaufwand zur Verdichtung des Gases ist hOher als bei der Membrandi1Iusion. 912

Zwar sah der deutsch-brasilianische Atomvertrag von 1975 den Bau einer Demonstrationsaniage in Brasilien vor, doch hat das Kernforschungszentrum Karlsruhe die Entwicklung in den 80er Jahren eingestellt. Eine Variante des Trennd1isen-Verfahrens, das 'Vortex'-oder 'Helikon'-Verfahren, hat Siidafrika realisiert - sehr wahrscheinlich unter Nutzung deutschen Know-Hows. Eine siidafrikanische Pilotanlage ging 1978 bei Pelindaba in Betrieb. Sie lieferte den Spaltstoff fUr die seehs Atombomben, die Siidafrika ab 1979 herstellte. 913

Das elektro-magnetische Trennverfahren (massenspezifische Ablenkung ionisierter UrangasmolekUle in einem Magnetfeld), das im Manbattan-Projekt entwickeIt wurde und wozu auch im 'Dritten Reich' gearbeitet wurde (Manfred v. Ardenne), lieferte den Spaltstoff der Hiroshima-Bombe. Doch stellten die USA ihre Anlage aus Kostengriinden nach Kriegsende ein. In den spilten 80er Jahren setzte der Irak den Schwerpunkt seines

911[Krishna 66,15 (indischer Autor). Spector 87. Barnaby 89 (Israel)]

912[Michaelis 86, 714f1]

913Nucleonics Week (Mark Hibbs), 6.5.93, S. 16. [Michaelis 86, 733]

AtomsprengkOrper und Kemsprengstoffe 525

Anreicherungsprogramms auf dieses Verfahren, wahrscheinlich vor aHem deshalb, weil seine Komponenten, so etwa gro.8e Ringmagnete, keinen Transferbeschrllnkungen unterlagen.

Das chemische Anreicherungsverfahren nutzt die unterschiedliche Austauschrate von leichtem und schwerem Uran in chemischen Reaktionen. Es verwendet als einziges Verfahren kein Urangas. Frankreich und Japan haben jeweils einen chemischen Austauschproze.6 entwickelt (Chemex- bzw. Asahi-Prozess), auch der Irak hatte vor 1991 eine Pilotanlage geplant. Der Energiebedarf ist Mher als bei der Zentrifuge, aber niedriger als bei der Membran-Diffusion. Nachteile sind das hohe Uraninventar einer Anlage, deren gro.8e Ausdehnung und der hohe Bedarf an korrosionsfesten ROhren, Pumpen, Tanks und speziellen chemischen Katalysatoren. 914

Das modeme, vielseitige Verfahren der Laser-lsotopentrennung (selektive, isotopenspezifische Anregung von Gasatomen oder -molekiilen durch Laserlicht) hat die Vorteile eines hohen Trennfaktor wie Massendurchsatzes und IA.6t sich in kleinen Einheiten realisieren. Es ist auch fUr Lithium, WasserstofflDeuteriumffritium und Plutonium anwendbar. Entwickelt wird das Verfahren unter anderem in den USA (dort z.T. geheim) und in der Bundesreoublik. 1m israelischen Dimona solI eine Laser-lsotopentrennanlage stehen. 9f5

10.3.2.4.4. Resfunee

Uran 235 bzw. hochangereichertes Uran, als Nuklearsprengstoff weniger effizient als Plutonium, erleichtert wegen seines einfachen Sprengverfahrens (linearer Schu.6) die Ziindung einer Wasserstoftbombe. Nahezu unverzichtbar ist es fUr den Betrieb von U-Bootreaktoren. Weitere Vorteile des Uranpfads sind die etwas effizientere Nutzung von Natururan (was bei Uranmangel wichtig sein kann), die bessere Tarnbarkeit der Produktionsanlage (Anreicherung versus Reaktoren und Wiederaufarbeitung) und seine Eignung fUr Atomgranaten. Wegen der technischen Probleme der Urananreicherung (Membrandiffusion) haben sich die AtoDUIlAchte UdSSR, Gro.6britannien und Frankreich auf den Plutoniumpfad konzentriert. Technische Fortschritte bei mechanischen Trennverfahren (Zentrifuge, Vortex-Verfahren) haben in den 60er Jahren den Uranpfad attraktiver gemacht. Ffir die Hinwendung zum Uranpfad durch Under wie China, die Schweiz, SOdafrika, und Irak lassen sich aber kein einheitlichen, gemeinsamen Gtilnde angeben.

914[Albright 93, 20J

915[Grupp 83,40ff. Ruiter 85. Michaelis 86,719. Barnaby 89 (IsraeI)J

526 KapitellO

10.3.2.5. Sonstige Sprengstoffe

10.3.2.5.1. Uran 233

Uran 233, kiinstliches Uranisotop, wurde bereits im Projekt Manhattan als potentiellen Sprengstoff identifiziert. Ab Juli 1945 suchte man nach einem praktikablen Herstellungsverfahren. 916

Wie Plutonium wird Uran 233 im Reaktor 'gebriitet'. Ausgangsmaterial ist bier narurliches Thorium (Th 232), das nach der Bestrahlung einer WiederaufaIbeitung zu unteniehen ist. Der einzige, bis prototypreife entwickelte Thorium - Uran 233 - BrUter ist der deutsche Hochtemperaturreaktor.

Eine amerikanische Proliferationsstudie von 1959 behandelt den Sprengstoff Uran 233 als g1eichrangig mit Uran 235 und Plutonium 239. Dabei hat Uran 233 etwas giinstigere kemphysikalische Eigenschaften als Uran 235 (hOherer Spaltquerschnitt und Neutronenvermehrungsfaktor, geringerer Neutronenhintergrund), weshalb es auch zur ZUndung einer H­Bombe eigne (Zitat s.o.). Vor allem der Vorteit, den Sprengstoff aus Thorium herstellen zu kOnnen und damit liber eine Alternative zu dem mancherorts sehr knappen Uran zu verfiigen, machte Thorium-Reaktoren in den 50er Jahren attraktiv. 917

Eine Uran 233 - Bombe soli in den USA getestet worden sein. Ihre Handhabung erwies sich jedenfalls als unpraktikabel, da sie eine starke Quelle von Gammastrahlung ist. (Aus dem Begleitisotop Uran 232, Halbwertszeit 72 Jahre, das in Spuren aus einer Kem-Nebenreaktion entsteht. bilden sich kurzlebige Tochterprodukte mit intensiver Gammastrahlung. Die OberfUichen- Dosisleistungen nach einigen Jahren Lagerzeit betrAgt etwa 10 Sievert - 100 rem - je Stunde). 918

Soweit bekannt, sind Uran 233 - Sprengsiitze deshalb nie in militlirische Arsenale gelangt.

916[Hewlett 62,627]

917[Davidon 59,4,9]

918[Seifritz 84,69. Wilkie 84]. Locke zum Verfasser.

AtomsprengkOrper und KemsprengstofIe 527

10.3.2.5.2. Transplutone

GemA8 der kemphysikalischen Uberlegungen. die die Suche naeh Plutonium auslOSten, waren aueh unter den sogenannten Trans-Plutonen Isotope zu erwarten, die sieh als Sprengstoff eigneten. 1m Sommer 1944 fand das 'Metallurgical Project' des 'Manhattan Engineer District' nach monatelangen Anstrengungen die neuen Elemente Americium und Curium (Ordnungszahl 95 und %). Diejenigen Isotope, die leieht herzustellen waren, eigneten sieh aber wegen zu kurzer Halbwertszeit oder sehr hohem Neutronenhintergrund nieht als Sprengstoff. Andere, etwa Am 242 oder Cm 244 (mit hohem Neutronenhintergrund) waren nur in Spuren herzustellen. Ihre quantitative Produktion erfordert sehr hohe Neutronenfliisse, die nur Spezial- bzw. Hochflu6reaktoren erreiehen. 1988 meinte ein Autor aus dem Kemforschungszentrums Karlsruhe, daB deshalb "das militllrisch-technische Interesse an den Transuranen" gesunken und "nur der wissenschaftliehe Anreiz" ZUIilekgeblieben sei. 919

Immerhin bauten die USA noch in den 60er Jahren einen Hochflu6reaktor, um damit Trans-Plutone zu produzieren (Curium 244 etwa, in der Gr08enordnung von j:ihrlieh 1 kg). Auch der deutsch-franzOsische 'HOchstflu6reaktor' Grenoble, seit 1%7 in Betrleb, scheint nach Indizien mit zu diesem Zweck erriehtet worden zu sein. 920

Einige Autoren vermuteten in den 80er Jahren, daB Americium und Curium-Sprengstoffe wegen ihrer hohen thermischen Spaltquerschnitte und Neutronenfreisetzungsraten fUr den Bau von Miniatur-Atombomben geeignet sind. Errechnet wurden kritische Massen in der Gro8enordnung von 100 Gramm. Dies ist jedoch zweifelhaft, weil sieh die Rechnungen auf die thermischen Spaltquerschnitte stdtzen und cine Extrapolation auf die (nieht ver6ffent1ichten) schnellen Spaltquerschnitte problematisch ist. So resumiert Walter Seifritz, Ahnlieh wie Keller, daB Transplutone wegen zu kurzer Halbwertszeit, zu hoher Neutronenemission oder zu aufwendiger Herstellung nieht geeignet seien. Die MOgliehkeit von Miniatur-SprengsAtzen sei "hOchst unwahrscheinlich". 921

919[Keller 88,235]

920[Taube 74,156 (US-Reaktor)]

921[Gsponer 83. Sabin 85] (Die verwendeten Spaltquerscbnitte gelten tbr thermische Neutronen, die in der Bombe keine Rolle spieien - jene tbr schnelle Neutronen sind nicht bekannt).[Seifritz 84,67tl]

528 Kapitel 10

10.4. Kemfusions-Bomben

Die Wasserstoffbombe setzt Kemenergie frei aufgrund der Verschmelzung der sehr leichten Atomkeme der Wasserstoffisotope. Die Fusionsreaktion 'ziindet' erst bei Temperaturen liber 10 Millionen Grad. Technisch am einfachsten zu erreichen ist die Fusion der Wasserstoffisotope Deuterium und Tritium (schwerer und liberschwerer Wasserstoff). Sie liefert auch die gr6fite Energiefreisetzung. Deshalb basiert die H-Bombe auf diesen beiden Isotopen. Das leicht fllichtige Tritium wird zum iiberwiegenden Teil erst wiihrend der Fusionsreaktion erzeugt - durch Einfang von (ersten) Fusionsneutronen durch Lithium, einem natiirlichen, haufigen Alkalimetall. Das seltene Lithium 6, das durch thermische Neutronen weit schneller in Tritium umgewandelt wird, als das haufige Lithium 7, gilt als essentiell fUr eine H-Bombe. Deshalb hat man mit verschiedenen Verfahren versucht, Lithium 6 aus natiirlichem Lithium anzureichem. Andererseits sind bei einem schnellen Neutronenspektrum die Wirkungsquerschnitte beider Isotope fUr die Tritiumbildung fast gleich. 922

Zweckmlilligerweise wahlt man als Fusionssprengstoff eine chemische Verbindung zwischen Lithium (6 oder 7) und Deuterium - Lithiumdeuterid. Diesen kreideiihnlichen Stoff wandelt man in keramisches Material um. Zur Erleichterung der Ziindung wird dem Fusionsmaterial wahrscheinlich Tritium beigemischt - in der Form von Lithiumtritid. 923

Deuterium, das im natiirlichen Wasser in der Form von 'schwerem Wasser' vorkommt, kann aus Wasser abgetrennt werden. Sind Schwerwasserreaktoren vorhanden, ist deren schweres Wasser eine naheliegende Quelle. Tritium erzeugt man in Reaktoren durch Bestrahlung von Lithium-6-Brutelementen mit Neutronen. In Konkurrenz zur Tritium-Produktion steht dabei die Produktion von Plutonium. 924

Die hohe Temperatur zur Ziindung der Fusion liefert, soweit bekannt, ausschliefilich die Explosion einer Atomspaltbombe. Verschiedene Lander haben allerdings versucht, eine nicht-nuklear zu ziindende H-Bombe zu entwickeln - sehr wahrscheinlich ohne Erfolg.

Wegen des besonderen Ziindproblems der H-Bombe ist diese historisch erst nach der Atomspaltbombe entwickelt worden. Eine verllillliche Konstruktion

922 Details zum Tritiumbruten in [Kalinowski 94 a]. (Dieser Anhang behandelt nicht die fusionsverstiirkte Spaltbombe. Bei dieser werden kurz vor der Zilndung einige Gramm Tritium-Deuterium-Gas ins Innere der Spaltstoftkugel eingeschossen - dazu u.a. [Schaper 91,771].

923[Kalinowksi 94 a. Cochran 87 a, 90 u. FN 148. Seifritz 84, 88f, 142].

924[Wilkie 84. Colschen 91]

AtomsprengkOrper und .Kernsprengstoffe 529

von H-Bomben ist wahrscheinlieh ohne nukleare Sprengversuche kaum zu erreiehen. Der ZUndvorgang ist schwer zu simulieren und die Fusionsreaktion kann, anders wie bei der Kernspaltung, bislang Dieht ausreiehend lange studiert werden.

Die tecbnologische SchlOsselstelle der H-Bombe liegt in der Konfiguration von Spaltbombe und Fusionsgemisch, d.h. in der effizienten Obertragung der Strahlungsenergie der Spaltbombe auf das Lithiumdeuterid. Die einsetzende Fusionsreaktion darf dabei Dieht 'ausgeblasen' werden.

Bei den sogenannten fusionsverstllrkten Spaltbomben (erster Test 1951, USA) gelingt nur eine vo1iibergehende Ziindung. Die Fusionsreaktion des D­T -Gases (das sieh grammweise im Zentrum einer gewOhnliehen, kugelsymmetrisch zu zUndenden Atombombe befindet) wird dureh die Expansion des Materials unterbrochen. Die Fusion liefert bier nur einen massiven Schauer zuslitzlieher PrinUirneutronen liefem, der die Kettenreaktion intensiviert und damit die Spalteffizienz und Sprengstlirke. 925

Die Energiefreisetzung von Fusionsbomben ist theoretisch oaeh oben bin Dieht begrenzt, die Sprengkraft wird allein vom militlirischen Kalkiil bestimmt. Wohl deshalb haben alle AtoIlllllAehte diesen zweiten Entwicklungsschritt vollzogen. Uod einige latente AtoIlllllAchte bzw. Schwelleliliinder scheinen dies tun zu wollen. Fusions-SprengstoiIe sind bisher kein Gegenstand des Niehtverbreitungsvertrags oder seiner Kontrollbestimmungen. 926

925[Hansen 88, 27,37]

926 Fordenmgen zu einer umfassenden Kontrolle dec Tritiumproduktion werden vorgetragen und begrondet in [Colschen 91. Colschen 92].

530 Kapitel II

11. Verzeichnisse

11.1. Literatur

Adenauer 6S (I)

Adenauer 66(11)

Adenauer 68(IV)

AGF89

Ailleret68

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Albrecht 88

Albrecht 89

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Baade 58

Bader 66

Bagge 57

Bandulet70

Barleon90

Baumgib1ner 78

Beat0062

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Beaton66b

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Gray 65

Grebe 54

Greenpeace 90

Greenwood 80

Greiner 88

Greiner 92

Grewe 67

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Hansen 88

Hardung56

Hauff 86

Hawkins 46

Haxel53

Helmreich 86

Herbst 86

Hewlett 62

Hewlett 69

Hewlett 74

Hippel85

Hladky 85

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Holloway 93

Hryniszak 78

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IAEA92

IAEA93

Institute 65

Irviog67

Jahrbuch 78

Jain 85

Janin87

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Kalinowski 94 a

Kalinowski 94 b

Kankeleit 89

Keck84

KeUeher75

Keller 64

Keller 88

Kelly 60

Keasler 76

Kitschelt 80

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Kruzel 86

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Marwah75

Medvedev90

Melansoo87

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Ny Teknik 85 b

Ny Teknik 85 c

Ny Teknik 85 d

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OTA77

Parker 78

Perret-Gentil 60

Perret-Oentil61

Petri 70

Pierre 72

PobIand58

Preston 75

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Quester70

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Radkau90

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ROdeI72

Sahin85

Sandlner84

Schaper 91

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Sontbeim62

Soutou 87

Soutou 88

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548 Kapitel 11

11.2. Archive, Aktenbestlnde

ACDP

AdV

AIK

AKr

AL

AMI...

BA

NH

StA-HB

Archiv fUr Christlieh-Demokratische Politik, Sankt AugustinlBonn

Arehiv des Verfassers (Dokumente sind dann mit AdV bezeiehnet, wenn ihre Fundstelle zum Schutz des Informanten nieht genannt werden kann; ihre Authentizitlit ist jedoch zweifelsfrei, aile diese Dokumente liegen dem Verfasser in Kopie vor).

Akten der Interparlamentarischen Kommission, Bonn

Akten Krekeler, Institut fUr Zeitgeschiehte (zum Zeitpunkt der Einsiehtnahme teilweise noch nieht katalogisiert)

Arehiv von Christer Larsson

Akten Maier-Leibnitz, Sammlungen des Deutschen Museums, MUnehen (Z8Dl Zeitpunkt der

Einsiehtnahme nieht katalogisiert).

Bundesarchiv, Koblenz (Bestand B 138: Akten des Bundesministers fUr Atomangelegenheiten)

Nachla8 Heisenberg im Werner-Heisenberg-Institut, MUnchen (zum Zeitpunkt der Einsiehtnahme nieht katalogisiert)

Staatsarehiv Bremen

Verzeichnisse 549

11.3. Interviews •

Karl Birnbaum, Dr., Politikwissenschaftler, Direktor des Utrikespolitiska Institutet, Stockholm (1960-1970).

Rolf Bjornerstedt, Dr., Physiker, Direktor des Kernenergieabteilung an der schwedischen Militllrforschungsanstalt (FOrsvarets forskninganstalt) 1955 -1966, danach kurz stellvertretender Direktor des Stockholm International Peace Research Instituts (1966).Bernd-JOrg Diebner, Dr., Theologe und ArcMologe, 80hn von Kurt Diebner (Koordinator des Atomprojekts des HeereswaiJenamts 1939-1945:, Mitbegriinder und Vorstandsmitglied der Gesellschaft fUr Kernenergieverwertung in Schifibau und Schiffahrt ab 1955, gestorben am 13.7.64).

Heinz KrekeJer, Dr., Chemiker, Gescbaftstriiger und Botschafter an der deutschen Botschaft in Washington (1951-1958), Euratom-Kommissar (1958-1964).

Gerhard Locke, Dr., Physiker, wissenschaftlieher Mitarbeiter der Gesellschaft fUr Kernenergieverwertung in Schiftbau und Schi1fahrt (1957-70), seit 1976 am Fraunhofer-Institut fUr naturwissenschaftlieh-technische Trendanalysen.

Vladimir F. ShikaJov, Dr. Physiker, Kurehatov-Institut fUr Atomenergie, Moskau, his 1972 an der Entwieklung nuklearer Raketenantriebe beteiligt.

Vladimir M. ShmeJev, Dr., Physiker, Kurchatov-Institut fUr Atomenergie, Moskau, frUher Operateur des Atomkraftwerks Obninsk.

Karl Wirtz, Prof. Dr., wissenschaftlicher Mitarbeiter der Arbeitsgruppe Heisenberg wahrend des Atomprojekts des Dritten Reiehs, Leiter des Instituts fiir Neutronen- und Reaktorphysik im Kernforschungszentrum Karlsruhe, Vorsitzender des Arbeitskreises Kernreaktoren und Mitglied in der Fachkommission ill der Deutschen Atomkommission (5Oer und 60er Jahre).

N.N., Nomen nominandum. (N.N. bezeiehnet Interviewpartner, die namentlieh Dieht genannt werden wollten.)

• Diese Liste enthAlt nur Gesprllchspartner, mit denen ergiebige Gesprache gefbhrt werden konnten. Tl1tigkeiten und Amter sind nur insoweit angegeben, als sie sich auf das Thema beziehen. Der Verfasser dankt allen Gesprllchspertnem rur die Auskunftsbereitschaft und die aufgewendete Zeit.

550 Kapitel 11

11.4. Abkiimmgen

AA AB ACDP

AdG AdV AEC AHK AIK AI(

AKr AMI.. ATKE ATW BA BDI BSP BMAt BMF BT CEA DAtK EAES EdF EVU FK FOA

FR-2 FRM FRUS GE HTR IAEA lAEO IfZ

AuswArtiges Amt Aktiebolaget (scbwediscb: Aktiengesellschaft) Arcbiv fUr Christlicb-Demokratische Politik, Sankt AugustinlBonn. Arcbiv der Gegenwart Akten des Verfassers Atomic Energy Commission Alliierte Robe Kommissare Akten der Interparlamentarischen Kommission. Bonn Arbeitskreis (der Deutschen Atomkommission) Akten Krekeler Akten Maier-Leibnitz Atomkemenergie (Fachzeitschrift) Atomwirtschaft - Atomtechnik (Fachzeitschrift) Bundesarcbiv Bundesverband der deutschen Industrie Bruttosozialprodukt Bundesministerium fUr Atomkemenergie Bundesministerium der Finanzen Bundestag Commissariat a l'Energie Atomique Deutsche Atomkommission European Atomic Energy Society Electricite de France Elektrizitlitsversorgungsuntemehmen Fachkommission (der Deutscben Atomkommission) FOrsvarets forskningsanstalt (scbwediscb Verteidigungs- Forscbungsanstalt) Forscbungsreaktor 2 (Karlsruhe) Forscbungsreaktor Muncben Foreign Relations of the United States General Electric Rocbtemperaturreaktor International Atomic Energy Agency (Wien) Internationale Atomenergieorganisation (=IAEA) Institut fUr Zeitgeschicbte, Munchen

Verzeichnisse

KBB LWR

MLF MZFR NEA NGA

NY NYT NZZ OEBC Pu RWE SAD SOl SRP SSW StA-HB SU SWP SZ TU Uan US-AEC VOl VS-NtD WAA WEU WP

Kernreaktor-Bau- und Betriebsgesellschaft mbH Leichtwasserreaktor Multilateral Force (Multilaterale Atomstreitmacht) Mehrzweckforschungsreaktor (Karlsruhe) Nuclear Energy Agency Nationale Gesellschaft zur FOrderung der industriellen Nutzung der Atomtechnik (Schweiz) Nichtverbreitung (von Kemwaffen) New York Times Neue ZWicher Zeitung Organisation for Economic European Cooperation Plutonium Rheinisch-WestfiUisches Elektrizitatswerk AG Schweizerischer AufklArungsdienst Strategic Defense Initiative Savannah River Plant (US-Atomzentrum) Siemens-Schuckert-Werke Staatsarchiv Bremen Sowjetunion Stiftung Wissenschaft und Politik (Ebenhausen) S"iiddeutsche Zeitung Technische UniversiW angereichertes Uran United States Atomic Energy Commission Verband Deutscher Ingenieure Verschlu6sache - Nur fUr den Oienstgebrauch Wiederaufarbeitungsanlage WesteuI'OpAische Union Wahlperiode (des Deutschen Bundestags)

551