Bericht zur Waffentauglichkeit von Reaktorplutonium - IANUS ...

plutonium zeigt, daß eine Schädigung des Sprengstoffs durch die Strahlung des Plutoniums
auch binnen Jahren nicht zu erwarten ist. (Zu beachten ist die abschirmende Wirkung
eines Uranreflektors.)
2.5.2 Einflüsse der Wärmeleistung
Angaben über die Wärmeleistung von Reaktorplutonium wurden bereits in Kapitel 2.4.2.
gemacht. Hier soll untersucht werden, welche Temperaturen sich dadurch in der Sprengstoffbeladung
einer Kernwaffe einstellen. Dazu müssen Annahmen bezüglich der Plutoniummenge,
der Dicken von Reflektor, Sprengstoffschicht und äußerer Hülle, sowie Annahmen
zur Wärmeleitfähigkeit der einzelnen Komponenten getroffen werden. Ausgehend
vom Fourierschen Gesetz läßt sich die durch eine Hohlkugelschale fließende Wärmemenge
berechnen [MICH64]. Bei Übertragung auf ein System konzentrischer Hohlkugelschalen
ist dann im stationären Fall die durch die einzelnen Schichten fließende Wärmemenge
gleichzusetzen. Für Massen von 10 kg Reaktorplutonium fanden wir unter Zugrundelegung
zweier verschiedener Geometrien (siehe auch Abb. 6 Temperaturprofile):
äußerer Radius der Plutoniumkugel 5,6 cm 8cm
äußerer Radius des Uranreflektors 7cm 15 cm
äußerer Radius der Sprengstoffschicht 66 cm 66 cm
äußerer Radius des Gehäuses (hat nur
marginalen Einfluß) 70 cm 70 cm
maximale Temperaturerhöhung des Sprengstoffs
gegen Umgebungstemperatur 280 K 115 K
Dies zeigt, daß auch ohne aktive Kühlung die maximale Temperatur des Sprengstoffs in
unkritischen Bereichen gehalten werden kann. Es ist lediglich erforderlich, beim Design
den Aspekt der Wärmeentwicklung zu berücksichtigen. Als Wärmeleitfähigkeit haben wir
für den Sprengstoff den Wert 0,4 W/mK gewählt, welcher dem brisanten Sprengstoff
HMX entspricht. HMX hat neben einer hohen Detonationsgeschwindigkeit und einer hohen
spezifischen Energie den Vorteil eines relativ hohen Schmelzpunktes (285 - 287 o C)
[DOBR74]. Bei der Wahl der angenommenen Sprengstoffmenge orientierten wir uns an
der Angabe von Cochran et al. [COCH84], die Masse des Sprengstoffs im Trinity-Test habe
etwa 5000 lb betragen, was in Einklang mit den veröffentlichten äußeren Abmessungen
der ersten beiden Plutonium-Bomben steht. Für moderne, kompakte Konstruktionen ist
eine wesentlich geringere Temperaturüberhöhung zu erwarten.
Ein weiteres Beispiel zeigt das Zeitverhalten der Erwärmung einer Anordnug aus Reaktorplutonium.
Geht man bei einem Abbrand von 33 GWd/t von einer spezifischen Leistung
von 11 Watt/kg Pu aus, so wird sich eine thermisch isolierte Masse der Hiroshima Bombe
von 6.1 kg Pu pro Sekunde bei einer spezifischen Wärme von 134 J/(kg K) anfänglich etwa
5 Grad pro Minute erwärmen. Diese Kugel von 9 cm Durchmesser würde in Luft etwa 300
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