Het artikel behandelt 'Fogbank', een geheim tussentrapmateriaal (vermoedelijk een aerogel) dat wordt gebruikt in Amerikaanse kernwapens zoals de W76, W78 en W88. Toen rond het jaar 2000 bleek dat de kennis over de productie van dit materiaal verloren was gegaan door een gebrek aan documentatie en gepensioneerd personeel, moest de National Nuclear Security Administration (NNSA) het proces via reverse engineering herstellen. Dit traject kostte tiertallen miljoenen dollars en duurde vijf jaar, waarbij het project in 2007 zelfs de hoogste prioriteit ('Code Blue') kreeg. Een belangrijke technische ontdekking tijdens dit proces was dat een specifieke onzuiverheid, die oorspronkelijk niet gedocumenteerd was, essentieel bleek voor de structuur van het materiaal. Het renovatieprogramma voor de W76-kernkoppen werd uiteindelijk in december 2018 afgerond.
Fogbank
De exacte aard van Fogbank is geclassificeerd. In de woorden van voormalig algemeen manager van het Oak Ridge National Laboratory, Dennis Ruddy: "Het materiaal is geclassificeerd. De samenstelling is geclassificeerd. Het gebruik in het wapen is geclassificeerd, en het proces zelf is geclassificeerd." NNSA-administrateur Tom D'Agostino onthulde echter wel de rol van Fogbank in het wapen: "Er is nog een ander materiaal in — het wordt tussentrapmateriaal genoemd, ook bekend als Fogbank."
Documenten over nucleaire explosieve veiligheid van het Department of Energy beschrijven het simpelweg als een materiaal dat "wordt gebruikt in kernwapens en nucleaire explosieven", samen met lithiumhydride (LiH) en lithiumdeuteride (LiD), beryllium (Be), uraniumhydride (UH3) en plutoniumhydride. Wapenexperts vermoeden dat Fogbank een aerogel-materiaal is dat fungeert als tussentrapmateriaal in een kernkop; dit is een materiaal dat ontworpen is om na de detonatie van de splijtingsfase van het wapen te veranderen in een superverhit plasma, dat vervolgens de detonatie van de fusiefase triggert.
"Aerogel" verwijst naar een microporeuze vaste stof waarin de gedispergeerde fase een gas is; er zijn tientallen van dit soort materialen uitgevonden. Ze hebben een extreem lage dichtheid (typisch 3 tot 7 keer die van lucht) en een lage thermische geleidbaarheid.
Geschiedenis
Uit niet-geclassificeerde officiële bronnen is gebleken dat Fogbank oorspronkelijk werd gefabriceerd in Facility 9404-11 van het Y-12 National Security Complex in Oak Ridge, Tennessee. Dit gebeurde van 1975 tot 1989, toen de laatste batch W76-kernkoppen was voltooid. Daarna werd de faciliteit gedeactiveerd en tegen 1993 definitief gesloten. Er bleef slechts een kleine proefinstallatie over, die werd gebruikt om kleine hoeveelheden Fogbank voor testdoeleinden te produceren.
In 1996 besloot de Amerikaanse regering om grote aantallen kernwapens te vervangen, te renoveren of buiten gebruik te stellen. Naar aanleiding hiervan stelde het Department of Energy een renovatieprogramma op om de levensduur van oudere kernwapens te verlengen. In 2000 specificeerde de NNSA een programma voor levensverlenging van W76-kernkoppen, zodat deze tot ten minste 2040 in gebruik konden blijven.
Kort daarna bleek dat het Fogbank-materiaal een potentiële bron van problemen vormde voor het programma. Er waren namelijk weinig verslagen bewaard gebleven over het productieproces toen het materiaal in de jaren 80 werd gefabriceerd, en bijna alle medewerkers met expertise in de productie waren gepensioneerd of uit dienst getreden. De NNSA onderzocht kortstondig de mogelijkheid om een alternatief voor Fogbank te vinden, maar besloot uiteindelijk dat ze het proces konden herhalen omdat Fogbank immers al eerder succesvol was geproduceerd. Daarnaast waren de computersimulaties van Los Alamos op dat moment niet geavanceerd genoeg om definitief vast te stellen of een alternatief materiaal net zo effectief zou functioneren als Fogbank.
Omdat Facility 9404-11 al lang buiten gebruik was, was er een nieuwe productiefaciliteit nodig. Tijdens de bouw hiervan ontstonden vertragingen. Ingenieurs stuitten herhaaldelijk op mislukkingen bij hun pogingen om Fogbank te produceren. Het productieproces maakt gebruik van acetonitril, een matig giftig en zeer vluchtig oplosmiddel dat een gevaar vormt voor werknemers (wat in maart 2006 alleen al tot drie evacuaties leidde). Doordat meerdere deadlines verstreken en de planning herhaaldelijk werd verschoven, investeerde de NNSA uiteindelijk 23 miljoen dollar om een alternatief voor Fogbank te vinden.
In maart 2007 bedachten ingenieurs een productieproces voor Fogbank. Bij tests bleek het materiaal echter problemen te vertonen, waarna het project in september 2007 door de NNSA werd opgewaardeerd naar "Code Blue"-status, wat betekende dat het een prioriteit van hoogste niveau werd. In 2008, na een verdere uitgave van 69 miljoen dollar, slaagde de NNSA erin om Fogbank te produceren. Zeven maanden later werd de eerste gerenoveerde kernkop geleverd aan de Amerikaanse marine, bijna tien jaar nadat het renovatieprogramma was gestart. In mei 2009 verklaarde een woordvoerder van de Amerikaanse marine dat zij nog geen gerenoveerde wapens hadden ontvangen. Het Energy Department stelde dat het huidige plan was om eind 2009 te beginnen met het verzenden van gerenoveerde wapens, twee jaar achter op schema.
Technische inzichten door reverse engineering
De ervaring met de reverse engineering van Fogbank leidde tot een beter begrip van het materiaal en het productieproces. Het nieuwe productieteam merkte productiefouten op die vergelijkbaar waren met die van de oorspronkelijke wetenschappers. Onderzoek wees uit dat het probleem werd veroorzaakt door een specifieke onzuiverheid die overbleef na het oorspronkelijke zuiveringsproces en die de structuur van het materiaal subtiel veranderde.
Een onderzoek naar de bronoorzaak bepaalde dat er in een later proces impliciet was vertrouwd op deze structurele verandering, hoewel dit nooit expliciet was gedocumenteerd, getest of gecontroleerd. De nieuwe zuiveringsmethoden verwijderden meer van de onzuiverheid, waardoor de kwaliteit van het eindproduct juist afnam. Zodra de rol van de onzuiverheid begrepen was, stelde het team de vereiste concentratie vast, voegde deze toe in een aparte productiestap en monitorde dit expliciet.
Het project voor levensverlenging van de W76 werd voltooid in december 2018, toen 800 W76's werden geüpgraded naar het W76-1 ontwerp. Het is onduidelijk of het nieuwe W76-2 ontwerp gebruikmaakt van Fogbank.
Bronverwijzingen
- Robert B Bonner; Stephan E Lott; Howard H Woo (januari 2001). Secondary Lifetime Assessment Study (PDF) (Rapport). Sandia National Labs. p. 52. SAND2001-0063.
- Last, Jonathan V. (18 mei 2009). "The Fog of War: Forgetting what we once knew". The Weekly Standard. Vol. 14, no. 33.
- Lewis, Jeffrey. "FOGBANK". Arms Control Wonk.
- IUPAC, Compendium of Chemical Terminology, 5th ed. (the "Gold Book") (2025). Online versie: (2006–) "Aerogel". doi:10.1351/goldbook.A00173.
- "Fogbank: Lost Knowledge Regained" (PDF). Nuclear Weapons Journal (2). Los Alamos: 20–21. 2009.
- Sample, Ian (6 maart 2008). "Technical hitch delays renewal of nuclear warheads for Trident". The Guardian.
- Edwards, Rob (12 maart 2008). "Trident missiles delayed by mystery ingredient". New Scientist. 197 (2646): 15. doi:10.1016/S0262-4079(08)60578-3.
- Vartabedian, Ralph (29 mei 2009). "Program to refurbish aging nuclear warheads faces setbacks". Los Angeles Times. ISSN 0458-3035.
- "Work completed on Navy's upgraded nuclear warhead". Defense News. 24 januari 2019.
- "Nuclear Posture Review 2018". https://media.defense.gov/2018/Feb/02/2001872886/-1/-1/1/2018-NUCLEAR-POSTURE-REVIEW-FINAL-REPORT.PDF
Fogbank
De exacte aard van Fogbank is geclassificeerd. In de woorden van voormalig algemeen manager van het Oak Ridge National Laboratory, Dennis Ruddy: "Het materiaal is geclassificeerd. De samenstelling is geclassificeerd. Het gebruik in het wapen is geclassificeerd, en het proces zelf is geclassificeerd." NNSA-administrateur Tom D'Agostino onthulde echter wel de rol van Fogbank in het wapen: "Er is nog een ander materiaal in — het wordt tussentrapmateriaal genoemd, ook bekend als Fogbank."
Documenten over nucleaire explosieve veiligheid van het Department of Energy beschrijven het simpelweg als een materiaal dat "wordt gebruikt in kernwapens en nucleaire explosieven", samen met lithiumhydride (LiH) en lithiumdeuteride (LiD), beryllium (Be), uraniumhydride (UH3) en plutoniumhydride. Wapenexperts vermoeden dat Fogbank een aerogel-materiaal is dat fungeert als tussentrapmateriaal in een kernkop; dit is een materiaal dat ontworpen is om na de detonatie van de splijtingsfase van het wapen te veranderen in een superverhit plasma, dat vervolgens de detonatie van de fusiefase triggert.
"Aerogel" verwijst naar een microporeuze vaste stof waarin de gedispergeerde fase een gas is; er zijn tientallen van dit soort materialen uitgevonden. Ze hebben een extreem lage dichtheid (typisch 3 tot 7 keer die van lucht) en een lage thermische geleidbaarheid.
Geschiedenis
Uit niet-geclassificeerde officiële bronnen is gebleken dat Fogbank oorspronkelijk werd gefabriceerd in Facility 9404-11 van het Y-12 National Security Complex in Oak Ridge, Tennessee. Dit gebeurde van 1975 tot 1989, toen de laatste batch W76-kernkoppen was voltooid. Daarna werd de faciliteit gedeactiveerd en tegen 1993 definitief gesloten. Er bleef slechts een kleine proefinstallatie over, die werd gebruikt om kleine hoeveelheden Fogbank voor testdoeleinden te produceren.
In 1996 besloot de Amerikaanse regering om grote aantallen kernwapens te vervangen, te renoveren of buiten gebruik te stellen. Naar aanleiding hiervan stelde het Department of Energy een renovatieprogramma op om de levensduur van oudere kernwapens te verlengen. In 2000 specificeerde de NNSA een programma voor levensverlenging van W76-kernkoppen, zodat deze tot ten minste 2040 in gebruik konden blijven.
Kort daarna bleek dat het Fogbank-materiaal een potentiële bron van problemen vormde voor het programma. Er waren namelijk weinig verslagen bewaard gebleven over het productieproces toen het materiaal in de jaren 80 werd gefabriceerd, en bijna alle medewerkers met expertise in de productie waren gepensioneerd of uit dienst getreden. De NNSA onderzocht kortstondig de mogelijkheid om een alternatief voor Fogbank te vinden, maar besloot uiteindelijk dat ze het proces konden herhalen omdat Fogbank immers al eerder succesvol was geproduceerd. Daarnaast waren de computersimulaties van Los Alamos op dat moment niet geavanceerd genoeg om definitief vast te stellen of een alternatief materiaal net zo effectief zou functioneren als Fogbank.
Omdat Facility 9404-11 al lang buiten gebruik was, was er een nieuwe productiefaciliteit nodig. Tijdens de bouw hiervan ontstonden vertragingen. Ingenieurs stuitten herhaaldelijk op mislukkingen bij hun pogingen om Fogbank te produceren. Het productieproces maakt gebruik van acetonitril, een matig giftig en zeer vluchtig oplosmiddel dat een gevaar vormt voor werknemers (wat in maart 2006 alleen al tot drie evacuaties leidde). Doordat meerdere deadlines verstreken en de planning herhaaldelijk werd verschoven, investeerde de NNSA uiteindelijk 23 miljoen dollar om een alternatief voor Fogbank te vinden.
In maart 2007 bedachten ingenieurs een productieproces voor Fogbank. Bij tests bleek het materiaal echter problemen te vertonen, waarna het project in september 2007 door de NNSA werd opgewaardeerd naar "Code Blue"-status, wat betekende dat het een prioriteit van hoogste niveau werd. In 2008, na een verdere uitgave van 69 miljoen dollar, slaagde de NNSA erin om Fogbank te produceren. Zeven maanden later werd de eerste gerenoveerde kernkop geleverd aan de Amerikaanse marine, bijna tien jaar nadat het renovatieprogramma was gestart. In mei 2009 verklaarde een woordvoerder van de Amerikaanse marine dat zij nog geen gerenoveerde wapens hadden ontvangen. Het Energy Department stelde dat het huidige plan was om eind 2009 te beginnen met het verzenden van gerenoveerde wapens, twee jaar achter op schema.
Technische inzichten door reverse engineering
De ervaring met de reverse engineering van Fogbank leidde tot een beter begrip van het materiaal en het productieproces. Het nieuwe productieteam merkte productiefouten op die vergelijkbaar waren met die van de oorspronkelijke wetenschappers. Onderzoek wees uit dat het probleem werd veroorzaakt door een specifieke onzuiverheid die overbleef na het oorspronkelijke zuiveringsproces en die de structuur van het materiaal subtiel veranderde.
Een onderzoek naar de bronoorzaak bepaalde dat er in een later proces impliciet was vertrouwd op deze structurele verandering, hoewel dit nooit expliciet was gedocumenteerd, getest of gecontroleerd. De nieuwe zuiveringsmethoden verwijderden meer van de onzuiverheid, waardoor de kwaliteit van het eindproduct juist afnam. Zodra de rol van de onzuiverheid begrepen was, stelde het team de vereiste concentratie vast, voegde deze toe in een aparte productiestap en monitorde dit expliciet.
Het project voor levensverlenging van de W76 werd voltooid in december 2018, toen 800 W76's werden geüpgraded naar het W76-1 ontwerp. Het is onduidelijk of het nieuwe W76-2 ontwerp gebruikmaakt van Fogbank.
Bronverwijzingen
- Robert B Bonner; Stephan E Lott; Howard H Woo (januari 2001). Secondary Lifetime Assessment Study (PDF) (Rapport). Sandia National Labs. p. 52. SAND2001-0063.
- Last, Jonathan V. (18 mei 2009). "The Fog of War: Forgetting what we once knew". The Weekly Standard. Vol. 14, no. 33.
- Lewis, Jeffrey. "FOGBANK". Arms Control Wonk.
- IUPAC, Compendium of Chemical Terminology, 5th ed. (the "Gold Book") (2025). Online versie: (2006–) "Aerogel". doi:10.1351/goldbook.A00173.
- "Fogbank: Lost Knowledge Regained" (PDF). Nuclear Weapons Journal (2). Los Alamos: 20–21. 2009.
- Sample, Ian (6 maart 2008). "Technical hitch delays renewal of nuclear warheads for Trident". The Guardian.
- Edwards, Rob (12 maart 2008). "Trident missiles delayed by mystery ingredient". New Scientist. 197 (2646): 15. doi:10.1016/S0262-4079(08)60578-3.
- Vartabedian, Ralph (29 mei 2009). "Program to refurbish aging nuclear warheads faces setbacks". Los Angeles Times. ISSN 0458-3035.
- "Work completed on Navy's upgraded nuclear warhead". Defense News. 24 januari 2019.
- "Nuclear Posture Review 2018". https://media.defense.gov/2018/Feb/02/2001872886/-1/-1/1/2018-NUCLEAR-POSTURE-REVIEW-FINAL-REPORT.PDF
Groetjes,