Kernwaffen

Kernwaffen

{Hinweise: Zu dem Vortrag gehören außerdem noch 3 Folien und 2 Seiten Bilder die ich am Polylux gezeigt bzw. rumgegeben habe, diese 6 Seiten habe ich einfach an den eigentlichen Vortrag angehängt. Außerdem ist ganz am Ende noch die 2seitige Zusammenfassung welche ich den Schülern gab angehängt. Ich habe für den Vortrag relativ exakt 45 Minuten gebrauch wobei ich aber relativ schnell spreche.}

Gliederung:

- Bomben
- Detonationen

Bomben

Atombombe:

Aufbau und Funktion:

- 2 oder mehr unterkritische Mengen an Uran-235 oder Plutonium-239
- um das Uran-235 herzustellen braucht man großen Kernreaktor
- kritische Masse ist die bei der die ungeregelte Kettenreaktion bei hohem Reinheitsgrad von selbst einsetzt, zwischen 8kg und 20kg
- jede einzelne Menge ist unterkritisch
- Zusammenschuss der Mengen zu einer überkritischen Masse
- in der selben Sekunde explodiert die Bombe
- so einfach ist es theoretisch
- aber um es zu realisieren muss man einiges mehr machen
- Variante in kürzester Zeit überkritische Masse zu erzeugen wurde auf vielen Wegen gelöst
- ich erkläre den einfachsten:

o ein Hohlkörper in unterkritischer Gestalt des Bombenstoffes sind sie getrennt untergebracht
o Innere mit besonders dickem Metallmantel umgeben
o soll austreten von Neutronen verhindern
o von normalem Sprengstoff umgeben
o wenn Sprengstoff gezündet wird
o wird der Hohlkörper zu einem Klumpen überkritischen Bombenstoffs zusammengepresst
o da unterkritische Massen nicht beliebig vermehrt werden können hat die Bombe eine maximale Größe
o Temperatur in der Bombe erreicht mehrere Millionen °C
o sie reicht aus um eine Wasserstoffbombe zu zünden die eine
25000-fache Zerstörungsenergie entwickelt

- neu entstanden Neutronen sind sogenannte ,,schnelle" Neutronen (v ~ 10000km/s)
- können nicht sofort wieder spalten
- müssen sich erst durch Stöße aneinander abbremsen
- die Energie entsteht dadurch das sie sich extrem voneinander abstoßen da die neuen Atome positiv geladen sind

Auswirkungen der Atombombe:

- 83 % der Energie als kinetische Energie (Druckwelle, die im Umkreis von 4 km starke Gebäudeschäden anrichtet)
- 3 % der Energie als Gammastrahlung (die sich mit Lichtgeschwindigkeit ausbreitet und im Umkreis von 1 km sofort tödlich ist.)
- Zusätzlich Wärmestrahlung, UV-Strahlung und Neutronenstrahlung (schwere Verbrennungen im Umkreis von 3 km)
- Die Atombombe über Hiroshima hatte die Sprengkraft von rund 20′000 t TNT!

Wasserstoffbombe:

- wollte noch größere Sprengkraft
- war mit der Atombombe jedoch nicht mehr möglich
- Lösung ist Wasserstoffbombe (Fusionsbombe)
- ab Temperaturen von einigen Millionen °C verlieren Wasserstoffatome ihre Elektronen
- dieser Materiezustand heißt Plasma
- Kerne kommen sich dann so nahe das sie zu Helium verschmelzen
- dabei wird Energie frei
- pro kg Helium soviel wie 20 Mio. Tonnen Kohle
- die benötigten Temperaturen können nicht lange bereitgestellt werden
- deswegen nimmt man Deuterium u. Tritium
- brauchen nur für Sekundenbruchteile diese Energie
- Problem ist man braucht flüssigen Wasserstoff (-240°C)
- riesige Kühlanlagen würden Waffe nicht transportfähig machen
- Lösung: Deuterium + Lithium -> Lithiumdeuterid (kristallines Pulver)
- Lithiumdeuteridatome werden von Neutronen in Deuteriumatomkerne und Tritiumatomkerne aufgespalten
- Tritium und Deuterium verschmelzen sofort wieder zu einem Heliumisotop wobei ein Neutron frei wird
- um die Startenergie bereitzustellen wird Wasserstoffbombe durch Atombombe gezündet
- freiwerdende Energie pro Verschmelzung ist zehnmal geringer als bei einer Spaltung eines Urankerns
- aber Urankern ist 100 mal größer
- ergo 1Kg Wasserstoff liefert dieselbe Energie wie 10Kg Uran
- größte Wasserstoffbombe: Anfang 60er Jahre in der UDSSR
- Sprengkraft von 60 000 000 t TNT (60Mio t Trionitrotoluol)
- Hiroshimabombe - Sprengkraft: 13 000t TNT

- Plutoniumbombe über den Lithiumderteridstäben welche mit Spezialbeschichtung umgeben sind
- im Lithiumdeuterid ist ein Plutoniumrohr
- um die Bombe ist eine besonders starke Metallummantelung
- wir die Bombe gezündet
- eilt nach Sekundenbruchteilen der Explosion eine Strahlung aus dem Plutoniumsprengsatz voraus
- trifft auf Bombengehäuse -> wirkt wie Hohlspiegel
- Strahlung trifft Spezialbeschichtung
- wird in plasmatischen Zustand gesetzt
- dadurch wirkt ein hoher Druck auf das Lithiumdeuterid -> wird verdichtet
- nach geringer Zeitverzögerung werden Neutronen von der Plutoniumbombe freigesetzt
- rasen ins Plutoniumrohr und bedingen Kernspaltungen
- durch Druck des Plasmas und Hitze der Spaltungen kommt es zur Kernfusion
- der Vorgang findet in Bruchteilen von Sekunden statt
- schließlich wird die gesamte Energie aus Kernspaltung und vor allem Kernfusion freigesetzt

Neutronenbombe:

- in den 70er Jahren entwickelt
- richtet nur geringe Schäden an Gebäuden an
- vernichtet jedoch alles Leben im großen Umkreis durch intensive Strahlung
- wenn z.b..

o Neutronen in den Körper eindringen
o werden Atomkerne von Wasserstoffatomen herausgerammt
o da der Mensch größtenteils aus Wasser besteht ist es besonders schlimm
o dadurch entstehen neue chemische Reaktionen die ab einer bestimmten Intensität den Organismus töten

- mit der Bombe wollte man eine kleine, dosierte Atomwaffe schaffen
- Problem war das für explosive Kettenreaktion eine kritische Masse da sein muss
- was eine den Militärs zu große Explosionskraft bedingt
- Problem wurde gelöst indem Dichte des Spaltstoffes extrem erhöht wird
- dadurch wurde die kritische Masse herabgesetzt
- man erreicht es indem man keilförmige Sprengsätze (TNT) in eine Kugel des Spaltstoffes setzt
- lässt die Sprengsätze absolut simultan zünden
- absolut simultan heißt innerhalb einer millionstel Sekunde
- technisch äußerst aufwendig
- dadurch brauch man nur noch wenige hundert Gramm des Spaltstoffes
- da man eine Neutronenstrahlung haben will wird der Kern mit Lithiumdeuterid umhüllt
- wodurch man eine Fusionsbombe erhält bei der die Neutronenstrahlung höher als bei einer reinen Spaltwaffe ist
- Reine Fusionsbombe wäre ideal da radioaktive Verseuchung des Einsatzortes vermieden werden würde
- konnte jedoch noch nicht entwickelt werden

- wird die Bombe gezündet verdichtet sich die Spaltstoffkugel
- meist Plutonium da geringe kritische Masse
- Verdichtung ist so stark das es eine kritische Masse wird
- Kettenreaktion sorgt für die Temperatur wodurch die Kernfusion einsetzt
- werden viele Neutronen freigesetzt
- geringe kinetische Zerstörung da geringer Explosionsdruck

Äußeres Bild von Detonationen:

Höhendetonation:

- Höhe zwischen 10km und 150km
- lediglich ein Lichtblitz sichtbar
- verwandelt sich in leuchtendes Gebiet
- Gelände wird nicht durch radioaktive Stoffe aktiviert
- Druckwelle, Lichtstrahlung und Sofortkernstrahlung wirken bei Unterschreiten der Sicherheitshöhe
- Gebiet in dem der EMP (Elektromagnetischenpuls) wirkt wesentlich höher als bei Niedrigen Detonationen
- EMP bis in einige tausend Kilometer schädlich wirksam
- Transistoren und Halbleiter sehr anfällig - Röhren nicht
- Vernichtung von Luftzielen (Flugzeuge, Raketen)

Luftdetonationen:

- im Moment der Detonation ist ein greller Lichtblitz sichtbar
- verwandelt sich in Feuerball
- kugelförmiger Feuerball berührt den Boden nicht
- bei hoher Luftfeuchtigkeit bildet sich schnell ausbreitende ringförmige Kondensationswolke
- nach verlöschen des Feuerballs tritt an die Stelle Detonationswolke
- Gestalt eines wirbelförmigen Kreisringes
- gewinnt schnell an Höhe und Umfang
- Färbung wesentlich heller als bei Erddetonationen
- infolge der Sogwirkung kommt es zu einer aufsteigenden Staubsäule
- nur in geringen Höhen vereinigt sie sich zur Pilzform
- entscheidenden Vernichtungsfaktoren sind Druckwelle und Lichtstrahlung

Erddetonation:

- Detonation auf oder in geringer Höhe über der Erdoberfläche ausgelöst
- auf der Erdoberfläche - Kontaktdetonation
- im Moment der Detonation erscheint ein greller Lichtblitz danach der Feuerball
- berührt die Erdoberfläche
- halbkugelförmig
- nach Reflektion der Druckwelle an der Erdoberfläche entsteht unterhalb des Feuerballs ein Sog
- lässt Stabsäule aufsteigen
- nach der Leuchtzeit wird Feuerball durch Detonationswolke ersetzt
- enthält große Mengen Erdreich
- da sie von Anfang an mit der Staubsäule zur Pilzform verbunden ist
- Staubsäule und Detonationswolke haben dunkle Färbung
- gewinnen schnell an Höhe und Umfang
- stärkster Vernichtungsfaktor: Restkernstrahlung

Unterirdische Detonationen:

- Feuerball nicht sichtbar
- nach Detonation erfolgt durch Auswurf von Erdreich und Gestein die Ausbildung einer mächtigen Erdwolke und eines Trichters
- durch zusammenfallen der Erdwolke bildet sich am Fuß eine ringförmige Staubwolke (Basiswolke)
- grossteil des Erdreichs fällt in den Detonationsreich
- der Rest wird vom Wind abgetrieben und bildet eine radioaktive Spur
- Hauptwirkung ist die Restkernstrahlung
- Gebäude werden durch Erddruckwelle (seismische Welle) zerstört
- macht das Gelände unpassierbar

Wasserdetonation:

- Detonationen auf oder kurz über der Wasseroberfläche
- im Moment der Detonation erscheint greller Lichtblitz
- geht in Feuerball über
- durch Druckwirkung bildet sich über der Wasseroberfläche konzentrische Welle
- im Nullpunkt erhebt sich eine aufsteigende Wassersäule
- Hauptsächliche Vernichtungsfaktoren sind: Druckwelle in der Luft und an der Wasseroberfläche entstehende Wellen
- führen zur Zerstörung von Schiffen und Hafenanlagen

Unterwasserdetonationen:

- Aufblitzen und Feuerball nicht sichtbar
- wenn Druckwelle an der Wasseroberfläche kommt es zu Wasserkuppel
- geht in hohe Wassersäule über
- im Innern enthaltener Wasserdampf mit Detonationsprodukten durchbricht oberen Teil der Säule
- bildet Detonationswolke in Form eines Federbusches
- Wassersäule fällt zusammen
- dadurch bildet sich eine Basiswelle
- Vernichtungsfaktoren: Unterwasserdruckwelle und Aktivierung des Wassers im Detonationsraum und in Abzugsrichtung der Detonationswolke

Atombombe(Uranbombe)

Wasserstoffbombe (Fusionsbombe)

Neutronenbombe

Vergleich zwischen ,,Little Boy" (links) und ,,Fat Man":

Luftdetonation: Erddetonation:

Unterirdische Detonation: Wasserdetonation:

Unterwasserdetonation:

Feuerball einer Luftdetonation:

Die Druckwelle:

Der Atompilz:

Kernwaffen

Atombombe:

- 2 oder mehr unterkritische Mengen an Uran-235 oder Plutonium-239
- Zusammenschuss der Mengen zu einer überkritischen Masse
- in der selben Sekunde explodiert die Bombe
- Variante in kürzester Zeit überkritische Masse zu erzeugen wurde auf vielen Wegen gelöst
- ich erkläre den einfachsten:

o ein Hohlkörper in unterkritischer Gestalt des Bombenstoffes sind sie getrennt untergebracht
o Innere mit besonders dickem Metallmantel umgeben
o soll austreten von Neutronen verhindern
o von normalem Sprengstoff umgeben
o wenn Sprengstoff gezündet wird
o wird der Hohlkörper zu einem Klumpen überkritischen Bombenstoffs zusammengepresst
o da unterkritische Massen nicht beliebig vermehrt werden können hat die Bombe eine maximale Größe

- neu entstanden Neutronen sind sogenannte ,,schnelle" Neutronen (v ~ 10000km/s)
- können nicht sofort wieder spalten
- müssen sich erst durch Stöße aneinander abbremsen
- die Energie entsteht dadurch das sie sich extrem voneinander abstoßen da die neuen Atome positiv geladen sind

Wasserstoffbombe:

- ab Temperaturen von einigen Millionen °C verlieren Wasserstoffatome ihre Elektronen
- dieser Materiezustand heißt Plasma
- Kerne kommen sich dann so nahe das sie zu Helium verschmelzen
- dabei wird Energie frei
- die benötigten Temperaturen können nicht lange bereitgestellt werden
- deswegen nimmt man Deuterium u. Tritium
- Problem ist man braucht flüssigen Wasserstoff (-240°C)
- Lösung: Deuterium + Lithium -> Lithiumdeuterid (kristallines Pulver)
- Lithiumdeuteridatome werden von Neutronen in Deuteriumatomkerne und Tritiumatomkerne aufgespalten
- Tritium und Deuterium verschmelzen sofort wieder zu einem Heliumisotop wobei ein Neutron frei wird
- um die Startenergie bereitzustellen wird Wasserstoffbombe durch Atombombe gezündet
- Sprengkraft von 60 000 000 t TNT (60Mio t Trionitrotoluol)

Neutronenbombe:

- vernichtet jedoch alles Leben im großen Umkreis durch intensive Strahlung
- mit der Bombe wollte man eine kleine, dosierte Atomwaffe schaffen
- Problem war das für explosive Kettenreaktion eine kritische Masse da sein muss
- was eine den Militärs zu große Explosionskraft bedingt
- Problem wurde gelöst indem Dichte des Spaltstoffes extrem erhöht wird
- dadurch wurde die kritische Masse herabgesetzt
- man erreicht es indem man keilförmige Sprengsätze (TNT) in eine Kugel des Spaltstoffes setzt
- lässt die Sprengsätze absolut simultan zünden
- absolut simultan heißt innerhalb einer millionstel Sekunde
- technisch äußerst aufwendig
- dadurch brauch man nur noch wenige hundert Gramm des Spaltstoffes
- da man eine Neutronenstrahlung haben will wird der Kern mit Lithiumdeuterid umhüllt
- wodurch man eine Fusionsbombe erhält bei der die Neutronenstrahlung höher als bei einer reinen Spaltwaffe ist