Die Atombombe

Hinweis von Frau Wilkening (darf dann gelöscht werden): Die Atombomben wurden unter anderem unter dem Namen Manhattan-Projekt entwickelt. Dazu gibt es hier schon eine Seite, die man verlinken kann.

Die Atombombe ist die stärkste und gefährlichste Waffe, die jemals erfunden wurde. Bei anderen Bomben wird die Energie zur Zerstörung durch Verbrennung erzeugt. Dabei entstehen heiße Gase, die sich ausdehnen. Es kommt so zu einer Explosion. Atombomben beruhen dagegen auf dem Prinzip der Kernspaltung oder Kernverschmelzungen von radioaktiven Materialien. Dabei werden Kräfte in Form von Hitze, Druck und Strahlung freigesetzt.

M1 Eine Atombombe explodiert

Wie funktioniert eine Atombombe?

Informationen zur Kettenreaktion

• Bei der Spaltung von Uran-235 durch Neutronenbeschuss entstehen mehrere Neutronen → Kettenreaktion möglich
• Bei einer Kernspaltung entstehenden schnellen Neutronen müssen jedoch durch einen Moderator (z.B. Wasser) zu thermischen Neutronen abgebremst werden → damit sie wahrscheinlich genug Urankerne spalten
• Um eine Kettenreaktion aufrecht erhalten zu können → eine kritische Masse an Spaltmaterial nötig
• Kettenreaktion wird z.B mit Steuerstäben reguliert, die die Zahl der freien Neutronen reduziert

Technisch unterscheidet man zwischen zwei Formen. Bei der „unkontrollierten Kettenreaktion“ greift man nicht in diesen Ablauf ein. Die freiwerdende Energiemenge ist so groß, dass sie sich explosiv ausbreitet. Diese Form der Kettenreaktion wird in Atombomben eingesetzt. Die explosive Energiefreisetzung zerstört und tötet in einem mehrere kilometerweiten Umkreis alles und jeden. Die zweite Form ist die sogenannte „kontrollierte Kettenreaktion“. Durch spezielle Vorrichtungen wird ein Großteil der freigesetzten Neutronen eingefangen. So gelingt es die freiwerdende Energiemenge gering und kontrollierbar zu halten. Es kommt zu keiner Explosion. Die „kontrollierte Kettenreaktion“ wird in Atomkraftwerkeneingestzt.

Unkontrollierte Kettenreaktion

Spaltvorgang 1:

Damit es zu einer Kernspaltung kommen kann, muss ein Neutron mit der richtigen Geschwindigkeit auf einen Atomkern treffen. Verglichen mit der gesamten Atomgröße ist der Atomkern jedoch wesentlich kleiner. Betrachtet man ein Uranatom, so beträgt der Durchmesser des Atomkerns nur ungefähr ein Zwanzigtausendstel des Durchmessers des gesamten Atoms. Das bedeutet: Hätte der Atomkern einen Durchmesser von 1 m, so wäre der Durchmesser des gesamten Atoms 20 Kilometer. Die Chance für ein Neutron einen Atomkern zu treffen ist folglich sehr gering. Die Wahrscheinlichkeit für einen Treffer eines Neutrons steigt jedoch mit der Anzahl an Atomen und damit an Atomkernen. Damit aber eine Kettenreaktion ausgelöst wird, müssen die freigesetzten Neutronen auch wiederum auf ein Atomkern treffen. Erst bei ungefähr 120 Quadrillionen Uranatomkernen ist die Wahrscheinlichkeit dafür groß genug. Da die Anzahl an Atomen so unvorstellbar groß ist, ist sie nicht „alltagstauglich“. Deswegen hat man die Anzahl an benötigten Uran-Atomkernen auf die Masse umgerechnet. Man bezeichnet sie als die kritische Masse. Diese „kritische Masse“ ist erforderlich, damit es zu einer Kettenreaktion kommen kann.

Spaltvorgang 2

Jedes der drei Neutronen trifft auf einen weiteren Atomkern und spaltet diesen.Bei jeder Spaltung wird Energie und drei neue Neutronen frei gesetzt. Insgesamt sind bereits neun freie Neutronen vorhanden und die Energiemange hat sich vervierfacht.

Spaltvorgang 3

Jedes der neun freien Neutronen spaltet erneut einen Atomkern und setzt dabei Energie sowie drein neue Neutronen frei. Insgesamt sind nun 27 Neutronen frei und die Energiemenge ist im Vergleich zum Anfang 13x fach so groß.

Gesamt

Bei der unkontrollierten Kettenreaktion nimmt die Anzahl der Neutronen und die Energiemenge exponential zu.