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 Kettenreaktionen

• 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

Der erste Atomkern wird gespalten. Es werden drein neue Neutronen und Energie freigesetzt.

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.

Kontrollierte Kettenreaktion

Spaltvorgang 1

Der erste Atomkern wird gespalten. Es werden drein neue Neutronen und Energie freigesetzt.

Spaltvorgang 2

Zwei der drei Neutronen welche beim ersten Spaltvorgang entstanden sind, werden eingefangen. Damit kann nur ein Neutron einen anderen Atomkern spalten.Beim Spalten selbst werden wieder zwei bis drei neue Neutronen und Energie freigesetzt.

Spaltvorgang 3

Erneut werden zwei der drei beim vorherigen Spaltvorgang freigewordenen Neutronen eingefangen. Nur ein einziges Neutron kann erneut eine Kernspaltung einleiten.Bei der neuerlichen Kernspaltung werden wieder zwei bis drei Neutronen und Energie frei gesetzt.

Gesamt

Durch das ständige einfangen von Neutronen wird die Anzahl der freien Neutronen gering gehalten. Dadurch finden wesentlich weniger Kernspaltung als bei der unkontrollierten Kettenreaktion statt. Folglich wird weniger Energie erzeugt. Diese Art der Kettenreaktion findet in Atomkraftwerken statt.

Auswirkungen der Atombombe

Unterteilung der freigesetzten Energie

• 35% der Energie werden als Hitzewelle abgestrahlt. Die erste Wirkung ist ein intensiver Lichtblitz und unermessliche Temperaturen, die alles verbrennen
• 50% der Energie werden als Druckwelle freigesetzt. Dabei entstehen gewaltige Explosionskräfte, diese verursachen Schäden durch Luftüberdruck und bildet extrem starke Stürme, die Brände im Umkreis von 10-20 km begünstigen. Es kommt sogar zur Bildung von Feuerstürmen, welche der Luft Sauerstoff entziehen und diese auch mit Rauch, Asche und verbrennungsgasen verseuchen.
• 15% der restlichen Energie wird als Strahlung freigesetzt. Die radioaktive Strahlung verursacht Verletzungen im organischen Gewebe und schädigt die DNA. Dabei werden 5%als Sofortstrahlung freigesetzt, die ca. 1min nach der Detonation wirksam ist. Die restlichen 10% werden als radioaktiver Niederschlag, so genannter Fallout an die Umwelt abgegeben und kann dort Monate lang verbleiben.

Wirkungsgrad

1. Verdampfungspunkt

Alles wird durch die Detonation verdampft. Todesfälle: 98%, Überdruck: 1,7 bar, Windgeschwindigkeit: 515 km/h

1. Vollständige Zerstörung

Alle oberirdischen Strukturen werden zerstört. Todesfälle: 90%, Überdruck=1,1 bar, Windgeschwindigkeit: 465 km/h

1. Schwere Beschädigungen durch die Druckwelle

Fabriken und andere große Gebäude stürzen ein, Autobahnbrücken werden stark beschädigt, Flüsse fließen manchmal rückwärts. Todesfälle: 65%, Verletzungsfälle: 30%, Überdruck: 0,6 bar, Windgeschwindigkeit: 420 km/h

1. Schwere Beschädigungen durch die Hitzewelle.

Alles Brennbare wird entflammt, Menschen im Einzugsbereich der Hitzewelle leiden wegen der großräumigen Brände an Sauerstoffmangel. Todesfälle: 50%, Verletzungsfälle: 45%, Überdruck=0,4 bar, Windgeschwindigkeit: 225 km/h

1. Schwere Beschädigungen durch Feuer und Wind (4)

Ortsfeste Strukturen werden schwer beschädigt, Menschen werden durch die Luft gewirbelt, die meisten Überlebenden erleiden Verbrennungen 2. und 3. Grades. Todesfälle: 15%, Verletzungsfälle: 50%, Überdruck=0,2 bar, Windgeschwindigkeit: 160 km/h

Wirkungsgrad