Die Atombombe

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.

Allgemeines über die Atombombe

Eine Atombombe (Nuklearwaffe) ist eine Waffe, deren Wirkung auf kernphysikalischen Reaktionen (Kernspaltung und/oder Kernfusion) beruht. Zusammen mit biologischen und chemischen Waffen gehören Atombomben zu den Massenvernichtungswaffen.Bei der Explosion einer Atombombe wird sehr viel Energie in Form von Hitze, Druckwelle und ionisierender Strahlung freigesetzt.Dadurch kann eine Atombombe innerhalb kürzester Zeit eine ganze Stadt zerstören und hunderttausende Menschen töten.Die Atombombe wurde zuerst von den USA im Manhattan-Projektentwickelt.

M1 Eine Atombombe explodiert

Arten von Atombomben

Es gibt zwei Arten von Atombomben. Einmal die Atombombe (A-Bombe),die auf Kernspaltung (Fission) Beruht oder die Wasserstoffbombe (H-Bombe). Außerdem gibt es noch Spezialentwicklungen wie die Kobaltbombe und die Neutronenbombe.

Entwicklung der Atombombe

Die Atombombe wurde zunächst in der USA vom Manhattan-Projekt entwickelt. Ein Wettlauf mit der Zeit, denn Die USA befürchteten, dass Deutschland ebenfalls kurz vor der Fertigstellung deer Atombombe steht. Jedoch fand man heraus das die deutschen Wissenschaftler noch längst nicht so weit waren wie die USA. Am 16. Juli 1945 wird "Trinity" in der Wüste New Mexicos gezündet welche dann als die erste Atombombe galt. Seine Sprengkraft betagte 21.000 Tonnen. Zum Vergleich: Die damals stärkste konventionelle Bombe der US-Armee hatte eine Sprengkraft von nur 11 Tonnen. Am 6. und 9. August 1945 folgten die Atombombenabwürfe auf Hiroshima und Nagasaki, die hunderttausende Opfer forderten. Seitdem wurde die Atombombe nicht mehr als Waffe benutzt. Fast 2.100 Atomwaffentests wurden durchgeführt. Am 30.Juli 1946 warf ein Flugzeug der US Air Force eine Atombombe auf das Bikini-Atoll im Pazifischen Ozean.

Geschichte der Atombombe

Erfinder der Atombombe

Julius Robert Oppenheimer war der Erfinder der Atombombe. Er wurde am 22.April 1904 in New York City geboren und starb am 18.Februar 1963 in Princeton, New Jersey. Oppenheimer war ein amerikanischer theoretischer Physiker deutsch-jüdischer Abstammung. Julius Robert Oppenheimer gilt als " Vater der Atombombe". Sein Vater Julius S. Oppenheimer wanderte im Jahr 1888 als Textilimporteur in die USA ein. Seine Mutter Ella Friedman, war Kunsterzieherin. Sie hatte eine Malerei-Ausbildung in Paris absolviert und besaß ein Atelier in New York. Außerdem hatte Oppenheimer einen Bruder, Frank Oppenheimer (1912–1985). Er war ebenfalls Physiker.

Als Leiter des Manhattan Projekts in Los Alamos überwachte er die Entwicklung jener Bomben, die im Jahr des Kriegsendes 1945 auf Hiroshima und Nagasaki abgeworfen wurden und verheerende Verwüstungen anrichteten. Robert Oppenheimer zeigte sich später derart schockiert von den Folgen seiner wissenschaftlichen Arbeit, dass er sich den Rest seines Lebens gegen weitere Bombenentwicklungen aussprach und sich als einer der schärfsten Kritiker der Rüstungspolitik zum Feind der US-Regierung machte.

Jugend und Studium

Robert Oppenheimer ging auf die Schule " New York Society for Ethical Culture" in New York City. ab dem dritten Schuljahr fing er an Privatunterricht mit einem Chemielehrer zu nehmen. Im Jahr 1921 ging der Physiker mit den 10 Bestnoten von der Schule. Später sagte Robert Oppenheimer über seine Kindheit: „Meine Kindheit hatte mich in keiner Weise darauf vorbereitet, dass es grausame, bittere Dinge auf dieser Welt gibt“. Zudem gab ihm sein Familienleben nie die Möglichkeit ein " frecher kleiner Bursche" zu sein.

Im Jahr 1922 begann Oppenheimers Studium an der Harvard-Universität. Im Jahr 1925 schloss er es mit " summa cum laude" ab. Er belegte Fächer wie Griechisch, Architektur Kunst und Literatur. Sein Hauptfach war jedoch Chemie. Sein Professor Percy Bridgeman begeisterte ihn erst im dritten Studienjahr für die Physik. Anschließend fuhr Oppenheimer für weitere Studien an die Cambridge University unter Leitung von Ernest Rutherford. Dort fing er an sich der theoretischen Physik zu zuwenden. dort bewies er außerordentliches Talent.

Aufbau der Atombombe

Innerer Aufbau

Bei einer Atombombe gibt es im inneren eine Kugel, die aus Plutonium-239 und Uran-235 besteht. In dieser Kugel befindet sich eine Neutronenquelle, die aber erst dann wirkungsvoll wird, wenn das Kugel umgebende TNT explodiert. Es werden entweder zwei Halbkugeln aus spaltbarem Material mit zwei Sprengstoffkapseln aufeinander geschossen oder ein zylinderförmiger Körper aus spaltbarem Material wird auf eine Kugel mit einem entsprechenden Loch geschossen. Ein solcher Aufbau einer Atombombe wird Gun-Design genannt. Durch den Druck der Explosion und das zusammendrücken der radioaktiven Stoffe wird die kritische Masse entzündet.Außerdem besitzt die Atombombe noch einen Zünder,der das Plutonium oder Uran entzündet.

Äußerer Aufbau

Die Atombombe Besitz außen einen Bleimantel, der die Bombe ein wenig schützt. Außerdem besitzt sie noch Heckflossen, die ihr in der Luft ein Stabilität giben. Die Atombombe ist ein Zylinderförmiger Körper mit einer Halb kugelförmigen Spitze. Dazu hat sie meistens eine graue oder schwarze Farbe.

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.

Explosion

Die Atomexplosionen sind die mächtigsten bis heute von Menschen verursachten Explosionen. Sie werden ausgelöst, wenn man Kernwaffen zündet. Bei einer Luftexplosion entsteht nicht nur eine Explosionswolke sondern noch ein Feuerball, eine Druckwelle und radioaktive Rückstände in der Atmosphäre. Am 16. Juli 1945 fand die erste Menschen herbeigeführte Atomexplosion statt. Diese fand auf einem „White Sands Missile Range“ benannten Gelände in der Wüste von New Mexico statt. Im Jahr 1963 führte es zu Vertrag über das Verbot von Kernwaffenversuchen in der Atmosphäre, im Weltraum und unter Wasser. Der Grund dafür war, dass durch die Kernwaffenexplosionen bei Kernwaffentests es zu einer Zunahme der Radioaktivität in der Erdatmosphäre kam. Seitdem finden Testexplosionen der Vertragsparteien immer unterirdisch statt.

Arten der Explosion

Untergrundexplosionen

Eine Art der Explosion ist die Untergrundexplosion. Dieser Typ der Explosionen ist besonders dafür geeignet unterirdische Befehlszentralen und Bunkerkomplexe zu zerstören. Die Schwierigkeit liegt jedoch dabei die Bombe unversehrt tief genug in den Untergrund zu bringen. Im Gegensatz zu Atomtests würde hier der Sprengkopf nicht tief genug in den Boden eindringen, um radioaktiven Fallout zu vermeiden. Bei der unterirdischen Explosion müssen 2 Fälle unterschieden werden: -Explosionen in geringer Tiefe mit massiver Kraterbildung und extrem starkem Fallout -Explosionen in großer Tiefe ohne Freisetzung von Fallout

Unterwasserexplosionen

Meist werden Unterwasserexplosionen durch Kernwaffen verwendet, um U-Boote oder Flottenverbänden zu bekämpfen. Im Wasser breiten sich Druckwellen mehr als viermal so schnell als in der Luft. Durch die hohe Dichte des Wassers und seine geringe Kompressibilität wird die Energie besonders effektiv und über größere Entfernungen als in Luft auf Ziele übertragen. Bis zu dreimal pulsiert die Gasblase nach der Explosion. Dabei dehnt sie sich aus und zieht sich zusammen (mit abnehmender Frequenz und Intensität). Wenn die Gase die Wasseroberfläche erreichen, erzeugen sie und mitgerissenes Wasser eine beträchtliche Wasser- und Dampfsäule. Die Dauer der ersten Druckwelle beträgt unter Wasser nur etwa zwei bis drei Hundertstel Sekunden gegenüber etwa einer Sekunde in Luft.

Bodenexplosion

Radioaktive Verseuchung großer Landstriche durch Fallout und eine lokal erheblich stärkere Druckwelle sind die Hauptmerkmale einer Bodenexplosion. Insbesondere aufgeschüttete Staudämme erfordern die Kraterbildung der Bodenexplosion.

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

Wirkungsgrad

1. Verdampfungspunkt: Alles wird durch die Detonation verdampft.

• Todesfälle: 98%
• Überdruck: 1,7 bar,
• Windgeschwindigkeit: 515 km/h

2. Vollständige Zerstörung: Alle oberirdischen Strukturen werden zerstört.

• Todesfälle: 90%
• Überdruck=1,1 bar
• Windgeschwindigkeit: 465 km/h

3. 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

4. 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

5. Schwere Beschädigungen durch Feuer und Wind: 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

Anzahl der vorhandenen Atombomben

Im Besitz der neun Atomwaffenstaaten befinden sich ca. 13.400 Atomwaffen. Das ist zwar viel weniger als auf dem Höhepunkt des Kalten Krieges, bedeutet aber immer noch einen Overkill für die Welt. 93% der Atomwaffen gehören den USA oder Russland. Fast 4.000 sind sofort einsatzfähig. Davon sind geschätzte 1.800 in ständiger Höchstalarmbereitschaft und können ihr Ziel binnen weniger Minuten erreichen. Alle andere befinden sich in Reserve, im Lager oder sind für die Abrüstung vorgesehen.

Die neun Länder, die im Besitz von Atomwaffen sind, teilen sich in zwei Gruppen:

Die fünf „offiziellen“ Atomwaffenstaaten (blau auf der Karte), anerkannt durch den Atomwaffensperrvertrag (NPT): USA, Russland, Frankreich, China, Großbritannien. Die vier „De-Facto“-Atomwaffenstaaten (rot auf der Karte), die nicht Mitgliederstaaten des Atomwaffensperrvertrags sind: Israel, Pakistan, Indien, Nordkorea.

Auch wenn der weltweite Gesamtbestand an Atomwaffen gegenüber 2019 minimal abgenommen hat (ca. 14.000 Atomwaffen), stellt dies keine Abrüstung dar. Dies liegt einerseits daran dass sich die Zahl der einsatzbereiten Sprengköpfe erhöht hat, zum anderen steigen weltweit die Budgets für die Modernisierung der Waffen.

Zusätzlich befinden sich ca. 150 US-Atomwaffen im Rahmen der NATO „nukleare Teilhabe“ in Europa, auf dem Territorium von Belgien, Deutschland, Niederlande, Italien, und die Türkei (dunkelblau auf der Karte).

Quellen

https://freie-referate.de/politik/die-geschichte-der-atombombe

https://www.schulhilfen.com/die-atombombe-referat.htm?pdf=101

https://www.cgg.at/downloads/chemie/ref-atombombe.pdf

http://www.realschule-lauda.tbb.bw.schule.de/cms/files/NWA/Atombombe-fabian-max-lucca.pdf

http://www.abendgymnasium-frankfurt.de/fileadmin/user_upload/projektwoche_2018/texte/Atomkrieg.pdf

http://public.beuth-hochschule.de/~eichhorn/vorlesungs-scripts/beschreibung_a-bomben_auf_h&n.pdf

http://www.minicles.de/physik/radioaktivitaet/kernspaltung%20kettenreaktion.htm