Ausarbeitung Atomwaffen
Atomwaffen
Beim Einsatz von Atomwaffen werden große Mengen an Atomenergie frei.
Die Energiequelle bei der Explosion von nuklearen Sprengstoffen steckt innerhalb des Atomkernes.
1905 veröffentlichte Albert Einstein seine Relativitätstheorie. Diese Theorie besagt, dass das Verhältnis von Masse und Energie durch die Gleichung E = mc2 ausgedrückt wird. Die Energiemenge ist gleich der Masse multipliziert mit dem Quadrat der Lichtgeschwindigkeit. Eine sehr kleine Stoffmenge entspricht einer riesigen Energiemenge.
Die Kettenreaktion
Lässt man auf natürliches Uran Neutronen einwirken, so findet keine Kettenreaktion statt. Natürliches Uran besteht zu etwa 99,3 Prozent aus Uran 238 und nur zu 0,7 Prozent aus Uran 235. Die bei der Spaltung aus Uran 235 gebildeten zwei bis drei Neutronen werden vom Uran 238 aufgenommen und damit einer Kettenreaktion entzogen. Dabei bildet sich Uran 239. Im Endeffekt kommt es dann pro Neutronentreffer zu einer Spaltung. Will man demzufolge eine unkontrollierte Kettenreaktion (Explosion) erzielen, dann muss man das Spaltmaterial an Uran 235 anreichern.
Beim Einsatz von Atomwaffen werden große Mengen an Atomenergie frei.
Die Energiequelle bei der Explosion von nuklearen Sprengstoffen steckt innerhalb des Atomkernes.
1905 veröffentlichte Albert Einstein seine Relativitätstheorie. Diese Theorie besagt, dass das Verhältnis von Masse und Energie durch die Gleichung E = mc2 ausgedrückt wird. Die Energiemenge ist gleich der Masse multipliziert mit dem Quadrat der Lichtgeschwindigkeit. Eine sehr kleine Stoffmenge entspricht einer riesigen Energiemenge.
Die Kettenreaktion
Lässt man auf natürliches Uran Neutronen einwirken, so findet keine Kettenreaktion statt. Natürliches Uran besteht zu etwa 99,3 Prozent aus Uran 238 und nur zu 0,7 Prozent aus Uran 235. Die bei der Spaltung aus Uran 235 gebildeten zwei bis drei Neutronen werden vom Uran 238 aufgenommen und damit einer Kettenreaktion entzogen. Dabei bildet sich Uran 239. Im Endeffekt kommt es dann pro Neutronentreffer zu einer Spaltung. Will man demzufolge eine unkontrollierte Kettenreaktion (Explosion) erzielen, dann muss man das Spaltmaterial an Uran 235 anreichern.
Kritische Masse
Eine kleine Kugel reinen Urans 235, von der Größe etwa eines Golfballes, hält keine Kettenreaktion in Gang. Durch die Oberfläche entweichen zu viele Neutronen und diese sind somit für die Kettenreaktion verloren. Die Mindestmenge an spaltbarem Material, die erforderlich ist, um eine Kettenreaktion aufrechtzuerhalten, wird als kritische Masse bezeichnet. Erhöht man die Größe der Kugel, entsteht eine superkritische Anordnung, bei der die darauf folgenden Generationen von Spaltungen sehr schnell zunehmen. Die extrem schnelle Freisetzung riesiger Energiemengen führt zur Explosion.
Eine kleine Kugel reinen Urans 235, von der Größe etwa eines Golfballes, hält keine Kettenreaktion in Gang. Durch die Oberfläche entweichen zu viele Neutronen und diese sind somit für die Kettenreaktion verloren. Die Mindestmenge an spaltbarem Material, die erforderlich ist, um eine Kettenreaktion aufrechtzuerhalten, wird als kritische Masse bezeichnet. Erhöht man die Größe der Kugel, entsteht eine superkritische Anordnung, bei der die darauf folgenden Generationen von Spaltungen sehr schnell zunehmen. Die extrem schnelle Freisetzung riesiger Energiemengen führt zur Explosion.
Detonation von Atombomben
Um Atombomben zur Detonation zu bringen, wurden verschiedene Systeme erfunden. Bei dem einfachsten System wird spaltbares Material auf ein Ziel aus dem gleichen Material geschossen. Beim Zusammentreffen verschmelzen die beiden zu einer superkritischen Anordnung.
Unabhängig von der zum Erreichen der superkritischen Anordnung eingesetzten Methode läuft die Kettenreaktion in etwa einer Millionstelsekunde ab und setzt dabei riesige Mengen von Wärmeenergie frei.
Die Herstellung von spaltbarem Material
Um Atombomben zur Detonation zu bringen, wurden verschiedene Systeme erfunden. Bei dem einfachsten System wird spaltbares Material auf ein Ziel aus dem gleichen Material geschossen. Beim Zusammentreffen verschmelzen die beiden zu einer superkritischen Anordnung.
Unabhängig von der zum Erreichen der superkritischen Anordnung eingesetzten Methode läuft die Kettenreaktion in etwa einer Millionstelsekunde ab und setzt dabei riesige Mengen von Wärmeenergie frei.
Die Herstellung von spaltbarem Material
Die Trennung von Uran 235 und Uran 238 ist
mit einigem Aufwand verbunden, denn beide verhalten sich chemisch völlig
gleichartig. Sie lassen sich also nur physikalisch aufgrund ihres geringen
Masseunterschieds voneinander trennen.
Zur Abspaltung von Uran 235 von gewöhnlichem Uran wurde eine Reihe von Methoden entwickelt. Zwei von ihnen werde ich erklären.
1. Stark ätzendes Uranhexafluoridgas wird gegen Trennwände, die viele Millionen Löcher haben, gepumpt. Die leichteren Moleküle, die Uran-235-Atome enthalten, dringen mit einer etwas höheren Geschwindigkeit als die schwereren Moleküle hindurch. Nachdem das Gas Tausende solcher Trennwände durchlaufen hat, ist es mit dem leichteren Uranisotop stark angereichert. Dieses waffenfähige Uran enthält mehr als 90 Prozent Uran 235.
2. Obwohl das schwere Uranisotop Uran 238 nicht kettenreaktionsfähig ist, kann es in spaltbares Material umgewandelt werden. Beim Neutronentreffer nimmt das Uran-238-Atom ein Neutron in seinem Kern auf und wandelt sich in das schwerere Uran-239-Isotop um, welches sehr schnell zerfällt und Neptunium 239 bildet. Durch einen weiteren Zerfallsprozess wird Neptunium 239 in Plutonium 239 umgeformt. Bei Plutonium 239 vollzieht sich nach der Aufnahme eines Neutrons eine Spaltung (genau wie bei Uran 235), und es kann als Bombenmaterial verwendet werden.
Auswirkungen der Atomwaffen
Durch die sehr schnelle Ausdehnung der Bestandteile der Bombe wird eine Druckwelle erzeugt, die sich schnell ausdehnt. Die Schäden werden sowohl durch den Luftüberdruck an der Vorderseite der Druckwelle als auch durch die extrem starken Stürme verursacht. Diese Stürme halten auch dann noch an, wenn die Druckwellenfront das Gebiet längst passiert hat. So werden bei der Explosion einer Atombombe Menschen nicht nur durch die Strahlung geschädigt, sondern auch durch diese genannten Vorgänge verletzt..
Zur Abspaltung von Uran 235 von gewöhnlichem Uran wurde eine Reihe von Methoden entwickelt. Zwei von ihnen werde ich erklären.
1. Stark ätzendes Uranhexafluoridgas wird gegen Trennwände, die viele Millionen Löcher haben, gepumpt. Die leichteren Moleküle, die Uran-235-Atome enthalten, dringen mit einer etwas höheren Geschwindigkeit als die schwereren Moleküle hindurch. Nachdem das Gas Tausende solcher Trennwände durchlaufen hat, ist es mit dem leichteren Uranisotop stark angereichert. Dieses waffenfähige Uran enthält mehr als 90 Prozent Uran 235.
2. Obwohl das schwere Uranisotop Uran 238 nicht kettenreaktionsfähig ist, kann es in spaltbares Material umgewandelt werden. Beim Neutronentreffer nimmt das Uran-238-Atom ein Neutron in seinem Kern auf und wandelt sich in das schwerere Uran-239-Isotop um, welches sehr schnell zerfällt und Neptunium 239 bildet. Durch einen weiteren Zerfallsprozess wird Neptunium 239 in Plutonium 239 umgeformt. Bei Plutonium 239 vollzieht sich nach der Aufnahme eines Neutrons eine Spaltung (genau wie bei Uran 235), und es kann als Bombenmaterial verwendet werden.
Auswirkungen der Atomwaffen
Durch die sehr schnelle Ausdehnung der Bestandteile der Bombe wird eine Druckwelle erzeugt, die sich schnell ausdehnt. Die Schäden werden sowohl durch den Luftüberdruck an der Vorderseite der Druckwelle als auch durch die extrem starken Stürme verursacht. Diese Stürme halten auch dann noch an, wenn die Druckwellenfront das Gebiet längst passiert hat. So werden bei der Explosion einer Atombombe Menschen nicht nur durch die Strahlung geschädigt, sondern auch durch diese genannten Vorgänge verletzt..
Bei der Explosion einer Atombombe entsteht
ein Feuerball, von dem eine Hitzewelle ausgestrahlt wird. Ihre Intensität nimmt
mit der Entfernung ab. Die Wärmeenergiemenge, die in einer bestimmten
Entfernung von der nuklearen Explosion wahrgenommen wird, hängt von der
Sprengkraft der Waffe und dem Zustand der Atmosphäre ab. Trifft die
Wärmestrahlung auf unbedeckte Haut, kann das zu schwersten Verbrennungen führen
und wenn sie auf entflammbares Material tritt, kann sie dieses entzünden.
Die von einer Explosion ausgehende radioaktive Strahlung kann in Anfangsstrahlung und in Rückstandsstrahlung unterteilt werden. Die Sofortstrahlung wirkt bis zu einer Minute. Die Rückstandsstrahlung wirkt nach dieser Zeit noch weiter. Beta- und Gammastrahlen haben die gleiche Wirkung wie Röntgenstrahlen. Sowohl Neutronen- als auch Beta- und Gammastrahlen besitzen die Fähigkeit, feste Stoffe zu durchdringen. Sie wird vom Körper aufgenommen und führt zu ernsthaften Verletzungen.
Die von einer Explosion ausgehende radioaktive Strahlung kann in Anfangsstrahlung und in Rückstandsstrahlung unterteilt werden. Die Sofortstrahlung wirkt bis zu einer Minute. Die Rückstandsstrahlung wirkt nach dieser Zeit noch weiter. Beta- und Gammastrahlen haben die gleiche Wirkung wie Röntgenstrahlen. Sowohl Neutronen- als auch Beta- und Gammastrahlen besitzen die Fähigkeit, feste Stoffe zu durchdringen. Sie wird vom Körper aufgenommen und führt zu ernsthaften Verletzungen.
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