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Das um 1940 entdeckte Prinzip der Spaltung von Urankernen mit
langsamen Neutronen bot plötzlich die Möglichkeit, aus solchen
Kettenreaktion Unmengen von Energie zu gewinnen. 1942 wurde in den USA das
wissenschaftlich und finanziell aufwendige
Manhattan Project auf die Beine gestellt. Unter der Leitung von Robert Oppenheimer wurde
versucht, Kernwaffen zu entwickeln;
der Grund war bestimmt auch die Befürchtung, Deutschland könnte ebenfalls Kernwaffen
herstellen.
Am 16. Juli 1945 detonierte in Alamogordo, in der Wüste von New Mexico, die erste
Atombombe der Geschichte: Der
Trinity-Versuch. Die 21kt starke Bombe bezog ihre Energie aus 5kg 239Pu. Bereits am 6.
August 1945 wurde über Hiroshima die
erste Atombombe (Little Boy) im Krieg eingesetzt. Erst 3 Tage später detonierte die 22kt
starke Fat Man-Bombe über Nagasaki.
Nach dem 2. Weltkrieg wurde die Entwicklung von Kernwaffen in den
USA kaum vorangetrieben. Erst der Ausbruch des kalten
Krieges kurbelte ein atomares Wettrüsten wieder an. Am 23. September 1949 zündete die
UdSSR ihre erste Atombombe. Am 1.
November 1952 detonierte auf dem Eniwetok-Atoll im Pazifik die erste Wasserstoffbombe
der Welt. Der thermonukleare Sprengsatz
von Ivy Mike übertraf mit 10.4mt alles bisher bekannte. Bereits 3 Jahre später zündeten
im November 1955 die Russen ihre
erste Wasserstoffbombe.
Im Laufe der Zeit statteten weitere Länder ihre Streitkräfte mit
atomaren Waffen aus. Darunter z.B. Frankreich, China, Indien
und Grossbritannien. Da atmosphärische Atomtests den Nachteil von radioaktivem Fallout
(der bei der Explosion in die Höhe
geschossene, radioaktiv verseuchte Staub, kommt z.B. bei Regen auch weit von der
Sprengstelle entfernt auf die Erdoberfläche
zurück!) mit sich bringen, wurde 1963 eine Vereinbarung getroffen, Tests nur noch
unterirdisch durchzuführen.
1968 wurde ein Atomwaffensperrvertrag unterzeichnet, der die Weitergabe von Material
oder Wissen über die Herstellung von
Nuklearwaffen verbietet unterzeichnet.
Trotzdem werden einige Länder verdächtigt, sich die Fundamente für die Herstellung von
Atomwaffen angeeignet zu haben.
Interessant ist auch, dass die Schweiz ebenfalls ein Programm zur
Herstellung von Atomwaffen verfolgt hat! Mehr dazu in der
Nuclear Weapons FAQ, Abschnitt 7.4.7 (HTTP://HOST.ENVIROLINK.ORG/ENVIROISSUES/NUKETESTING/HEW/NWFAQ/NFAQ7.HTML).
Wohl alle wissen, dass es Atombomben und Wasserstoffbomben gibt. Neben den spezielleren Neutronen- und Cobaltbomben gibt es
aber auch verschiedene Arten von Atombomben und Wasserstoffbomben.
In diesem Abschnitt sollen einige Arten von Kernwaffen erläutert werden.
Atombomben beruhen auf dem Prinzip der Kernspaltung. Trifft ein
Neutron auf einen spaltbaren Kern, so zerfällt dieser unter
Freisetzung von grossen Mengen Energie. Spaltbare Kern sind z.B. diejenigen von 235U
oder 239Pu.
Die Zündung der Reaktion erfolgt durch Zusammenschiessen des Sprengstoffs zur kritischen
Masse. Die kritische Masse von 235U
beträgt etwa 15kg, diejenige von 239Pu etwa 5kg. Bei der Implosions-Zündung wird der unterkritische Sprengstoff in den
kritischen Zustand komprimiert, wobei dann die
Kernreakion in Gang gesetzt wird. Nachfolgend ist vereinfacht die Implosionszündung einer
239Pu-Atombombe dargestellt.
Als Initiator, also als Neutronenquelle, dient z.B. ein Gemisch aus
210Po und Be. Wichtig ist, dass man den konventionellen
Sprengstoff "aussen" zündet, so dass sich die Explosionswelle gegen das Innere der
Bombe, also gegen den Plutonium-Kern,
zubewegt. Der entstehende Druck liegt in der Grössenordnung von rund 400kbar. Auf
diese Weise kann die Dichte des Kerns bis
zum kritischen Zustand komprimiert werden. Ein Vorteil dieser Bauweise liegt darin,
dass sich bei höherer Dichte die
Lebenszeiten jeder einzelnen Zerfallsgeneration verkürzen.
Nach diesem Typ wurden die Trinity- und die Nagasaki-Bomben gebaut.
Eine andere Art von Sprengkopf ist das einfache Ineinanderschiessen
von unterkritischem 235U zur kritischen Masse.
Vereinfacht sieht der Sprengsatz folgendermassen aus:
Der Nachteil dieser Bauweise ist, dass man bei diesem Prozess nur
Uransprengköpfe einsetzen kann. Dafür ist eine solche Bombe
natürlich einiges leichter und einfacher herzustellen.
Näheres zu den chemischen Kernreaktionen, die in solchen Waffen
ablaufen, finden Sie im Teil Physikalische Chemie von
ChemGlobe (HTTP://WWW.DATACOMM.CH/PIETRO.NARO). Während ein Spaltungsprozess "nur" etwa 17kt pro Kilogramm Sprengstoff bietet, kann ein optimal ablaufender Fusionsprozess
bei rund 50kt pro Kilogramm Sprengstoff ablaufen.
Im Falle einer Kernfusion verschmelzen zwei Kerne ineinander und bilden einen neuen Kern. Dabei werden grosse Mengen Energie.
Fusionsreaktionen, die für den Bau einer Bombe in Frage kommen, sind z.B. folgende: Da thermonukleare Reaktionen nur bei sehr hohen Temperaturen ablaufen (daher der Name), stellt sich unmittelbar die Frage,
wie eine solche Bombe gezündet werden soll. Um diese Temperaturen zu erzeugen, wird zuerst ein gewöhnlicher
Kernspaltungsprozess gestartet, der dann die Kernfusion in Gang setzt.
Die Reaktion Nr. 1 ist recht aufwendig in der Durchführung, da sie besonders hohe Temperaturen benötigt. Ausserdem sind die
Kosten recht hoch. Daher wurden beim Bau von Wasserstoffbomben die Reaktionen 2 und 3 bevorzugt. Die nachfolgend gezeigte und erklärte
Teller-Ulam-Konfiguration wurde in der ersten jemals explodierten Wasserstoffbombe (Ivy Mike) eingesetzt. Die damals 1952
getestete Bombe wog stolze 65t und war daher noch nicht abwurffähig. 1954 aber wurde eine nach dem selben Prinzip gebaut
Bombe (Bravo) über dem Eniwetok-Atoll abgeworfen.
Wenn die Implosionszündung detoniert, wird der mit Schaumkunststoff gefüllte Raum mit Röntgenstrahlen (also energiereichen
Photonen) überflutet. So wird der Zylinder mit dem Fusionsmaterial stark erhitzt. Durch den entstehenden Druck wird der
Zylinder implodiert, wodurch der Plutionium-Kern den kritischen Zustand erreicht und detoniert. Der sich weiter aufbauende
Druck und die enorme Hitze setzen schliesslich den thermonuklearen Prozess in Gang.
Man erkannte schon früh, dass sich die Herstellung von Atomwaffen nicht bloss auf möglichst grosse Zerstörung beschränken
sollte. Es bot sich Möglichkeit, materielle Güter wie Gebäude oder militärische Anlagen weitgehend intakt zu lassen und dabei
sämtliche lebende Materie zu vernichten.
In den 60ern und 70ern wurde das Ziel verfolgt, eine Waffe mit niedriger Sprengkraft herzustellen, die aber grosse Mengen von
energiereichen Neutronen freisetzen sollte, herzustellen. Diese Neutronen durchdringen auch gepanzerte Einheiten ohne
Probleme und können alles Leben zunichte machen.
Ein Gemisch aus Deuterium und Tritium sollte mit einer relativ schwachen Kernreaktion zum Abgeben von Neutronen gebracht
werden. Bei dem amerikanischen W-70-0 Geschoss liefert dabei der thermonukleare Prozess etwa 0.75kt und der
Kernspaltungsprozess etwa 0.25kt. Zusammenfassend kann gesagt werden, dass eine Neutronenbombe eine kleinere thermonukleare Bombe ist.
59Co kann in 60Co umgewandelt werden, welches eine Halbwertszeit von 5.26 Jahren besitzt. Die Idee ist, eine Atombombe
herzustellen, deren Mantel (oder im Falle einer thermonuklearen Waffe anstelle des 238U-Zylinders) aus 59Co besteht, das dann
im Laufe eine Explosion zu 60Co umgewandelt wird und als Fallout auch grosse Gebiete verseuchen soll. Die Halbwertszeit von
60Co macht es unmöglich, in Bunkern auszuharren, erlaubt es aber andererseits auch nicht, diese zu verlassen, da die
Strahlungen zu stark sind. Die Effekte einer nuklearen Explosion sind weitgehend untersucht worden. Atomtests wurden unter den unterschiedlichsten
Bedingungen durchgeführt.
Hier sollen Explosionen in der Atmosphäre, unter der Erde und unter Wasser analysiert werden.
Die Entwicklung einer nuklearen Explosion von etwa 20kt, die nicht weit von der Erdoberfläche gezündet wird, zeigt etwa den
folgenden Verlauf.
Unmittelbar nach der Explosion steigt ein sehr heisser und stark leuchtender Feuerball empor. Seine starke Hitze kann auch
über grosse Entfernungen "Sonnenbrände" hervorrufen oder brennbares Material entzünden. Die dabei freiwerdende Strahlung hat
auch in der Luft eine beachtliche Reichweite; es handelt sich dabei um Gamma-Strahlungen und um energiereiche Neutronen.
Schon bald nach der Explosion bildet sich eine Druckwelle, die sich gut 250m vor dem Feuerball ausbreitet. Der Feuerball hat
zu diesem Zeitpunkt einen Durchmesser von etwa 450m.
Die auf dem Boden auftreffende Druckwelle wird von diesem reflektiert. Dabei bildet sich eine neue Druckwelle. Diese neue
Druckwelle verbindet sich mit der ursprünglich vom Feuerball ausgegangen Druckwelle zu einer neuen. Diese neue Welle befindet
sich 1.25 Sekunden nach der Detonation etwa 550m vom Ground Zero entfernt. Der Überdruck beträgt etwa 110kPa.
Die neu gebildete Druckwelle, auch Mach-Druckwelle genannt, befindet sich zu diesem Zeitpunkt etwa 1.4km vom Ground Zero
entfernt. Die Höhe der Machwelle beträgt jetzt etwa 55m. Die Welle bewegt sich mit einer Geschwindigkeit von etwa 300km/h
nach aussen, der Überdruck ist auf etwa 35kPa gesunken. Die vom Feuerball ausgestrahlte Hitze ist jetzt nicht mehr von
grosser Bedeutung, obwohl der Feuerball noch immer sehr heiss ist.
Gut 10 Sekunden nach der Detonation befindet sich die Mach-Druckwelle rund 4km vom Ground Zero entfernt. Der Überdruck
beträgt jetzt noch etwa 7kPa. Die Windgeschwindigkeiten bewegen sich nun um die 60km/h, was noch für leichte Schäden an
Gebäuden sorgt. Die Hitze spielt nun keine Rolle mehr, aber die freigewordenen Gamma-Strahlen sind weiterhin von ernster
Bedeutung.
Der Feuerball leuchtet zu diesem Zeitpunkt nicht mehr, ist aber weiterhin sehr heiss und steigt mit einer Geschwindigkeit von
über 300km/h nach oben. Dieses rasche Aufsteigen bewirkt das Auftreten von starken Rückwinden, die in den Feuerball
aufsteigen. Diese Winde ziehen Dreck und Staub vom Boden mit sich, was zur Bildung der chrakteristischen pilzförmigen Wolke
führt! Nach etwa 30 Sekunden: Zu diesem Zeitpunkt steigt der Feuerball weiterhin und dehnt sich aus. Dabei kühlt er auch sehr rasch
ab. Das bewirkt, dass die Überreste der Bombe kondensieren, unter Umständen kann sich sogar eine Eiskappe über der Wolke
bilden.
Die Rückwinde sind weiterhin sehr stark, um die 300km/h, und steigen weiter in die Wolke auf. Die radioaktive Strahlung ist
zwar noch hoch, erreicht aber kaum noch den Erdboden.
Bei einer Explosion in der erdnahen Atmosphäre setzt sich die Vernichtungswirkung aus 50% Druck-, 35% Hitze- und 15%
Strahlungswirkung zusammen. Wird die Windgeschwindigkeit als 24km/h angenommen, tritt der Fallout 8km vom Detonationsort entfernt bereits nach etwa 20
Minuten ein. Nach einer Stunde beginnt der Niederschlag rund 40km vom Ground Zero entfernt, und nach 3 bis 5 Stunden 160km
entfernt. Generell kann man erwarten, dass sich der Fallout mit einer Geschwindigkeit von etwa 50km/h fortbewegt.
8 bis 24km vom Detonationsort entfernt werden im Falle einer 20mt Bombe Strahlenmengen von 1000 bis 10000rad gemessen, 24 bis
120km entfernt sind es 100 bis 1000rad und 120 bis 193km entfernt noch bis zu 100rad. Werte, die in der Grössenordnung von
ein paar Tausend rad liegen spielen für gewöhnlich keine Rolle, da diese Gebiete von der Druckwelle und der Hitze bereits
grösstenteils vernichtet wurden.
Hier soll der Ablauf einer 100kt Atombombe unter dem Meeresspiegel beschrieben werden. Es handelt sich dabei um eine
Explosion in geringer Tiefe. Einer andere Art von Unterwassertest wäre eine Explosion in grösserer Tiefe; solche Tests wurden
z.B. in rund 600m Tiefe durchgeführt.
Eine Blase von extrem heissen Gasen schiesst sofort empor, wodurch sich eine innen hohle Wassersäule bildet. Bereits 2
Sekunden nach der Detonation kann diese Säule bis zu 1.5km hoch sein. Die entstandene Schockwelle im Wasser entfernt sich mit
hoher Geschwindigkeit vom Ground Zero. Bereits zu diesem Zeitpunkt ist sie über 3km entfernt. Die sich in der Atmosphäre
ausbreitende Druckwelle bewegt sich langsamer fort, als diejenige im Wasser. Daher ist diese Druckwelle zu diesem Zeitpunkt
bloss etwa 1.3km vom Detonationsort entfernt.
Unmittelbar hinter der Druckwelle in der Atmosphäre breitet sich eine Wolke aus kondensierten Wassertropfen aus.
Im Falle einer Underwasser-Explosion werden die Hitze sowie die anfänglich entstehenden radioaktiven Strahlungen vom
Meerwasser absorbiert.
Der Durchmesser der Wassersäule ist nun auf etwa 1km gewachsen. Die Wände dieser Säule sind gut 150m dick.
Die Wolke enthält Überreste der Kernreaktion im Sprengsatz und ist daher stark radioaktiv. Wegen der beträchtlichen Höhe der
Wolke sind diese Strahlungen aber nur von geringer Gefahr für Personen auf der Meeresoberfläche. Die Wolke bildet sich nicht
bei jeder Explosion!
Das aus der Säule zurückfallende Wasser breitet sich beim Auftreffen auf die Meeresoberfläche rasch aus und bildet eine
Bodenwolke. Diese besteht aus hoch radioaktivem Dunst und breitet sich mit einer Geschwindigkeit von etwa 60m/s aus.
Im Falle einer Unterwasserexplosion bilden sich grosse Wellen. 12 Sekunden nach der Detonation befindet sich die erste Welle
bereits 550m vom Ground Zero entfernt, ihre Höhe beträgt rund 50m.
Das Wasser aus der Säule fällt weiterhin auf die Meeresoberfläche zurück. Die Bodenwolke breitet sich dabei weiter aus; sie
ist etwa 300m hoch, ihre Front ist fast 1km vom Ground Zero entfernt. Die Bodenwolke breitet sich zu diesem Zeitpunkt mit
rund 150km/h aus
Aus der nun etwa 600m breiten Wassersäule beginnt ebenfalls Wasser zu fallen. Die Geschwindigkeit des fallenden Wassers
beträgt etwa 15m/s.
Nach etwa 1 Minute fällt weiterhin Wasser aus der Wolke, was einen ersten Niederschlag bildet. Die Bodenwolke hat sich nun
von der Wassersäule getrennt und ist als Ring um die Säule sichtbar. Ihr Höhe ist etwa 400m, sie bewegt sich noch mit etwa
22m/s vom Detonationsort weg; die Radioaktivität dieser Wolke stellt für Personen auf dem Boden eine ernste Gefahr dar.
Es haben sich weitere Wellen gebildet, etwa 12m hoch und 1.5km vom Detonationsort entfernt.
Die Bodenwelle ist nun etwa 3km von der Säule entfernt, ihre Höhe beträgt 600m. Man kann nun deutlich erkennen, dass die
Bodenwolke an Höhe gewinnt und sich von der Meeresoberfläche trennt. Das ist auf verschiedene Ursachen zurückzuführen,
darunter auch, dass das Abgeben von Wasser in Form von Regen die Wolke leichter macht.
Der Regen aus der Hauptwolke wird in Form eines Nebels sichtbar, dieser vermischt sich auch mit der Bodenwolke, die sich
weiter ausgebreitet hat und in die Höhe gestiegen ist.
Nach 4 oder 5 Minuten schliesslich ist die Bodenwolke vom Wind zerstreut worden und ist nicht mehr sichtbar.
Eine atomare Explosion von etwa 100kt Kraft, die nicht weit unter der Erdoberfläche gezündet wird, zeigt etwa die im
folgenden beschriebung Entwicklung.
Der Feuerball durchbricht in weniger als einer Sekunde die Erdoberfläche, nach etwa 2 Sekunden sieht es folgendermassen aus:
Der emporschiessende Feuerball zieht grosse Mengen an Schmutz, Staub und Erde mit sich in die Höhe und bildet so einen hohle
Säule.
Sprengt man die Bombe rund 15m unter der Erde, so bildet sich ein etwa 35m tiefer und 220m breiter Krater. Die Masse des
verschobenen Materials beträgt über 1 Million Tonnen!
Zusätzlich bildet sich eine unterirdische Druckwelle aus, die mit der eines herkömmlichen Erdbebens vergleichbar. Die
Druckwelle in der Luft ist zu diesem Zeitpunkt etwa 1.2km vom Ground Zero entfernt.
Die Wolke steigt weiter in die Höhe und gibt radioaktive Strahlung frei, die noch auf die Erdoberfläche auftreffen und von
grosser Gefahr sein kann.
Das Material in der Säule fällt nun auf den Boden zurück. Dabei breiten sich die Partikel rasch aus und bilden eine Wolke am
Boden, rund um die entstandene Säule. Diese Wolke ist ebenfalls radioaktiv verstrahlt.
Die Grösse der Bodenwolke ist nicht nur von der Detonationskraft der Bombe abhängig, sondern viel mehr von der Art des
Bodens. Trockene, sandige Böden bilden besonders grosse Wolke aus.
Die Bodenwolke wird grösser und vermischt sich mit der ursprünglichen Wolke der Explosion, die nun ebenfalls auf den Boden
zurückfällt.
Es bildet sich nun ein gefährlicher radioaktiver Niederschlag (Fallout), der für einige Stunden weiter auf den Boden
zurückfallen wird.
Im Dezember 1983 veröffentlichte eine Gruppe von Wissenschaftlern eine Studie, wonach ein grossangelegter, grossflächiger
Einsatz von nuklearen Waffen durch mehrere Staaten soviel Staub und Dreck in die Luft schleudern könnte, dass die Sonne
mehrere Monate verdeckt wäre.
Das globale Klima würde sich soweit ändern, dass die Temperaturen in den Frostbereich fallen und der gesamte Planet in einen
dauerhaften Winter fallen würde.
Besonders auf der nördlichen Halbkugel würde die gesamte Flora aussterben. Die Schäden an der Ozonschicht würden zusätzlich
gefährliche UV-Strahlen durchlassen.
Eine atomare Explosion hat neben den oben beschriebenen Effekten auch katastrophale Auswirkungen auf sämtliches Leben in
ihrem Zerstörungsradius.
So starben in Hiroshima bis Ende 1950 noch weitere 60000 Menschen an den Strahlenschäden.
Strahlenschäden sind nicht wieder rückgängig zu machen.
Zuletzt aktualisiert am 24.01.2005 für html eingerichtet -ml- |
