Nicht zivile Nutzung der Kernenergie unter technischen und kritischen Gesichtspunkten Stichwort: Atombombe Cornelius Poth

Atomkraft unter nicht ziviler Nutzung Cornelius Poth 2 Gliederung ● Kernspaltung – Prinzip – Atomkern – Zerfall – Kritische Masse – Anreicherung v. Uran ● Aufbau von Atombomben – Gun-Design – Implosionsbombe ● Wirkung von Atombomben – Beispiel Hiroshima ● Atomwaffentests – Folgen der Tests – Bisher bekannte Tests

Atomkraft unter nicht ziviler Nutzung Cornelius Poth 3 Der Atomkern + + n+ n n n + n + n + Kernkräfte wenn Protonen und Neutronen nahe beieinander sind ( m ≙ 1fm) Kernkräfte bei sehr großen Kernen wenig wirksam (ab Massezahl 140 α -Zerfall, ab 230 spontane Spaltung) fm = Fermimeter Zur Erinnerung: 209 Po 84 Nukleonen (Protonen u. Neutronen) Protonen Isotope bestimmen sich nur durch die Neutronenzahl 209 Po Pb 82 → 4 He 2 α-Zerfall

Atomkraft unter nicht ziviler Nutzung Cornelius Poth 4 Zerfall (mit thermischem Neutron) + + n+ n n n + n + n + n n n n n n n n 235 U U 92 → 1 n U Spaltung – verschiedene Spaltprodukte möglich spont an → 144 Ba Kr n MeV kurzle big 235 U U 92 → 1 n 0 spont an → 140 Cs Rb n MeV

Atomkraft unter nicht ziviler Nutzung Cornelius Poth 5 Kritische Masse Zerfall von Atomen setzt sich in einer Kettenreaktion von alleine und unkontrolliert durch die frei werdenden Neutronen fort. + + n+ n n n + n + n n+ n n n + n + n n+ n n n + n + n n+ n n n + n + n n+ n n n + n + n + n + + n+ n n n + n + n n+ n n n + n + n n+ n n n + n + n n+ n n n + n + n n+ n n n + n + n n+ n n n + n + n n+ n n n + n + n n+ n n n + n + n n+ n n n + n + n n+ n n n + n + n n+ n n n + n + n n+ n n n + n + n n+ n n n + n + n n+ n n n + n + n n+ n n n + n + n n+ n n n + n + n n+ n n n + n + n + n kritische Masse unreflektiert reflektiert Uran 23316,5kg7,5kg Uran 23549,0kg22,8kg Plutonium 23910,0kg5,42kg Plutonium ,7kg148,4kg Reflektoren (Bsp.): Wolframcarbid, Beryllium

Atomkraft unter nicht ziviler Nutzung Cornelius Poth 6 Anreicherung von Uran Zusammensetzung von Natururan: 99,3% 238 U 0,7% 235 U Kernkraftwerke werden meist mit 3-5% 235 U betrieben, für den Bombenbau braucht man eine Anreicherung von rund 90%, mindestens 80%.

Atomkraft unter nicht ziviler Nutzung Cornelius Poth 7 Anreicherung von Uran (Zentrifugalverfahren) Vorgang muss oft wiederholt werden UF UF UF 6

Atomkraft unter nicht ziviler Nutzung Cornelius Poth 8 Bombenbau nach dem Gun-Design

Atomkraft unter nicht ziviler Nutzung Cornelius Poth 9 Little Boy (Hiroshima 6. Aug 1945) Projektil: 60% der Masse: 38,5kg in Form von 9 Ringen (ca. 16/10,5cm) Ziel: 40% der Masse: 25,5kg in Form von Scheiben ( ∅ ca. 10,5cm) Weniger als 1 kg des 235 U wurde umgewandelt Neutronenreflektor: Wolframcarbid Neutronenquelle: Polonium-Beryllium 13,4kT TNT Equivalent (L:3,2m/ ∅ 0,7m/4t/Zündhöhe 580m GND)

Atomkraft unter nicht ziviler Nutzung Cornelius Poth 10 Implosionsbombe Prinzip der Bombe, die in Nagasaki geworfen wurde Spaltmaterial war 239 Pu (Plutonium)

Atomkraft unter nicht ziviler Nutzung Cornelius Poth 11 Folgen einer Atombombendetonation Energieverteilung ● 50-60% Druckwelle ● 35-45% Wärmestrahlung ● Rest auf EMP, Strahlung Folgen ● Verbrennungen (bei Little Boy Brandauslösungen im Umkreis von 2km) ● Radioaktiver Staub wird verteilt (Nahrungsmittel, Grundwasser, Regen, direkte Bestrahlung,...) ● Halbleiterbauelemente und ICs werden Zerstört durch EMP

Atomkraft unter nicht ziviler Nutzung Cornelius Poth 12 Hiroshima

Atomkraft unter nicht ziviler Nutzung Cornelius Poth Juli Trinity

Atomkraft unter nicht ziviler Nutzung Cornelius Poth 14 Tests (67) auf Bikini Atoll ( )

Atomkraft unter nicht ziviler Nutzung Cornelius Poth 15 Testmöglichkeiten

Atomkraft unter nicht ziviler Nutzung Cornelius Poth 16 Folgen der Automwaffentests ● Hoher Fallout, der Weltweit messbar war und ist. – 1963 war die 14 C Konzentration fast verdoppelt (gegenüber dem „Naturgehalt“) ● Vertrag zum Verbot von Nuklearwaffentests (in Atmosphäre, Weltraum und Wasser), Okt – Frankreich und China bis 1980 noch oberirdische Tests, bis heute nicht beigetreten – seit des Zustandekommens verringert sich der 14 C Gehalt wieder – Wegen Einflussnahme auf Radiokohlenstoffdatierungen spricht man auch vom Kernwaffeneffekt ⇒ Atomwaffentests nur noch unterirdisch

Atomkraft unter nicht ziviler Nutzung Cornelius Poth 17 Bisher bekannte Kernwaffentests Quelle:

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