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Kernwaffen

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Kernwaffen

Wenn Du an die Städte Hiroshima und Nagasaki denkst, erinnerst Du Dich bestimmt daran, diese Namen schon einmal gehört zu haben. Wahrscheinlich im Geschichtsunterricht, denn diese beiden Städte sind die einzigen Städte, über denen Kernwaffen als Kriegsmittel abgeworfen wurden. Hunderttausende Menschen wurden getötet und die Städte lagen in Schutt und Asche. Was macht Atombomben so gefährlich und tödlich? Wie können sie so zerstörerisch sein?

Kernwaffen Erklärung

Kernwaffen sind Waffen, bei denen die Explosionsenergie aus kernphysikalischen Effekten zurückzuführen ist. Sie werden als Massenvernichtungswaffen angesehen, weil sie besonders zerstörerisch und tödlich sind. Diese Waffenart ist schädlich für jede bekannte Lebensform und die Umwelt.

Atombomben verwenden das kernphysikalische Prinzip der Kernspaltung. Durch eine Explosion vom herkömmlichen Sprengstoff wird eine unkontrollierte Kettenreaktion der Kernspaltung erzwungen, wobei eine große Menge Energie freigesetzt wird.

Herkömmliche Sprengstoffe basieren auf chemischen Reaktionen, die durch eine Zündung (zum Beispiel mit einer Zündschnur) zu einer schnellen chemischen Reaktion gezwungen werden. Bei den meisten Sprengstoffen werden bei der Explosion Sauerstoffmoleküle von Stickstoffmolekülen getrennt und verbinden sich mit Kohlenstoff zu CO oder CO2. Bei diesen Reaktionen werden relativ große Mengen Energie freigesetzt.

Atombomben sind weitaus explosiver und kraftvoller als herkömmliche Sprengstoffe. Es wird nicht nur Energie durch chemische Reaktionen freigesetzt sondern durch die Kernspaltung vom radioaktiven Material in der Atombombe. Bei der Atombombe findet die Kernspaltung, nicht wie beim Kernreaktor kontrolliert, sondern unkontrolliert statt.

Die gesamte Energie der Kernspaltung wird innerhalb von Sekundenbruchteilen freigegeben wodurch es zu einer großen Explosion mit Feuerball, Atompilz und Druckwelle kommt.

Atombombe Erfinder - Das Manhattan Projekt

Das Manhattan Projekt war ein gemeinsames Forschungsprojekt der USA, Kanada und dem Vereinigten Königreich während des zweiten Weltkrieges und diente zur Erforschung und Entwicklung von Nuklearwaffen. Das Projekt wurde 1939 ins Leben gerufen, wurde aber erst zwischen den Jahren 1942-1946 stark vom amerikanischen Militär finanziert. Insgesamt gaben die Amerikaner 2 Milliarden US-Dollar aus (nach heutigem Kurs knapp über 20 Milliarden US-Dollar) und beschäftigten über 100.000 Menschen.

Robert Oppenheimer war ein amerikanischer theoretischer Physiker und gilt als Vater der Atombombe. Durch sein Verständnis von hochbeschleunigten Neutronen konnte er beim Design und der Funktionalität der Atombombe die Grundlagen legen und war Leiter des größten Forschungs- und Testlabors für Atomwaffen in Los Alamos, USA.

Im Juli 1945 kam es zum ersten Test einer Atomwaffe in der Wüste des US-Bundesstaats New Mexico. Der Codename für diesen Test lautete Trinity und fand unter der Leitung von Robert Oppenheimer statt. Die Explosion besaß eine Sprengkraft vergleichbar mit 25.000 Tonnen TNT Sprengstoff.

Die Explosion verursachte einen über 12 Kilometer hohen Atompilz und zerstörte die Umgebung in hunderten Metern Umgebung. Nach dem Test sagte Robert Oppenheimer:

"Now I am become Death, the destroyer of worlds" 3

Übersetzt bedeutet das: "Ich bin der Tod, der Zerstörer von Welten". Die Explosion war so gewaltig, dass die Forschenden auch hunderte Kilometer weiter den Atompilz sehen, und die Druckwelle spüren konnten.

Bei der Explosion einer Atombombe entsteht neben der Druckwelle auch ein sichtbarer und markanter Atompilz. Die Druckwelle breitet sich kreisförmig vom Zentrum der Detonation aus. Nach der Explosion breitet sich der entstehende Feuerball ebenfalls aus und reißt Schutt und Asche mit sich. Der Feuerball kann sich durch die Druckwelle nur am Ursprung der Detonation ausbreiten. Durch die Strömung des Feuerballs und sein abkühlen, dehnt sich der Feuerball nach oben hin aus und erzeugt einen Atompilz, wie er oben zu sehen ist.

Nach dem erfolgreichen Test warfen die Amerikaner, im August 1945, zwei Atomwaffen über Japan ab und töteten hunderttausende Japaner*innen.

Funktionsweise einer Atombombe

In Atombomben werden spaltbare Nuklide bzw. Materialien verwendet. Das sind Stoffe, die durch Kernspaltung eine Kettenreaktion verursachen. Dabei werden große Energiemengen frei. Für Atomwaffen werden Uran-235 oder Plutonium-239 verwendet.

Atombombe Aufbau

In einer Atombombe sind zwei getrennte, unkritische Massen von spaltbarem Material platziert.

Eine kritische Masse ist die kleinste notwendige Masse, um eine kernphysikalische Kettenreaktion der Kernspaltung aufrechtzuerhalten.

Neutronen haben im Fall einer kritischen Masse ausreichend Atomkerne um sich, um auf jeden Fall ein weiteren Atomkern von einem spaltbaren Material zu teilen und eine Kettenreaktion auszulösen.

Durch eine Explosion von klassischem Sprengstoff wie TNT innerhalb der Bombe werden die spaltbaren Materialien zusammen geführt. Die Massen überschreiten damit die kritische Masse und es kommt zu einer unkontrollierten Kernspaltung. Innerhalb Sekundenbruchteile wird eine riesige Menge Energie freigesetzt.

Den Aufbau einer Atomwaffe kannst Du Dir schematisch folgendermaßen vorstellen:

In der Abbildung siehst Du den Aufbau einer Atombombe. Durch die Zündung einer Sprengladung werden die beiden Massen zusammengedrückt und es kommt zur unkontrollierten Kernspaltung und zur Detonation.

Die Kernspaltung, oder auch Kernfission genannt, und die darauf folgende Kettenreaktion basiert auf kernphysikalischen Prinzipien. Bei der Kernspaltung trifft ein Neutron auf ein spaltbares Material, in diesem Fall Uran-235. Uran-235 ist stabil und besitzt im Kern 92 Protonen und 143 Neutronen.

Die meisten Uran Isotope sind instabil. Allerdings muss hier ein stabiles Isotop gewählt werden, weil es sonst jederzeit zur Kernspaltung kommen kann und damit eine unkontrollierte Kettenreaktion, also eine Explosion auftreten kann.

Wenn das Neutron auf den Atomkern trifft, wird das Uran gespalten und aus dem Uran wird Barium und Krypton. Zusätzlich bleiben zwei Neutronen übrig, die dann weitere Urankerne spalten. Dabei wird eine Energie von bis zu 150 bis 200 MeV (Mega Elektronenvolt) pro Urankern freigesetzt. In jeder Atombombe sind mehrere Kilogramm vom spaltbaren Material platziert.

Die Spaltprodukte Barium und Krypton sind instabil und höchst radioaktiv und geben beim Zerfall eine hohe Strahlungsmenge ab. Sie verseuchen auch nach der Explosion die Region um die Explosionsstelle.

Atombombe Sprengkraft

Im vorherigen Abschnitt hast Du gelesen, dass jede Kernspaltung von einem Urankern zwischen 150 und 200 MeV freisetzt. Welche Sprengkraft kann dann die gesamte Menge an Uran in einer Atombombe hervorrufen?

Die Sprengkraft von Atombomben liegt bei rund einer Megatonne. Das ist vergleichbar mit der Sprengkraft von 16.000 Tonnen TNT Sprengstoff. Dabei hat ein einziges Kilo TNT die nötige Sprengkraft um einen Radius von 5-6 Metern zu zerstören. Die von den USA abgeworfenen Atombomben über Japan hatten eine Sprengkraft von 16.000 und 24.000 Tonnen TNT Sprengstoff.

Diese Sprengkraft erzeugt eine Verwüstung und Zerstörung von unfassbaren Ausmaßen. Neben der Zerstörung hat eine Atombombe allerdings auch andere Auswirkungen.

Atombombe Wirkung

Die freigesetzte Energie einer Atombombenexplosion sorgt für einen hellen Feuerball. Im Zentrum der Explosion werden Temperaturen von mehreren Millionen Grad Celsius vermutet. Auch hunderte Meter entfernt betragen die Temperaturen noch mehrere Tausend Grad Celsius. Die Temperaturen nahe des Zentrums der Explosion sind so hoch, dass selbst Metalle und Gesteine verdampfen können.

Neben den Bränden, die die Explosion einer Atombombe verursacht, erzeugt diese auch eine Druckwelle. die alles im Radius mehrerer Kilometer zerstört. Das Überleben ist in der Umgebung einer Explosion nahezu unmöglich.

Nur unterirdisch, in einem Bunker oder in einem Keller, hättest Du eine geringe Chance zu überleben.

Neben der Zerstörung durch die Explosion und die darauffolgende Druckwelle ist die Strahlenbelastung nicht zu unterschätzen. In den Tagen nach der Explosion ist mit einem radioaktiven Niederschlag zu rechnen. Durch die Explosion werden radioaktive Partikel und Staub in die Atmosphäre verteilt und fallen innerhalb von 2-3 Tagen allmählich zu Boden. Des weiteren ist das Gebiet um die Explosionsstelle längerfristig strahlenbelastet. Auch Jahre später kann es durch die Strahlung zu Strahlenerkrankungen kommen.

Atombombe Radius

Der Feuerball bzw. der Atompilz kann einen Radius von bis zu drei Kilometern besitzen. Innerhalb dieses Feuerballs sterben Menschen sofort an ihren Verbrennungen, wenn sie denn nicht aufgrund der Temperaturen sofort verglühen.

Auch in 5-10 Kilometern Entfernung sterben die meisten Menschen durch die erzeugte Druckwelle, innere Blutungen oder Strahlenkrankheit. Durch die Druckwelle wird ebenfalls die Atemluft verdrängt, wodurch viele Opfer an Erstickungen sterben.

Der radioaktive Niederschlag wird so hoch in die Atmosphäre geschleudert, dass er in einem Radius von über 80 Kilometern wieder auf die Erde fällt und die Erde verseucht. Der Niederschlag verursacht Strahlenkrankheiten und Krebs, wodurch auch die Menschen in dieser Entfernung mit der Zeit den folgen der Explosion erliegen würden. Das tatsächliche Ausmaß einer solchen Explosion kann jedoch nicht genau bestimmt werden und kann wegen den zahlreichen Ausmaßen sogar noch weiter reichen.

Die Strahlung gelangt bis in die Wolken und die Atmosphäre, wird dort noch weiter verteilt und kann hunderte Kilometer weiter reichen. Das ist vergleichbar mit Unfällen in Atomkraftwerken wie Tschernobyl. Damals zogen radioaktive Wolken hunderte Kilometer bis nach Deutschland, wo der Regen die Strahlung abregnen ließ und Boden und Pflanzen verseuchte. Tausende Tonnen an Ernte mussten damals aufgrund der Strahlenbelastung vernichtet werden.

Atombombe Hiroshima

Am 6. und am 9. August 1945 warf die amerikanische Armee zwei Atombomben über den Japanischen Städten Hiroshima und Nagasaki ab. Damals wurden allein durch die Explosion der Atombomben 129.000 Menschen in Hiroshima und 226.000 in Nagasaki getötet. Tausende weitere Japaner*innen erlagen in den darauf folgenden Tagen, Monaten und Jahren ihren Verletzungen.

Mehr als zwei drittel der Opfer der Atombombenangriffe waren unschuldige Zivilist*innen. Hunderttausende erlitten schwere Verbrennungen und Strahlenvergiftungen. Die Anzahl der Leukämie Patient*innen stieg in den folgenden Jahren um 46% an. Auch andere Krebsarten wurden zwischen 10-20% häufiger registriert.

Bis heute wurden keine weiteren Atomwaffen mehr in Kriegen eingesetzt.

Die USA verteidigt den brutalen Angriff mit dem schnellen Kriegsende und möglichst wenigen weiteren Kriegsopfern.

Durch die Explosion der Atombombe lagen die Städte Hiroshima und Nagasaki in Schutt und Asche.

Die Atombomben trafen bei den Angriffen nicht nur das japanische Militär sondern auch Zivilist*innen. Fast 40% der Bevölkerung von Hiroshima wurde am 6. August 1945 beim Angriff getötet. Die Amerikaner nutzten die Atomwaffen, um ein möglichst schnelles Kriegsende herbeizurufen. Nachdem Deutschland im Mai 1945 bereits kapitulierte, zog auch Japan, 6 Tage nach dem zweiten Angriff auf Nagasaki, nach und kapitulierte. Damit war das Ende des zweiten Weltkrieges besiegelt.

Kernwaffen - Das Wichtigste

  • Atombomben sind eine Waffenart, bei der die Energie durch Kernspaltung erzeugt wird.
  • Beim Manhattan Projekt während des zweiten Weltkriegs wurden die ersten funktionsfähigen Atomwaffen entwickelt.
  • In einer Atombombe werden zwei unkritische Massen an spaltbarem Material durch eine gezielte Explosion zusammengeführt, um eine unkontrollierte Kettenreaktion zu verursachen.
    • Das verwendete spaltbare Material in Atombomben ist meist Uran-235 oder Plutonium-239, beides stabile aber spaltbare Nuklide.
    • Bei der Kernspaltung trifft ein Neutron auf den Urankern und spaltet dieses in Barium und Krypton, übrig bleiben zwei Neutronen und überschüssige Energie.
    • Die zwei gelösten Neutronen sorgen für weitere Spaltungen von Urankernen.
  • Die Explosion einer Atombombe verursacht einen Feuerball und einen Atompilz mit extrem hohen Temperaturen, eine Druckwelle und lässt hohe Strahlung zurück.
  • Strahlenkrankheiten, schwere Verbrennungen und erhöhtes Krebsrisiko sind bei Überlebenden üblich.
  • 1945 wurden zwei Japanische Städte, Hiroshima und Nagasaki mit Atombomben angegriffen um dem zweiten Weltkrieg ein schnelles Ende zu bereiten.
    • Bei den Angriffen wurden mehrere Hunderttausend Menschen getötet und viele weitere schwer verletzt und langfristig geschädigt.
    • Bis heute bleibt der Atomwaffenangriff auf Hiroshima und Nagasaki der einzige Atomwaffenangriff auf Menschen.

Nachweise

  1. History.com: “Father of the Atomic Bomb” Was Blacklisted for Opposing H-Bomb (24.05.2022)
  2. https://www.quarks.de/gesellschaft/was-wir-ueber-atomwaffen-wissen-sollten/
  3. Wired.com: Oppenheimer quotes: the story of Oppenheimer´s infamous quote (24.05.2022)

Häufig gestellte Fragen zum Thema Kernwaffen

Der Physiker Robert Oppenheimer gilt als Erfinder der Atombombe. Gemeinsam mit anderen Forschenden vom Manhattan Projekt entwickelten sie während des 2. Weltkriegs die erste Kernwaffe.

Der radioaktive Niederschlag fällt innerhalb weniger Stunden nach der Explosion zu Boden. Je nach Entfernung zum Atompilz kann die Strahlung auch bis zu zwei Tage lang anhalten. Gebiete können außerdem längerfristig verseucht werden.

Die Atombombe war ein geheimes Forschungsprojekt namens Manhattan Projekt, an dem Forschende während des zweiten Weltkriegs im Auftrag der USA gearbeitet haben.

Die Energie der Kernwaffen kommt aus der kernphysikalischen Reaktionen der Kernspaltung.

Finales Kernwaffen Quiz

Frage

Woher kommt die Energie einer Atombombe?

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Antwort

Die Energie der Atombombe ist auf den kernphysikalischen Prozess der Kernspaltung zurück zu führen.

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Frage

Woher kommt die Energie von herkömmlichen Sprengstoffen?

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Antwort

Sprengstoffe setzen durch chemische Reaktionen große Mengen an Energie frei.

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Frage

Was ist eine kernphysikalische Kettenreaktion?

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Antwort

Die Kettenreaktion der Kernspaltung ist ein kernphysikalischer Prozess bei dem eine Kernspaltung noch weitere Kernspaltungen verursacht.

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Frage

Wie heißen die japanischen Städte, die im 2. Weltkrieg mit Atombomben angegriffen worden sind?

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Antwort

Nagasaki und Hiroshima

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Frage

Welcher Physiker gilt als "Vater der Atombombe"?

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Antwort

Robert J. Oppenheimer

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Frage

Was ist ein Atompilz?

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Antwort

Der Atompilz ist ein sichtbarer Feuerball, welcher im Zentrum der Explosion einer Atombombe entsteht. Ein Atompilz kann mehrere Kilometer hoch sein, einen ebenso großen Radius besitzen und erinnert von der Form her an einen Pilz.

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Frage

Wie hoch kann ein Atompilz werden?

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Antwort

Atompilze können über 12 Kilometer hoch sein.

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Frage

Wie funktioniert eine Atombombe?

Antwort anzeigen

Antwort

In einer Atombombe sind zwei unkritische Massen eines spaltbaren Materials, welche durch eine kontrollierte Explosion zusammengeführt werden. Es kommt zu einer unkontrollierten Kettenreaktion der Kernspaltung und große Energiemengen werden frei gesetzt.

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Frage

Was ist eine kritische Masse?

Antwort anzeigen

Antwort

Eine kritische Masse ist die kleinste notwendige Masse, um eine kernphysikalische Kettenreaktion der Kernspaltung aufrechtzuerhalten.

Frage anzeigen

Frage

Welche spaltbaren Nuklide werden am häufigsten für Atomwaffen verwendet?

Antwort anzeigen

Antwort

Für Atomwaffen werden meist Uran-235 und Plutonium-239 verwendet.

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Frage

Wie viel Energie wird bei der Spaltung eines einzelnen Urankerns freigesetzt?

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Antwort

Es wird zwischen 150 und 200 MeV freigesetzt.

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Frage

Welche Sprengkraft hat eine Atombombe im vergleich zum herkömmlichen TNT Sprengstoff?

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Antwort

Eine Atombombe besitzt eine äquivalente Sprengkraft wie 16.000 Tonnen TNT.

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Frage

Welche Auswirkungen hat die Explosion einer Atombombe?

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Antwort

Durch die Explosion einer Atombombe kommt es zu einem Feuerball einer gewaltigen Druckwelle, hoher Strahlenbelastung und zu radioaktivem Niederschlag in den darauf folgenden Tagen.

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