Ein wenig Physik im Forum-2.

Geschrieben von Otto am 30. März 2005 15:35:59:

Über Kernwaffen bestehen oft falsche Vorstellungen ! Kernwaffen sind Kernspaltungswaffen(Fission) oder Kernfusionswaffen.
Für die Fission braucht man Materialien,die bei Neutroneneinfang ihre Kerne "spalten" wobei Neutronen frei werden(und 2 bis 3 Spaltprodukt-kerne).
Bekannt sind heute:Uran233,Uran235,Uran238 und Plutonium239.Man hört oft auch von spaltbaren Transuranen (Ordnungszahl größer94)aber da wird nichts drüber geschrieben!
Üblich heute sind U235 und Plutonium239 (U238 braucht schnelle Neutronen zur Spaltung und U233 ist zu selten!)
Kritische Masse: darunter versteht man die Masse einer massiven Vollkugel,bei der durch einzelne Neutronen(z.B. aus der Höhenstrahlung)eine Kettenreaktion einsetzt,(auch schon darunter gibt es Kernspaltungen,die aber schnell abklingen,aber zu einer radioaktiven Verseuchung langfristig führen!)
Die kritische Masse von U235 liegt irgendwo bei 48-50kg (Kugel mit 17cmDurchmesser)
Die kritische Masse von Plutonium bei etwa 12,5 kg (Kugel mit 11cm Durchmesser).
Könnte man durch ungeheuren Druck das Plutonium auf die doppelte oder dreifache Dichte komprimieren , so läge die kritische Masse weit unter 1 kg!
Sorgt man dafür,daß Neutronen aus Kernspaltungen die Kugel nicht verlassen können z.B. durch Reflektoren:Beryllium oder natürliches Uran oder durch Spiegel(Silizium...einkristalle) so wird die kritische Masse deutlich geringer:
U235 mit 10cm dicker Berylliumschicht:krit.Masse 14kg
oder Plutonium mit 24cm dicker Natur-uranschicht:krit.Masse 4,4kg
Bringt man also so eine kritische Masse zusammen,dann setzt die Kernreaktion ein: ein oder mehrere Neutronen aus der Höhenstrahlung spalten Kerne,dabei werden mehr Neutronen frei,die spalten wieder Kerne... der einzelne Prozess dauert ca 10 milliardelstel Sekunden , nach ca 55-56 Generationen sind über 1 kg der Materie gespalten und eine Energie von ca 25Millionen kWh freigesetzt worden (entsprechend 22000 Tonnen TNT).Der Rest des spaltbaren Materials ist bereits verdampft und die Reaktion bricht ab!
Die meiste (über99%)Energie wird in den letzten 5 Generationen freigesetzt(in 0,05 Mikrosekunden).
So "schön" klappt es aber nur, wenn die Reaktion genau in der Mitte der Kugel beginnt und daher sorgt man z.B. bei Plutoniumbomben dafür,daß im Zentrum der verwendeten Hohlkugel (die durch Sprengladungen zu einer (fast)Vollkugel zusammengedrückt wird sich eine Neutronenquelle (z.B.Radium-Beryllium) befindet.
Damit die Bombe sicher ist,muß also eine "kritische Masse" zunächst verhindert werden:1.Man teilt die Spaltmaterie in 2 oder mehrere Teile auf,die dann mit Hilfe von Sprengstoff zusammengeschoßen werden oder2.Man bringt die Spaltmaterie als Hohlkugel ein(unterkritisch) die dann durch außen angebrachten hochexplosiven Sprengstoff zu einer Kugel geformt und zusätzlich noch hoch verdichtet wird .
Kernspaltungsbomben sind nach oben in ihrer "Leistung" begrenzt,da es nicht gelingt viele Teilmassen innerhalb von milliardelstel Sekunden exakt zusammenzubringen, daher lagen ihre Sprengkräfte deutlich unter 500ktTNT.
Dagegen gab es bei Testversuchen oft Bomben,deren Sprengkraft bei wenigen hundert oder tausend kgTNT lagen.


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