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Nicht zivile Nutzung der Kernenergie unter technischen und kritischen Gesichtspunkten
Stichwort: Atombombe
Cornelius Poth
Atomkraft unter nicht ziviler NutzungCornelius Poth
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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 NutzungCornelius Poth
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Der Atomkern
+
+n+n
n n
+ n +
n+
Kernkräfte wenn Protonen und Neutronen nahe beieinander sind (10-15m ≙ 1fm)Kernkräfte bei sehr großen Kernen wenig wirksam (ab Massezahl 140 α-Zerfall, ab 230 spontane Spaltung)
fm = Fermimeter
Zur Erinnerung:
209
Po84
Nukleonen(Protonen u. Neutronen)
Protonen
Isotope bestimmen sich nur durch die Neutronenzahl
209
Po84
+205
Pb82
→4
He2
α-Zerfall
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4
Zerfall (mit thermischem Neutron)
+
+n+n
n n
+ n +
n+n
+ ++
n
n n
++
+nn
n
n
235
U92
+236
U92
→1
n0
235U Spaltung – verschiedene Spaltprodukte möglich
spontan
→144
Ba56
89
Kr36
3+1
n0
+ + 198 MeV
kurzlebig
235
U92
+236
U92
→1
n0
spontan
→140
Cs55
94
Rb37
2+1
n0
+ + 198 MeV
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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 Masseunreflektiert reflektiert
Uran 233 16,5kg 7,5kg
Uran 235 49,0kg 22,8kg
Plutonium 239 10,0kg 5,42kg
Plutonium 240 158,7kg 148,4kg
Reflektoren (Bsp.): Wolframcarbid, Beryllium
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Anreicherung von Uran
Zusammensetzung von Natururan:99,3% 238U 0,7% 235U
Kernkraftwerke werden meist mit 3-5% 235U betrieben, für den Bombenbau braucht man eine Anreicherung von rund 90%, mindestens 80%.
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Anreicherung von Uran (Zentrifugalverfahren)
Vorgang muss oft wiederholt werden
UF6
235UF6
238UF6238UF
6
Quelle: http://www.urananreicherung.de/images/zentrifugenhalle.jpg
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Bombenbau nach dem Gun-Design
Quelle: http://de.wikipedia.org/wiki/Kernwaffentechnik
Quelle: http://de.wiktionary.org/wiki/Atombombe
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Quelle: http://en.wikipedia.org/wiki/Little_B
oy
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 235U wurde umgewandelt
Neutronenreflektor: Wolframcarbid
Neutronenquelle: Polonium-Beryllium
13,4kT TNT Equivalent
(L:3,2m/∅0,7m/4t/Zündhöhe 580m GND)
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Implosionsbombe
Quelle: http://de.wikipedia.org/wiki/Bild:Implosionsbombe3.png
Prinzip der Bombe, die in Nagasaki geworfen wurde
Spaltmaterial war 239Pu (Plutonium)
Quelle: http://de.wikipedia.org/wiki/Bild:Fat_man.jpg
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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
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Hiroshima
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16. Juli 1945 - Trinity
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Tests (67) auf Bikini Atoll (1946-1958)
24. Juli 1946 „Crossroads Baker“ 23kT
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Testmöglichkeiten
Quelle: http://commons.wikimedia.org/wiki/Image:Types_of_nuclear_testing.svg
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Folgen der Automwaffentests
Hoher Fallout, der Weltweit messbar war und ist.
1963 war die 14C Konzentration fast verdoppelt (gegenüber dem „Naturgehalt“)
Vertrag zum Verbot von Nuklearwaffentests (in Atmosphäre, Weltraum und Wasser), Okt. 1963
Frankreich und China bis 1980 noch oberirdische Tests, bis heute nicht beigetreten seit des Zustandekommens verringert sich der 14C Gehalt wieder Wegen Einflussnahme auf Radiokohlenstoffdatierungen spricht man auch vom
Kernwaffeneffekt
⇒ Atomwaffentests nur noch unterirdisch
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17
0
200
400
600
800
1000
1200
1039
718
198
45 453 2 1 1
Bisher bekannte Kernwaffentests
Quelle: http://www.ga.gov.au/oracle/nukexp_form.jsp
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Infos & Downloads
http://www.cpoth.de
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