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Wie kann mir die Physik bei einer Atombombenexplosion helfen?
     

Zum Glück ist die Bedrohung durch den kalten Krieg stark zurückgegangen. Aber Terroristen könnten immer noch genug Blödsinn machen. Betrachten wir eine Atombombe. Wie funktioniert diese und wie leicht ist eine solche Bombe zu bauen?

Betrachten wir die Wirkung einer Atombombe - aufgenommen auf dem Bikini-Atoll - sie benötigen den Real-Player.

Für eine Atombombe benötigen wir ein Material, das instabilen Atomkerne besitzt. Trifft ein Neutron auf den Kern, nur Neutronen können sich einem Atomkern leicht nähern, da diese nicht elektrisch geladen sind und damit nicht von den positiv geladenen Protonen im Kern abgestossen werden können, bricht der Kern auseinander. Den Kern kann man als einen Wassertropfen betrachten. Aus ihm werden dann zwei kleinere Kerne und ein paar kleinere Bruchstücke. Meist handelt es sich bei den Bruchstücken um einzelne Neutronen. Diesen Vorgang bezeichnet man als Kernspaltung (engl. Fission). Wenn der Kern auseinander bricht, werden auch Neutronen frei. Diese Neutronen können nun wieder andere Atomkerne treffen, die wiederum Atome spalten können. Diese Neutronen haben eine hohe Energie. Damit es zu einer Atombombenexpolsion kommt, müssen pro gespaltenem Atomkern mindestens 3 Neutronen frei werden. Ein bis zwei Neutronen treffen keine anderen Atomkerne beziehungsweise werden sie so stark abgebremst, dass sie keine anderen Kerne mehr spalten können. Deshalb müssen ausreichend Neutronen pro Kernspaltung frei werden. Bei Kernreaktoren wird die Anzahl der nutzbaren Neutronen, das bedeutet die Neutronen mit der richtigen Geschwindigkeit usw., durch Moderatoren gesteuert. Bei einer Atombombe geht es darum möglichst viele dieser Neutronen zu bekommen.
Kommt es zu einem Spaltvorgang wird sehr viel Energie frei. Die meiste Energie steckt in der Bewegungsenergie der Spaltprodukte und der Neutronen. Zusätzlich entsteht noch Strahlung.

Bei Atombomben müssen wir zwischen Uran und Plutoniumatombomben unterscheiden.

Bei einer Uranatombombe wird Uran235 als spaltbares Material verwendet. Die Zahl 235 ist die Nukleonenzahl. Das bedeutet, dass sich im Atomkern insgesamt 235 Protonen und Neutronen befinden. Sobald man ausreichend viel Uran235 auf einem Ort zusammenbringt, beginnt selbstständig eine Kettenreaktion einzusetzen. Diese Bomben sind relativ einfach zu bauen. Man könnte zwei Halbkugeln bestehend aus Uran 235 nehmen und diese zusammengeben.

Theoretische hätte man dann eine Atombombe, aber ganz so einfach ist das auch wieder nicht. Es würde zwar eine kleine Explosion geben, aber es wäre nur die unmittelbare Umgebung verseucht.

Das Material würde bei dieser Konstruktionsweise nicht lange genug zusammengehalten. Die beiden Halbkugeln werden wie bei einer Explosion auseinandergerissen. Nur wenige Atome haben an der Kernspaltung teilgenommen - der große Rest der beiden Halbkugeln verteilt sich dann über einen größeren Raumbereich. Die Umgebung ist zwar kontaminiert, aber die Nachbargebäude stehen noch.

Es ist schon ein wenig komplizierter. Man formt zwei Halbkugeln aus Uran 235 und fräst aus der Mitte der beiden Halbkugeln einen Hohlzylinder heraus. Dann verbindet man die beiden Halbkugeln. Es ist noch keine kritische Masse erreicht, denn das zentrale Stück fehlt noch in der Mitte - dort wo man den Hohlzylinder herausgefräst hat. Es kommt zwar vereinzelt zu Kernspaltungen, aber die meisten Neutronen können in das Freie gelangen und treffen nicht auf andere Uranatome. Nachdem man die beiden Halbkugeln zusammengefügt hat, ist in der Mitte Platz für einen Stab.

Schießt man einen Stab aus Uran235 in die Kugel, so kann die Kugel lange genug zusammenhalten und es kommt zu einer Atombombenexplosion.

Man spricht bei dieser Konstruktion von der Gunshot-Konstruktion. Der Uran235-Stab wird mit einem konventionellem Sprengstoff in die Urankugel hineingeschossen. Ein leicht radiaktives Material sorgt dafür, dass am Anfang ausreichend Neutronen entstehen und die Kettenreaktion lässt sich nicht mehr aufhalten.

Man kann die Urankugel noch mit Berylium ummanteln. Dadurch werden die Neutronen aus dem Inneren, die nach außen gelangen würden, wieder in das Innere reflektiet. Dadurch kommt man mit weniger Uran aus. Eine mit Berylium umhüllte Uran235-Kugel hätte den Durchmesser von rund 20-30 cm - in Abhängigkeit der Reinheit des Uran235. Für Terroristen ist diese Konstruktion relativ einfach herzustellen, aber zum Glück ist waffenfähiges Uran235 sehr, sehr schwer zu bekommen. Ein paar Gramm nützen auch nichts, man braucht gleich ein paar Kilogramm.

Bei der Plutoniumbombe ist die Konstruktion schon etwas schwieriger. Man erreicht nicht so einfach die kritische Masse. Damit eine Kettenreaktion einsetzen kann benötigt man nicht nur Neutronen, sondern vorallem schnelle Neutronen. Die Atomkerne müssen relativ knapp beieinander sein, denn sonst würden die Neutronen zu rasch abgebremst werden und könnten keine anderen Atomkerne mehr spalten. Will man eine solche Bombe bauen, muss man schon Spezialist für Sprengstoffe sein. Es wird wieder eine Kugel, dieses mal aus Plutonium239, gegossen. Diese Kugel wird dann in mehrere Segmente zerschnitten.

Diese Segmente müssen nun durch gezielte Sprengladungen zusammengebracht werden. Dabei entsteht eine ultrahochverdichtete Kugel und die schnellen Neutronen können dann andere Atomkerne spalten.

Das knifflige ist, die Kugel, trotz der einsetzenden Kernspaltung so lange zusammenzuhalten, bis eine vollständige Kettenreaktion auftritt.

Es gibt nur wenige Spezialisten für Sprengstoff, die eine solche Konstruktion auch tatsächlich bauen können. Es ist nicht zu rechnen, dass Terroristen eine solche Bombe bauen können. Die Konstruktion ist extrem kompliziert und man muß unterschiedliche Sprengstoffe exakt zum richtigen Zeitpunkt zünden.

Bei einer Wasserstoffbombe wird Wasserstoff fusioniert. Das bedeutet, dass vier Wasserstoffatome zu einem Heliumatom verschmelzen. Dabei wird enorm viel Energie frei. Die Sonne erzeugt ihr Licht nach diesem Prinzip, und das schon sehr lange. Das Problem besteht darin, dass sich Wasserstoffatomkerne, bestehend aus Protonen, aufgrund der positiven elektrischen Ladung abstoßen. Man muß zuerst sehr viel Energie aufwenden, bis man die einzelnen Protonen sehr nahe zusammenbringt. Mit einfachen Mitteln funktioniert das leider noch nicht. Deshalb nimmt man eine kleine Atombombe und neben dem Sprengsatz befindet sich Wasserstoff. Durch die Atombombe wird der Wasserstoff so stark "zusammengedrückt", dass eine Fusion entsteht. Für Terroristen unbaubar - wirklich.

In der heutigen Zeit sind die Schmutzigen Bomben viel gefährlicher. Dabei wird konventioneller Sprengstoff mit readioaktivem Material vermengt. Diese Bomben haben ein Sprengkraft, die mit einer normalen Bombe zu vergleichen ist. Die Gefahr geht aber von dem radioaktivem Materal aus, dass feinst verteilt in die Umgebung abgegeben wird. Leicht radioaktives Material bekommt man realtiv einfach, denken wir nur an die Spitäler. Dort fallen jeden Tag leicht radioaktive Substanzen an.

Betrachten wir die Gefahren einer Atombombenexplosion:

Befinden Sie sich in unmittelbarer Nähe einer Atombombendetonation, so werden Sie aller voraussicht nicht sehr viel mitbekommen. Der menschliche Körper verdampft einfach.

Bei der Explosion entsteht zuerst ein greller Lichtblitz und ein paar Sekunden später erreicht uns eine gigantische Druckwelle. Deshalb ist es wichtig in Deckung zu gehen und nicht in Richung der vermeintlichen Explosion zu blicken. Das Problem besteht darin, dass man eine Atombombenexplosion erst durch den extrem grellen Lichtblitz wahrnimmt - wahrscheinlich ist man dann schon stark geblendet. Man sollte sich mindestens 2 Minuten in Deckung befinden, denn nach der Druckwelle, wird die Luft wieder in das Explosionszentrum hineingesaugt. In dieser Phase besteht die größte Gefahr durch umherfliegende Teile. Betreten Sie dann einen geschlossenen Raum, achten Sie bitte darauf, dass Sie keinen Staub in den Raum hineintragen. Am besten ist es sich von der Kleidung zu befreien und sofort zu duschen und den gesamten Staub abzuwaschen (Fingernägel putzen nicht vergessen).
Befinden sie sich in einem Raum, so gehen sie sofort an der der Explosion zugewandten Wand in Deckung gehen. Durch die Druckwelle werden die Fenster zerbersten und die Glassplitter können arge Verletztungen verursachen. Dehalb unter den Fenstern in Deckung gehen und mindestens 2 Minuten warten.

Die größte Gefahr geht nicht von der bei der Explosion frei werdenden Strahlung aus. Gegen diese Strahlung kann man sich nur durch massive Bunker (15 cm Beton reduziert die Strahlung auf fast die Hälfte) beziehungsweise durch eine ausreichend große Entfernung schützen. Die größere Gefahr geht vom radioaktiven Staub aus. Einzelne Elemente, wie zum Beispiel Jod oder Cäsium, die normalerweise harmlos sind, werden durch die Bestrahlung radioaktiv. Diesen Staub atmen wir ein, oder nehmen ihn über die Nahrung auf. Einzelne Elemente wie zum Beispiel Jod wird dann in den Körper eingebaut. Dieses radioaktive Jod kann dann direkt durch den radioaktiven Zerfall im Körper einzelne Zellen zerstören. So können Verbrennungen im Inneren des Körpers entstehen. In weiterer Folge entsteht Krebs. Deshalb sollte man auch bei Unfällen mit Kernreaktoren Jodtabletten nehmen. Dadurch bekommt der Körper mehr als notwendig Jod, das nicht verstrahlt ist und baut dann das radioaktive Jod nicht mehr ein.

Man sollte ein paar Stunden nach einer Atombombenexplosion den Raum nicht verlassen und darauf achten, dass kein Staub in die Wohnung kommt. Am besten verschließt man die Fenster, sofern möglich, und legt feuchte Decken in die Ritzen der Türen und Fenster. Die meisten radioaktiven Substanzen zerfallen nach relativ kurzer Zeit (ein paar Stunden) und sind dann nicht mehr extrem gefährlich. Sollte man die Wohnung verlassen, empfiehlt es sich eine Staubmaske, oder noch besser eine Schutzmaske aufzusetzten. Gerade die Lunge reagiert besonders empfindlich auf radioaktivem Staub.
Trotzdem gibt es immer noch genügend radioaktive Substanzen, die von Tieren gefressen werden, von Pflanzen eingebaut werden, die uns massiv schaden können. Deshalb sollte man Tiere und Pflanzen nicht aus Zonen, die radioaktiv verseucht wurden, essen.

Nach einer atomaren Katastrophe sollte man, sobald sich der Staub gelegt hat, sofort den verseuchten Bereich verlassen. Schutzmaske gegen den Staub nicht vergessen und optimalerweise Regenschutzkleidung anziehen. Dadurch kann weniger Staub zum Körper gelangen. Denken Sie daran, dass wahrscheinlich Fahrzeuge mit einer Elektronik nicht funktionieren. Die Elektronik wird bei einer Atombombenexplosion durch einen elektromagentischen Impuls zerstört - das trifft so ziemlich für alle elektrischen Geräte wie Radio und Fernsehen zu. Mit einem Fahrrad ist man wahrscheinlich am besten bedient.

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