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Wie funktioniert eigentlich eine Uran-Atombombe...

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  #1  
Old 10-13-2005, 02:21 PM
Thomas Müller
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Hallo,
wie funktioniert eigentlich eine Uran-235-Atombombe? Beim Thema Kernreaktor
hört man immer wieder, dass die Neutronen moderiert werden müssen, weil bei
zu hohen Energien der Wirkungsquerschnitt zu klein ist. Warum geht es dann
in einer Atombombe?

Oder ist der Wirkungsquerschnitt da genauso niedrig, und es kommt nur durch
die höhere U235-Konzentration und die evtl Reflektoren zum Knall?

Danke für Antworten,
Thomas
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  #2  
Old 10-13-2005, 04:42 PM
Yücel Kaptan
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"Thomas Müller" <[Only registered users see links. ]> schrieb:

U235 kann durch schnelle und durch langsame Neutronen gespalten werden. Genauso
U233 und Pu239. Diese Stoffe fliegen dir also ohne Moderatoren um die Ohren.
Andere Stoffe werden nicht durch schnelle Neutronen gespalten und benötigen Moderatoren
die die Neutronen verlangsamen ohne sie zu absorbieren.

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  #3  
Old 10-13-2005, 06:51 PM
Carla Schneider
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Thomas Müller wrote:

Ich rate mal:
Das U238 faengt gerne schnelle Neutronen ein, (deshalb auch schneller Brueter).
Langsame Neutronen werden dagegen vom U238 nicht so stark absorbiert
und haben daher trotz der niedrigen Konzentration
bessere Chance auf ein U235 Atom zu treffen und es zu spalten.
Schwerwasserreaktoren koennen sogar mit Natururan (0.7% U235) betrieben
werden, Leichtwasserrreaktoren brauchen etwas angereichertes U235 -
Die Protonen
im Wasser absorbieren gerne die langsamen Neutronen ,
die Deuteronen dagegen viel weniger, und wenn weniger verloren gehen,
kann die Konzentration des spaltbaren U235 niedriger sein.


--
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  #4  
Old 10-14-2005, 02:15 AM
Rainer Willis
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Thomas Müller wrote:

Hallo Thomas,

Muller erklärt das in seiner Vorlesung "Nukes" (gehalten am 27.09 und 29.09) ganz gut:

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Ich mag ihn allerdings nicht besonders, er ist ein hardliner, der u.a. Bush berät.

Wie auch immer: möge es nützen!

Gruß, Rainer
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  #5  
Old 10-14-2005, 03:51 AM
Hendrik van Hees
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Rainer Willis wrote:



Ich kenne den Mann ja nicht, aber nur weil er Bush berät, muß er doch
nicht schlecht sein. Stell' Dir mal vor, Bush wäre völlig
unberaten ;-)).

--
Hendrik van Hees Texas A&M University
Phone: +1 979/845-1411 Cyclotron Institute, MS-3366
Fax: +1 979/845-1899 College Station, TX 77843-3366
[Only registered users see links. ] mailto:[Only registered users see links. ].edu
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  #6  
Old 10-14-2005, 09:07 AM
Dieter Wiedmann
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Hendrik van Hees schrieb:


So wie beim Radfahren und Brezelessen.:-)


Gruß Dieter
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  #7  
Old 10-14-2005, 03:51 PM
Carsten Thumulla
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Hallo Felix,


Es war mal von Polyäthylen in Minibomben (Rucksackbomben 1kTonne) die
Rede. Stimmt das?


Gruß
Carsten cPUNKTthuATarcorPUNKTde
--
Da sitzen wir nun, mit dem Gemüt eines Affen und der Atombombe in der Hand.
frei nach Konrad Lorenz
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  #8  
Old 10-14-2005, 07:04 PM
Andreas Erber
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Thomas Müller wrote:

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Kritische Masse
Die kritische Masse bezeichnet die geringste Menge eines spaltbaren
Materials, die notwendig ist, eine Kettenreaktion aufrecht zu erhalten.
Allerdings ist die kritische Masse auch abhängig von Parametern wie der
Kompression des Materials, so dass im Allgemeinen keine untere Grenze
angegeben werden kann. Diese kritische Masse reagiert allerdings nur, wenn
sie kompakt zusammen vorliegt. Bei der Bearbeitung spaltbaren Materials ist
es daher eine Voraussetzung, nur Mengen, die geringer sind als die kritische
Masse, zu einer Zeit handzuhaben. Alternativ werden etwa chemische
Reaktionen in flachen Wannen durchgeführt, wo das Material über weite
Flächen verteilt ist.



Moderatoren
Die Wahrscheinlichkeit für eine Kernspaltung nimmt i.d.R. mit wachsender
Neutronenenergie ab. Bei 232Th und 238U ist die Wahrscheinlichkeit für
Konkurrenzprozesse wie die inelastische Streuung und Neutroneneinfang so
hoch, dass eine Kettenreaktion mit schnellen Neutronen nicht zustande kommen
kann. Anders verhält es sich mit 233U, 235U und 239Pu. Hier ist Kernspaltung
mit schnellen Neutronen möglich, was in Atomwaffen und im schnellen Brüter
ausgenutzt wird. In gewöhnlichen Reaktoren werden die Neutronen jedoch mit
einem Moderator abgebremst.

Kernreaktoren arbeiten meistens mit U-235 oder Plutonium, welche
vorzugsweise durch langsame (thermische) Neutronen gespalten werden. Bei
einer Kernspaltung entstehen aber schnelle Neutronen, welche nur selten eine
Spaltung hervorrufen. Daher muss die Geschwindigkeit der Neutronen reduziert
werden.

Das Abbremsen der Neutronen geschieht mittels elastischen Stoßes mit anderen
leichten Atomkernen, die allerdings keine Neutronenabsorption aufweisen
dürfen. Von den leichten Elementen sind dadurch Lithium und Bor
ausgeschlossen. Theoretisch denkbar sind Wasserstoff, Deuterium, Helium,
Beryllium und Kohlenstoff. Technisch genutzt werden Wasserstoff
(Leichtwasserreaktor), Deuterium (Schwerwasserreaktor) und Kohlenstoff in
Form von Graphit (Brutreaktor, Kugelhaufenreaktor).

Gleichzeitig findet jedoch auch eine Absorption (Verschlucken) von Neutronen
in Materialien statt, die zur Kernspaltung nicht beitragen, etwa U-238 oder
das Reaktorbaumaterial; diese Absorption findet vorzugsweise für
mittelschnelle Neutronen statt. Insofern besteht das Aufrechterhalten der
Kernreaktion darin, genügend Neutronen abzubremsen, die eine Kernspaltung
bewirken.

Nun zur Atombombe, im Besonderen Little Boy:
[Only registered users see links. ]

Design
Little Boy wurde nach dem primitiven, aber sehr zuverlässigen Gun-Design
entworfen. Die Technik galt als so sicher, dass keine Probezündung
durchgeführt wurde. Die einzige vorherige Probezündung einer Atombombe war
der Trinity-Test, die Waffe war aber nach dem Implosions-Design gebaut, wie
die später abgeworfene Fat Man.

Beim Gun-Design werden zwei unkritische Uranmassen benutzt, die bei der
Detonation durch den Einsatz von konventionellem Sprengstoff zu einer
kritischen Masse vereint werden und es so zur Kettenreaktion kommt, die in
der atomaren Explosion endet. Dieses Design ist nicht nur simpel, sondern
auch gefährlich, daher wurden spätere Atombomben, die für einen Einsatz
geplant waren, nach moderneren Designs gebaut.

Die Atombombe wurde während des Fluges nach Hiroshima von Navy-Captain
Parsons armiert und geschärft.

Little Boy enthielt 64 kg Uran mit einem Anteil von 80% U235. Nach heutigen
Schätzungen wurde aber nur ca. 1kg zur Spaltung gebracht.

Bei Atomwaffen benutzt man keinen Moderator sondern einen einen
Neutronenreflektor der die Neutronen wieder zurück ins Uran reflektiert. Bei
Little Boy wars Wolframkarbid. Anscheindent nutzt man auch noch
Polonium-Beryllium als Neutronenquelle. Ich nehme an, dass bei
Neutronenbeschuss dieses Material viel mehr mehr Neutronen freiwerden als
nötig sind!



LG Andy


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  #9  
Old 10-14-2005, 09:01 PM
gert_kemm
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Thomas Müller schrieb:

Guten Abend!
Deren Wirkungsweise muss man verstehen. Zum Verständnis dient die
Frage, warum ein solcher Detonationskörper im ungezündeten Zustand
aus zwei Hälften besteht, die dann bei Zündung mittels eines
konventionellen Sprengsatzes gegeneinander geschossen werden. Eine
modellhafte Betrachtung geht davon aus, dass es sich um "Permutationen"
handelt, die in dem entsprechenden angereicherten Uran stattfinden. In
den getrennten Hälften verursacht die Anzahl der Permutationen keine
kritische Erwärmung. Nach hochenergetischer Vereinigung der Hälften
muß in gleicher Zeit die doppelte Anzahl von Neutronen "permutieren" -
dies führt zu einer extremen Erhitzung, die allerdings immer noch
durch den Druck des herkömmlichen Sprengsatzes und die Stahlhülle
"verdämmt" wird. Erst, wenn der durch die Erhitzung erzeugte Druck
diese "Verdämmung" überwindet, kommt es zur Detonation.
MfG Gerhard Kemme

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  #10  
Old 10-14-2005, 11:07 PM
Kai-Martin
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Carsten Thumulla wrote:


Was wäre der Vorteil von PE gegenüber Graphit?

Mir fallen nur Nachteile ein:

* Niedriges spezifisches Gewicht --- 0.96 g/cm^3 gegenüber 2.2 g/cm^3
--> Mehr Volumen bei gleicher Masse

* Niedriger Schmelzpunkt --- 105 °C gegenüber 3500 °C
--> Schlecht, denn die gerade so nicht kritische Menge an spaltbarem
Material wird sich vermutlich durch spontane Zerfälle aufheizen.



Mit den oben angedeuteten Argumenten hätte ich auf "Nein" getippt. Eine
Googelei nach 'nuclear bomb polyethylene' belehrt mich teilweise eines
Besseren:

Zitat: [Only registered users see links. ]
-------------------------------------------------------------
[...]The best neutron-shielding materials have low-atomic number materials
such as lithium or boron-loaded polyethylene.
-------------------------------------------------------------

Wenn der Wasserstoff durch Lithium oder Bor ersetzt wurde, hat man
offensichtlich einen der besten bekannten Moderator.

Andererseits hat Felix ja schon festgestellt, dass man in Bomben eher keinen
Moderator möchte. Die dazu gehörige Argumentationskette findet sich zum
Beispiel hier:

[Only registered users see links. ]
------------------------------------------------------
For purposes of producing a non-explosive pile, the trick of using a lattice
and a moderator suffices - by reducing parasitic capture suffi-ciently. For
purposes of producing an explosive unit, however, it turns out that this
process is unsatisfactory on two counts. First, the thermal neutrons take
so long (so many micro-seconds) to act that only a feeble explosion would
result.
--------------------------------------------------------

Es bleibt also beim "Nein".

---<(kaimartin)>---

--
Kai-Martin Knaak
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Tags
eigentlich , eine , funktioniert , uranatombombe , wie


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