Big Bang HTL 4, Schulbuch

Energie aus den Atomkernen 16 Thermodynamik und moderne Physik (IV. Jg., 8. Sem.) 149 Abb. 16.17: Schematische Darstellung der Hiroshima-Bombe: Sie enthielt in Summe etwa 51 kg U-235. TNT oder Trinitrotoluol ist ein herkömmlicher Sprengstoff. Um die Sprengkraft diverser Bomben vergleichen zu kön- nen, gibt man an, wie viel TNT dieselbe Wirkung erzielen würde. Das nennt man das TNT-Äquivalent (Tab. 16.2). Bei Kernbomben wird unglaubliche Energie innerhalb kürzester Zeit frei. Das führt zu Temperaturen von über 100 Millionen Kelvin. Außerdem kommt es zu einer starken Druckwelle, zu ionisierender Direktstrahlung und zu radioaktiven Rück- ständen, dem Fallout. Letzteres macht die besondere Ge- fährlichkeit von Kernwaffen aus, da diese Wirkung nicht auf den Moment der Explosion begrenzt ist, sondern Jahre oder sogar Jahrtausende andauern kann. Eine Weiterentwicklung im Arsenal des Schreckens ist die Wasserstoffbombe , eine Fusionsbombe. In dieser wird zuerst eine Kernspaltungsbombe gezündet. Die dabei entstehende Hitze führt zur Fusion von Deuterium- und Tritiumkernen, die sich in einem Extratank befinden und deren Sprengkraft die einer reinen Spaltungsbombe weit übersteigt. Die stärkste jemals gezündete Wasserstoffbombe war die russische Zar-Bombe . Sie setzte bei der Explosion so viel Energie frei, dass man Österreich damit ein Vierteljahr versorgen könnte. Die Sprengkraft ist mit einem TNT-Würfel mit einer Seiten- länge von 326m vergleichbar (Tab. 16.2)! Abb. 16.18: Die Hiroshima-Bombe hatte den Spitznamen „Little Boy“. Angesichts der Tatsache, dass durch den Abwurf etwa 150.000 Menschen starben, ist das mehr als nur zynisch! Abb. 16.19: Explosion der ersten Wasserstoffbombe „Ivy Mike“ in einem Atoll 1952 (Sprengkraft 10,4 Megatonnen). Bombe/Typ TNT- Äquivalent Energie Seitenlänge „TNT-Würfel“ Hiroshima 1945 Uran-Bombe 13 kT 5,5 · 10 13 J 20 m Nagasaki 1945 Plutonium-Bombe 22 kT 9,2 · 10 13 J 24 m „Ivy Mike“ 1952 Wasserstoff-Bombe 10,4 MT 4,4 · 10 16 J 185 m Zar-Bombe 1961 Wasserstoff-Bombe 57 MT 2,4 · 10 17 J 326 m Tab. 16.2: Beispiele für freigesetzte Energien bei verschiedenen Kernbomben: 1 kT TNT entspricht 4,2 · 10 12 J. Ein Kubikmeter TNT hat eine Masse von 1650 kg. Zusammenfassung Um die verheerende Wirkung von Kernwaffen zu erzielen, nutzt man Kernspaltung und/oder Kernfusion aus, die man in überkritischen Kettenreaktionen ablaufen lässt. Z Bearbeite die Aufgaben! Energie aus den Atomkernen Recherchiere, wie es zu den Katastrophen in Tscherno- byl und Fukushima kam. Wie stark wurden die Bevölkerung der umliegenden Städte und vor allem das „Aufräumpersonal“ verstrahlt? Wie ist die Situa- tion heute in der Umgebung der Kraftwerke? Recherchiere, was man unter schnellen Brütern versteht. Was ist ein Schwimmbadreaktor? Was versteht man unter Gaszentrifugen? Was versteht man unter „Yellow cake“? Welche weiteren großen Störfälle gab es in Kernkraftwerken? Welche Kern- kraftwerke sind an den Grenzen zu Österreich in Betrieb? Schätze die Belastung in mSv ab, wenn man einen Liter Milch trinkt, die mit 100Bq strahlt und 12 Stun- den im Körper verweilt. Schätze die Energie pro β -Teilchen mit 1MeV ab. Wie ist daher das Vernichten der Milch nach der Tschernobyl-Katastrophe einzu- schätzen? L Eine typische Nettoreaktion in einem Fusionsreaktor lautet 3 · 2 H = 4 He + n + p + 21,6MeV. Berechne, wie lange der Vorrat an Deuterium (relative Häufigkeit 0,00015) aus dem Meerwasser reichen würde, um den derzeitigen Energieverbrauch der Menschen (10 13 J/s) durch Fusionsenergie zu decken. Nimm an, dass 2/3 der Erdoberfläche mit Wasser bedeckt sind, das im Schnitt 3 km tief ist. L Recherchiere, was man in Zusammenhang mit Kernfusion unter Tokamaks und Stellaratoren ver- steht. Wie ist der aktuelle Stand bei der künstlichen Kernfusion? 16 F9 A1 F10 A1 F11 A2 F12 A2 F13 A1 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv