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Kernwaffe

Bombe, die ihre Explosionskraft aus Kernspaltung oder Kernfusion bezieht
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Modell der Fat-Man Bombe

1:1-Modell der über Nagasaki abgeworfenen
Bombe im Bradbury Science Museum,
Los Alamos (20 kt Sprengkraft)
(siehe Copyrighthinweis)

Modell der Little-Boy Bombe
1:1-Modell der über Hiroshima abge-
worfenen Bombe im Bradbury Science
Museum, Los Alamos (13 kt Sprengkraft)
(siehe Copyrighthinweis)


Zu den Atomwaffen, auch Kernwaffen genannt, gehören alle Waffen, die ihre Explosionsenergie durch Kernspaltung oder Kernfusion gewinnen. Sie gehören zu den ABC-Waffen.


Strategische Atomwaffen

Strategische Atomwaffen sind Atomwaffen mit großer Sprengkraft, die nicht auf dem Gefechtsfeld eingesetzt werden, sondern Ziele im gegnerischen Hinterland zerstören sollen, wie z.B. ganze Städte oder Silos von Interkontinentalraketen. Ihre Sprengkraft reicht vom Kilotonnenbereich bis zu etwa 25 Megatonnen TNT bei der Wasserstoffbombe. Die bisher größte Wasserstoffbombe wurde Anfang der 60er Jahre in der Sowjetunion gezündet. Sie hatte eine Sprengkraft von 60.000.000 t (60 Megatonnen) TNT. Zum Vergleich: die Hiroshimabombe hatte eine Sprengkraft von 13.000 t (13 Kilotonnen) TNT.

Strategische Atomwaffen sind

  • Seegestützte Raketen mit Atomsprengkopf, die von U-Booten gestartet werden

Eine Rakete kann je nach Bauart auch mehrere Atomsprengköpfe transportieren.

Taktische Atomwaffen

Taktische Atomwaffen, auch atomare oder nukleare Gefechtsfeldwaffen genannt, werden ähnlich wie konventionelle Waffen gezielt gegen gegnerische Verbände oder Einheiten eingesetzt, besitzen aber eine höhere Sprengkraft. Ihre Sprengkraft ist aber für Atomwaffen vergleichsweise niedrig, sie reichen bis zu einigen hundert Kilotonnen TNT. Die kleinste taktische Atomwaffe in Truppendienst hat eine Sprengkraft von lediglich circa 0,3 KT.


Taktische Atomwaffen gibt oder gab es als

  • Raketen zur U-Boot-Abwehr
  • Taktische Raketen kurzer Reichweite (z.B. "Lance", "Honest John")

Diskutiert wurden daneben auch

  • Atomminen
  • Im Weltraum stationierte Atombomben
  • Torpedos zur U-Boot-Abwehr


Konstruktionsprinzip von Atombomben

Das Nuklearmaterial (waffenfähiges Plutonium, angereichertes Uran) zerfällt spontan und setzt dabei Neutronen frei, die den Zerfall weiterer Atome und damit die expotentielle Verstärkung des Prozesses auslösen. Eine klassische Atombombe wird im wesentlichen so gebaut, dass zum beabsichtigten Zeitpunkt mehrere Teile des spaltbaren Materials zusammen kommen, so dass sie gemeinsam die kritische Masse überschreiten, jedes Teil für sich allein jedoch die kritische Masse unterschreitet. So lassen sich an den inneren Enden eine Stahlzylinders zwei Halbkugeln des spaltbaren Materials positionieren, deren flache Seite nach innen zeigt. Jeweils zwischen der runden Seite einer Halbkugel und der Innenwand des Stahlzylinders befindliche konventionelle Sprengsätze lassen bei Zündung der Atombombe die Halbkugeln aufeinander rasen, die sich zu einer Vollkugel vereinigen. Diese überschreitet die notwendige kritische Masse und bringt die nukleare Kettenreaktion in Gang.

Die Uran-Bombe, die über Hiroschima abgeworfen wurde, war so konstruiert. Die Bauweise galt als so sicher, dass auf eine vorausgehende Testzündung verzichtet wurde.

Eine andere Bauweise ist die Implosionsbombe, die über Nagasaki abgeworfen wurde. Dabei befindet sich in der Mitte das spaltbare Material (i.A. Plutonium) als nicht-kritische Masse, entweder als Voll- oder als Hohlkugel. Um das spaltbare Material herum befinden sich mehrere Schichten hochexplosiven Sprengstoffs. Bei der Zündung richtet sich die Explosionsenergie ins Zentrum der Kugel und komprimiert das spaltbare Material so stark, dass die Masse kritisch wird. Diese Bauweise gilt als wirkungsvoller, ist allerdings auch technisch wesentlich anspruchsvoller, daher wurde sie vorab in Nevada getestet ("Trinity-Test", siehe unten).

Entscheidend ist bei beiden Konstruktionsprinzipien, dass die Kettenreaktion erst dann einsetzen darf, wenn der Kernbrennstoff hinreichend überkritisch geworden ist. Denn die durch die Kettenreaktion erzeugte Energie verdampft das Spaltmaterial und treibt es damit auseinander, wodurch die Kritikalität wieder zerstört wird. Würde die Kettenreaktion sofort beim Erreichen der Kritikalität einsetzen, würden nie ausreichend Neutronen gebildet, um große Mengen des Kernbrennstoffs umzusetzen. Folglich würde die Sprengkraft einer solchen Bombe kaum über die des verwendeten chemischen Zündsprengstoffs hinaus gehen. Erfolgt hingegen die Zündung erst dann, wenn das System stark überkritisch ist, bildet sich eine Neutronenlawine, bevor die Hitze den Sprengsatz selber zerstört. Dabei verlässt man sich nicht auf die Neutronen aus der spontanen Spaltung, sondern es wird in dem Augenblick, in dem die höchste Überkritikalität erreicht ist, ein spezieller Neutronengenerator gestartet.

Hinderlich für die Zündung im richtigen Zeitpunkt ist die Produktion von Neutronen durch den spontanen Zerfall des Spaltstoffs. Insbesondere bei Plutonium ist die Neutronen-Produktion wegen des unvermeidbaren Anteils von Plutonium-240 hoch, so dass die komplizierteren Implosionszünder verwendet werden müssen. Da 240Pu durch Neutroneneinfang aus 239Pu gebildet wird, das seinerseits durch Neutroneneinfang aus 238U entsteht, ist der Anteil an 240Pu umso größer, je höher der Abbrand des Kernbrennstoffes ist. Reaktoren, die waffenfähiges Plutonium herstellen sollen, werden deshalb mit geringem Abbrand betrieben. In Atomkraftwerken wird aus Gründen der Wirtschaftlichkeit mit einem hohen Abbrand gearbeitet. Dennoch ist auch in Atomkraftwerken erzeugtes Plutonium eingeschränkt geeignet für den Bau von Atomwaffen mit hoher Sprengkraft, nur ist hier die Wahrscheinlichkeit von Frühzündungen größer.


geboosterte Atombomben

Um die Neutronenproduktion zu steigern, kann man eine kleine Menge der Gase Deuterium und Tritium im Zentrum der Hohlkugel mit Nuklearsprengstoff anbringen. Bedingt durch den bei der beginnenden Kettenreaktion entstehenden Druck und Hitze kommt es zur Kernfusion dieser Stoffe, wobei viele Neutronen erzeugt werden, die die Kernspaltung zusätzlich anheizen. Auf diesem Weg kann erreicht werden, dass ein großer Teil des eingesetzten Kernbrennstoffes tatsächlich zur Explosion gerät.

Die Boosterung macht die Lagerung von Atomwaffen schwieriger, da Tritium radioaktiv ist und mit der Zeit zerfällt. Unklar ist, ob auch Lithium-Deuterid als Boostermaterial geeignet ist, da dieses anfangs eine neutronenabsorbierende Wirkung hat.


Wasserstoffbombe

Bei Kernfusionswaffen (Wasserstoffbomben) dient ein herkömmlicher Atomsprengsatz (Fissionssprengsatz) dazu, die Elemente Deuterium und Tritium zu fusionieren. Der primäre Fissionssprengsatz und der sekundäre Fusionssprengsatz befinden sich in einem Metallzylinder, der die Strahlungsenergie (Röntgenstrahlen) der Explosion des Fissionssprengsatzes auf den sekundären Sprengsatz reflektiert (Teller-Ulam-Design). Dabei verdampfen die äußeren Schichten des sekundundären Sprengsatzes schlagartig, wodurch der Fusionssprengsatz stark komprimiert wird, etwa um einen Faktor 1000. Im Zentrum des sekundären Sprengsatzes befindet sich ein weiterer Fissionssprengsatz, um die zur Kernfusion erforderliche Temperatur zu erreichen. Möglicherweise wird in einigen H-Bomben statt des zweiten Fissionssprengsatzes ein Deuterium-Tritium-Gemisch eingesetzt, das sich schon bei der von der Implosions-Schockwelle erzeugten Temperatur entzündet.

Als Fusionssprengsatz kann ein Gemisch aus Deuterium und Tritium zum Einsatz kommen. Dieses ist jedoch sehr unhandlich, weil es entweder stark gekühlt werden oder unter einem hohen Druck stehen muss, damit es eine ausreichende Dichte hat. Außerdem ist Tritium instabil mit einer Halbwertszeit von 12,3 Jahren und muss daher regelmäßig ausgewechselt werden. Zur Produktion von Tritium in Kernreaktoren werden darüber hinaus Neutronen benötigt, mit denen man ebenso Plutonium aus Uran erbrüten könnte, das eine höhere Energieausbeute hätte. Aus diesen Gründen wird abgesehen von den ersten Versuchen Anfang der 1950er Jahre ausschließlich Lithiumdeuterid verwendet. Das Lithium setzt bei Bestrahlung mit Neutronen Tritium frei.

Bei der Fusion werden große Mengen an schnellen Neutronen (14MeV) erzeugt. In tertiären Bomben werden diese verwendet, um die direkte Kernspaltung von Uran-238 zu bewirken, das sonst für eine Kernwaffe ungeeignet ist, in der Natur aber in größeren Mengen vorkommt als Uran-235. In einer einfachen Atombombe kommen wenige Kilogramm Uran oder Plutonium zur Kernspaltung. In einer tertiären Wasserstoffbombe können es mehrere Tonnen Uran sein. Die Spaltprodukte des Urans sind bei einer solchen Bombe für einen Großteil der radioaktiven Verseuchung verantwortlich.

Das Teller-Ulam-Design wird heute ausschließlich verwendet. Da nach der Zündung ein selbständiges Wasserstoffbrennen durch die hohe Wärmeentwicklung aufrechterhalten wird, wird eine solche Wasserstoffbombe auch thermonukleare Bombe genannt.

Neben dem Teller-Ulam-Design kann eine Fusionsbombe bis zu etwa 700kT Sprengkraft auch nach dem Sloika-Design gebaut werden. Hier wird ein Fissionssprengsatz von einer Lithiumdeuterid-Schicht umgeben, die wiederum von einer Uran-Schicht umgeben ist. Die äußere Uranschicht besteht im Gegensatz zum primären Fissionssprengsatz aus Natururan oder abgereichertem Uran, hat also einen hohen 238U-Anteil. Es handelt sich bei dieser Bauweise nicht um eine thermonukleare Bombe, weil es kein eigenständiges Wasserstoffbrennen gibt, sondern einen kombinierten Fissions-Fusions-Prozess: Die Kernspaltung des Urans der äußeren Schicht dient der Neutronenmultiplikation und die Fusion dient der Neutronenbeschleunigung. (Es wird nicht ein individuelles Neutron beschleunigt, sondern im Verlauf des Fusionsprozesses wird ein langsames Neutron verbraucht und ein schnelles erzeugt.) Die Neutronenbeschleunigung ist notwendig, weil 238U erst mit Neutronen mit einer Mindestenergie von 1.5MeV spaltbar ist.


Neutronenbombe

Eine Neutronenbombe ist eine Wasserstoffbombe mit Deuterium-Tritium-Brennstoff und Bauteilen aus Materialien, die schnelle Neutronen wenig absorbieren wie z.B. Chrom oder Nickel. Sie hat eine geringe Explosivkraft, setzt aber sehr viel Neutronenstrahlung frei. Genannt werden mehrere Gründe für den Einsatz einer Neutronenbombe:

  • Menschliches Leben soll durch die Strahlung getötet werden, ohne die Infrastruktur im Zielgebiet zu zerstören.
  • Es ist schwierig, Panzer mit Atomwaffen zu zerstören, außer durch sehr nahe Explosionen. Die Besatzung kann jedoch durch Neutronen, die die Panzerung durchdringen können, kampfunfähig gemacht werden. Die betroffenen Soldaten sterben nach kurzer Zeit.
  • Durch einen hohen Neutronenfluss können gegnerische Atomwaffen, z.B. in anfliegenden Raketen, unbrauchbar gemacht werden.

Oft wird vergessen, dass die intensive Neutronenstrahlung geeignet ist, durch Neutroneneinfang großflächige radioaktive Verseuchung zu bewirken. Anders als bei der Atombombe, wo vor allem der Fallout strahlt, der sich zumindest theoretisch einsammeln und abwaschen lässt, wird bei der Neutronenbombe alles verseucht, was der Neutronenstrahlung ausgesetzt ist. Dort, wo die Strahlung besonders intensiv ist, kommt es außerdem zur Entzündung des bestrahlten Materials und folglich zu Großbränden unterhalb des Explosionszentrums. Auch die Neutronenbombe ist also alles andere als "sauber".

In den USA wurden seit 1974 etwa 800 Neutronensprengsätze gebaut. Die letzten wurden 1992 verschrottet.


Cobaltbombe

Die Cobaltbombe (auch "schmutzige Bombe" genannt) soll ein Gebiet möglichst lange radioaktiv verseuchen, um das Überleben in Bunkern zu verhindern. Dazu werden große Mengen Cobalt in der Bombe verbaut. Das natürlich vorkommende Isotop 59Co wird durch die bei der Kettenreaktion entstehenden Neutronen in 60Co umgewandelt.


Mini-Nukes

So genannte "Mini-Nukes" sind Atomwaffen mit einer Sprengkraft unter fünf Kilotonnen. Die neue Forschung über kleine, technisch hochentwickelte Atomwaffen ist in den USA geplant. Der US-Senat hob im Mai 2003 ein 10 Jahre altes Verbot der Entwicklung von Mininukes auf. Diese Entscheidung wurde im Kongress durch eine Resolution geschwächt, die die Forschung erlaubt jedoch ein Verbot der Entwicklung oder Herstellung neuer Atomwaffen mit geringer Sprengkraft beibehält.

Bunker Buster

Nukleare bunkerbrechende Waffen sollen tief in die Erde eindringen, um unterirdische und verhärtete Bunker zu zerstören. Es ist ausgeschlossen, dass die Bomben, aus der Luft abgeworfen, tief genug in die Oberfläche eindringen und die Explosion vollkommen unterirdisch abläuft. Somit wird ein Bombenkrater erzeugt, und hoch radioaktives Material in die Luft ausgeworfen. Ebenso sind durch die erzeugten Erdbeben großflächige Zerstörungen zu erwarten. Es gibt bereits im US-Arsenal eine "Bunker Buster": die B-61-11, die laut des im Januar 2002 veröffentlichten Überprüfungsberichts (NPR=Nuclear Posture Review) der US-Atomwaffenpolitik eine Sprengkraftgröße von mehr als fünf Kilotonnen hat und ist damit keine "Mininuke". Diese Waffe dringt aus einer Höhe von gut 13.000 Metern nur bis zu sieben Meter in die Erde und 2-3 Meter in gefrorenen Boden ein. Die USA hat etwa 50 dieser Bomben zur Verfügung.


Geschichte

Während des 2. Weltkriegs versuchten Wissenschaftler des Dritten Reichs, eine Atombombe zu entwickeln. Diese von einer Gruppe um Werner Heisenberg vorgenommenen Arbeiten blieben recht erfolglos.

Sie wurden jedoch in den USA zum Anlass genommen, selbst ein Atombombenprogramm auf die Beine zu stellen. Dazu wurde 1942 unter größter Geheimhaltung unter dem Decknamen "Projekt Y" (als Teil des Manhattan-Projekts) die Forschungsstation (und spätere Stadt) Los Alamos im US-Bundesstaat New Mexico konzipiert. Von 1943 an arbeiteten dort unter Leitung Robert Oppenheimers zeitweise über 100.000 Menschen, vielfach Wissenschaftler und Techniker.

Gegen Ende des zweiten Weltkrieges wurde ein deutsches U-Boote nach Japan geschickt, das u.a. ca. eine halbe Tonne Uranoxid beförderte. Es ist unklar, wofür die Japaner das Uran verwenden wollten. Jedenfalls handelte es sich um Natururan, so dass auch nach Anreicherung keine ausreichende Menge für eine Atombombe zu erreichen gewesen wäre. Die Besatzung des U-Bootes ergab sich nach der deutschen Kapitulation den Amerikanern, und das Uran wurde wahrscheinlich für das amerikanische Atomwaffenprogramm verwendet, ohne dabei jedoch eine entscheidende Rolle gespielt zu haben.

Am 16. Juli 1945 wurde dann die erste Atombombe oberirdisch bei Los Alamos gezündet ("Trinity-Test"). Die Bombe verwendete Plutonium als nukleares Brennmaterial und besaß eine Sprengkraft von 20 Kilotonnen.

Das eigentlich als Gegengewicht zum deutschen Atomprojekt begonnene amerikanische Atomprojekt kam aufgrund der deutschen Kapitulation nicht in Europa zum Einsatz. Alternativ fanden die ersten und bislang einzigen Einsätze von Atombomben gegen Städte am 6. August 1945 (über Hiroshima) und am 9. August 1945 (über Nagasaki) statt.

Die weitere Entwicklung von Atomwaffen führte zur Wasserstoffbombe. Die erste Zündung einer Wasserstoffbombe mit dem Codenamen "Ivy Mike" erfolgte am 1. November 1952 auf dem Bikini-Atoll und setzte Energie in Höhe 10 Megatonnen TNT frei.

Die Notwendigkeit, angereichertes Uran und Plutonium zum Atomwaffenbau herzustellen, führte zur Entwicklung von Urananreicherungsanlagen sowie den ersten Kernreaktoren. Die hierdurch gewonnenen Erfahrungen beschleunigten den Aufbau einer zivilen Nutzung der Kernenergie.

Weltweit (besonders, aber nicht ausschließlich, außerhalb der USA) wird der Einsatz dieser Massenvernichtungswaffen hauptsächlich gegen die Zivilbevölkerung als ungerechtfertigt verurteilt.

Unfälle mit Atomwaffen

Zwischen 1950 und 1980 wurden 32 Unfälle mit US-amerikanischen Atomwaffen bekannt. Vor allem in den 1950er und 1960er Jahren mussten viele Waffen bei Notlandungen von Bombern abgeworfen werden. Manche der Waffen wurden nie wieder gefunden, weil sie in den Ozeanen abgeworfen (aber nicht gezündet) wurden. Radioaktive Verseuchung wurde nur in wenigen Fällen festgestellt.



Atommächte

Siehe auch: Uranmunition, Atomkrieg, Nuklearer Holocaust

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