Von der Atombombe zum Quarkmodell - Richard Feynman als engagierter Physiker

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1 Universität Hamburg Department Physik Sommersemester Proseminar: Von der Atombombe zum Quarkmodell - Richard Feynman als engagierter Physiker Ausarbeitung zum Vortrag: Funktion und Wirkung der ersten drei Atombomben Dozent: Prof. Dr. Martin B. Kalinowski Ausgearbeitet von Andreas Eich Studienfach: Physik/Diplom Semesteranzahl: 6 Matr.-Nr.: anei82@gmx.de 1

2 Gliederung 1. Allgemeine Einleitung 2. Grundlagen für den Bau eine Atombombe 2.1 Kernspaltung 2.2 Materialien 2.3 Die kritische Masse 3. Bombendesigns 3.1 Gun-Design 3.2 Implosionsdesign 3.3 Weitere Bombendesigns 4. Explosionsablauf und Wirkung 4.1 Explosionsablauf 4.2 Wirkung 4.3 Opfer durch Little Boy & Fat Man 5. Schutz 6. Gefahrenszenarien 6.1 Nuklearer Krieg 6.2 Die terroristische Gefahr 7. Bewertung 8. Quellen 9. Anhang 2

3 1. Allgemeine Einleitung Diese Arbeit entstand im Proseminar: Von der Atombombe zum Quarkmodell Richard Feynman als engagierter Physiker. Thema sind das Leben, das Werk und die Persönlichkeit Richard Feynmans. Während des 2. Weltkrieges arbeitete er im Manhatten-Projekt an dem Bau der Atombombe. Der Bau einer Atombombe wäre ohne die Verpflichtung der ganzen Sparte der Physiker nicht möglich gewesen. Damit muss zum ersten Mal ein ganzer Berufszweig die Verantwortung für die Auswirkungen einer Massenvernichtungswaffe auf sich nehmen, eine Verantwortung auf die die meisten Mitarbeiter des Manhatten-Projektes nicht vorbereitet waren und über die sie erst nachdachten, als die grundlegenden Forschungen bereits abgeschlossen und Hiroshima und Nagasaki nuklear angegriffen worden waren. Das Versäumnis, die moralischen Konsequenzen ihrer Arbeit zu berücksichtigen, hat für nachfolgende Generationen von Physikern zu einem vollkommen neuen Verantwortungsgefühl der Wirkung ihrer Arbeit gegenüber der Gesellschaft geführt. Zwar hat Feynman bei der Entwicklung dieses neuen Verantwortungsgefühls keine Rolle gespielt, im Gegenteil er hat sich der Öffentlichkeit gegenüber niemals über die Konsequenzen seiner Mitarbeit an dem Bau der Atombombe geäußert oder zu moralischen Fragen Stellung bezogen. Trotzdem soll Feynmans Verbindung zum Bau der Atombombe genutzt werden, um über die moralischen Konsequenzen, die sich aus deren Bau ergeben, zu diskutieren. Dieser Vortrag soll für die Diskussion das Fundament legen, indem er über Bauweise sowie Wirkung einer nuklearen Explosion berichtet. Dabei werden in diesem Vortrag fast nur die physikalischen Auswirkungen auf die Umgebung besprochen, die Auswirkungen auf den Menschen werden in einem weiteren Vortrag besprochen. 3

4 ( 2. Grundlagen für den Bau eine Atombombe 2.1 Kernspaltung/Fission Bei jeder Bombe wird Energie von einer Zustandsform in eine andere übertragen. Bei einer Kernwaffe wird die Energiegewinnung durch die Spaltung/den Zerfall eines schweren Kerns in einen leichteren ausgenutzt. Dieser Prozess ist als Kernspaltung oder Fission bekannt. (3) Die Masse eines schweren Kerns ist geringer als die eigentliche Summe der Massen der beteiligten Nukleonen. Diese Differenz, auch Massendefekt genannt, lässt sich mit Hilfe Albert Einsteins Formel: E=mc² beschreiben, wonach die Differenz in der Masse als Bindungsenergie vorliegt, welche den Kern trotz der Coulomb-Wechselwirkung der Protonen zusammenhält. Die Bindungsenergie ist gleichzusetzen mit der Energie, die frei wird, wenn der Kern gespalten wird. Die Reaktionsprodukte sind leichter und benötigen für ihren Zusammenhalt weniger Bindungsenergie als der Ausgangskern. Die so freigewordene Energie wurde größtenteils in kinetische Energie der Reaktionsprodukte umgewandelt. (3) Abbildung 1: Kernspaltung ( 4

5 In Abb.1 ist eine induzierte Kernspaltung dargestellt, d.h. hier wird die Kernspaltung durch die Absorption eines Teilchens (hier ein Neutron) ausgelöst. Neben den Tochterkernen (hier Barium und Krypton, auch andere sind möglich) werden auch einzelne Neutronen freigesetzt. Erreichen diese entsprechende Energien, um selbst eine Kernspaltung zu induzieren, kann in dem vorhandenen Material eine so genannte Kettenreaktion, eine Umwandlung, die gleichartige Umwandlungen nach sich zieht, starten. Für eine Bombe benötigt man eine Kettenreaktion, bei der die Anzahl der Reaktion pro Generation exponentiell ansteigt. 2.2 Materialien Als Sprengstoff wurden Materialien gesucht, die sich induziert spalten lassen und die genug Neutronen freisetzen, welche eine hohe Wahrscheinlichkeit haben, selbst eine Spaltung zu induzieren. Eines der geeigneten Materialien ist das bereits in Abb.1 gezeigte Uran-235 (Kernladungszahl 92). Uran ist ein in der Natur relativ oft vorkommendes Element und kann in Lagerstätten abgebaut werden. Dieses Natururan besteht zu 99,27% aus U-238, zu 0,72% aus U-235 und aus einigen anderen Isotopen des Urans. U-238 ist im Gegensatz zu U-235 nicht für eine exponentielle Kettenreaktion geeignet, da für die Fission schnelle Neutronen mit kinetischen Energien im MeV-Bereich benötigt werden, wohingegen U-235 bereits von langsamen Neutronen mit kinetischen Energien im Bereich von 0,025 ev bis 2 MeV gespaltet werden kann. Durch diese Anforderungen werden beim U-235 pro Reaktion genügend geeignete Neutronen für die exponentielle Kettenreaktion frei, beim U-238 dagegen nicht. Für die Verwendung in Bomben benötigt man U-235 mit einem Reinheitsgrad ab 80% aufwärts, hier spricht man dann von waffenfähigem Uran. Zur Anreicherung von U-235 verwendet man Zentrifugen, welche die Isotope aufgrund ihrer unterschiedlichen Massen trennen. U-235 hat eine Halbwertzeit von 703,8 Mio. Jahren (5) Als zweites Material verwendet man das auf der Erde nur als Spurenelement vorkommende Plutonium-239 (Kernladungszahl 94). Man kann es aufgrund 5

6 der Seltenheit nicht abbauen, sondern muss es selbst erzeugen, indem man U-238 mit Neutronen beschießt. Das Neutron wird absorbiert, das neuentstandene U-239 geht unter zweifachem Betazerfall (2 Mal Aussendung eines Elektrons) in Pu-239 über. Pu-239 hat eine Halbwertzeit von Jahren. Bei der Herstellung von Pu-239 in Reaktoren lässt sich nicht vermeiden, dass auch ein nicht unbedeutender Anteil an Pu-240 entsteht. Pu-240, mit einer Halbwertzeit von 6564 Jahren, hat eine viel höhere spontane Zerfallsrate als Pu-239 und macht die Möglichkeit einer spontanen Kettenreaktion viel wahrscheinlicher gegenüber reinem Pu-239. Dieser Eigenschaft muss beim Bombendesign Rechnung getragen werden. Waffenfähiges Plutonium besteht zu mindestens 93% aus Pu-239 und zu höchstens 7% aus Pu-240. (6)(7) 2.3 Die kritische Masse Damit in einem geeigneten Material eine Kettenreaktion stattfinden kann, muss die Wahrscheinlichkeit der Neutronen für eine Absorption möglichst hoch sein. Diese Wahrscheinlichkeit steigt mit der Anzahl möglicher Reaktionspartner auf seiner Flugbahn, ist also abhängig von der Länge der Flugbahn im geeigneten Material und so von dessen Masse. Die Masse, bei der die Kettenreaktion einsetzt, wird kritische Masse genannt. Ist die Masse geringer, heißt sie unterkritisch, ist sie höher, heißt sie überkritisch. Neben der Masse hängt die Wahrscheinlichkeit für eine Reaktion auch noch von der Form und der Dichte des Materials ab. Die Dichte des Materials lässt sich jedoch nicht einfach und genau verändern und als Form wird aufgrund der statistischen Abstrahlung der Neutronen, d.h. ohne eine bevorzugte Richtung, vom Reaktionsort immer die Kugelform gewählt, da hier alle Richtungen gleich berücksichtigt werden. Dichte und Form sind somit konstant. Daher ist die Masse als entscheidendes Kriterium gerechtfertigt. (8) Die kritische Masse U-235 (Reinheitsgrad 93,5%) beträgt 49 kg (2), für Pu- 239 (Reinheitsgrad 93%) beträgt sie 8 kg. (30) 6

7 3. Bombendesigns Um eine Masse oder Massenansammlung aus einem unterkritischen in einen überkritischen Zustand zu bringen, kann man verschiedene Wege beschreiten. In diesem Abschnitt werden die beiden grundlegenden Bombendesigns vorgestellt, sowie weiter kurz angesprochen. 3.1 Das Gun-Design Abbildung 2: Gun-Design (1) Bei diesem Design, dass in Abb.2 dargestellt wird, werden zwei unterkritische Massen zu einer überkritischen Masse zusammengefügt, indem die eine Masse, die Kugel/bullet, mit konventionellem Sprengstoff auf die zweite Masse, das Ziel/target, geschossen wird. Der Vorteil dieses Designs liegt in seiner Einfachheit. So konnte dieses Design ohne vorherigen Test eingesetzt werden und war als Bombe mit der Bezeichnung Little Boy am über Hiroshima, die erste Kernwaffe im Einsatz und hatte dabei eine Sprengkraft, die kt TNT entsprach. Allerdings gehen mit diesem Design auch einige Nachteile einher: Die Sprengkraft ist stark begrenzt, da bei zwei unterkritischen Massen die Gesamtmasse maximal nicht das zweifache der kritischen Masse überschreiten kann. Der Geschwindigkeit der Kugel, bei Little Boy ca. 300 m/s, sind Grenzen gesetzt so, dass die Kettenreaktion bereits startet, bevor die Kugel die Aushöhlung des Zieles ganz ausfüllt, also dem Punkt an 7

8 dem die Bedingungen für die exponentielle Kettenreaktion am besten sind. Durch das zu frühe Starten der Kettenreaktion ist auch die Verweildauer im überkritischen Zustand verkürzt, da mit Beginn der Kettenreaktion sich das Material ausdehnt, so seine Dichte verringert und in einen unterkritischen Zustand übergeht. Durch das zu frühe Zünden verringert sich die Effizienz der Kettenreaktion, so wurden bei der Bombe Little Boy nur 0,1% der 60 kg U-235 gespalten. Des Weiteren verhindert die Langsamkeit der Kugel den Einsatz von Plutonium, da die hohe spontane Zerfallsrate von Pu-240 zu so einer frühen Zündung führt, dass es statt zu einer Explosion nur zu einer Verpuffung kommt. Die prinzipiellen Probleme durch die Funktionsweise dieses Bombentyps, haben dazu geführt, dass heutzutage größtenteils nicht mehr auf dieses Design zurückgegriffen wird. (1) (2) 3.2 Das Implosions-Design Abbildung 3: Implosionsdesign (1) Als zweites Design, wird das in Abb. 3 dargestellte Implosions-Design verwendet. Dabei wird eine unterkritische Hohlkugel aus U-235 oder Pu- 239 durch eine, von gleichzeitigem Zünden so genannter Explosionslinsen ausgehende, Schockwelle gleichmäßig so komprimiert, d.h. die Dichte vergrößert, dass die Masse überkritisch wird und die Kettenreaktion startet. 8

9 Das gleichzeitige Zünden der Explosionslinsen und das gleichmäßige Komprimieren des Spaltmaterials macht diesen Bombentyp in der Realisierung wesentlich aufwendiger und komplizierter. Die Bombe mit dem Namen Fat Man, die am über Nagasaki eingesetzt wurde, sowie die Bombe des Trinity-Tests am und somit die erste Bombe überhaupt, waren Bomben dieses Typs. Beide hatten eine Sprengkraft von ca kt TNT und als Spaltmaterial Pu-239. Die Vorteile dieses Designs gegenüber dem Gun-Design, sind die größeren Mengen an Spaltmaterial, die verwendet werden können sowie die schnellere Zündung, die eine höhere Verweildauer im überkritischen Zustand ermöglicht und die die Verwendung von Pu-239 zulässt, dessen wesentlich geringere kritische Masse gegenüber U-235 das Gewicht der Sprengköpfe reduziert.(1)(2) In Abb.3 sind auch ein Pusher und eine Neutronenquelle enthalten. Der Pusher soll für eine gleichmäßigere Stoßübertragung des konventionellen Sprengstoffes auf das Spaltmaterial sorgen. Die Neutronenquelle soll verhindern, dass die Kettenreaktion zu spät startet, indem sie zum optimalen Zeitpunkt Neutronen in das Spaltmaterial induziert. Ansonsten wäre man auf ein Neutron aus der Kosmischen Strahlung oder von einem spontanen Zerfall angewiesen, also aus einem nicht steuerbaren/vorherbestimmbaren Prozess. Als eine weitere Erweiterung kann man um das Spaltmaterial eine Schicht aus Beryllium oder U-238 hinzufügen, die als Reflektor (Tamper) Neutronen, die aus dem Spaltmaterial entweichen, reflektieren, damit deren Reaktionswahrscheinlichkeit erhöhen und so die kritische Masse senken. So kann die kritische Masse von U-235 (93,5%) von 48 kg durch Beryllium (10 cm Dicke) auf 14,1 kg und durch U-238 (10 cm Dicke) auf 18,4 kg reduziert werden.(1)(2) 9

10 3.3 Weitere Bombendesigns Die Sprengkraft einer Fissionsbombe geht in den Bereich von einigen hundert kt TNT. Den Rekord erreichte die Testbombe Ivy King der USA mit einer Sprengkraft von 500 kt TNT, wobei 75 kt durch eine Ummantelung aus U-238 erzeugt wurden, die Spaltung wurde hier durch schnelle Neutronen aus der Kettenreaktion im eigentlichen Sprengsatz ausgelöst, der eine Sprengkraft von 425 kt hatte. (2) Für eine größere Sprengkraft benötigt man eine Fusionsbombe (Abb.4 im Teller-Ulam-Design). Abbildung 4: Teller-Ulam-Design (1) Dabei wird als primäre Stufe eine Fissionsbombe gezündet. Das resultierende Plasma strahlt im Röntgen-Bereich und erhitzt so die Ummantelung der 2. Stufe. Die Ummantelung dehnt sich explosionsartig aus und komprimiert den Sprengstoff bestehend aus mit Lithium-6 chemisch gebundenem Deuterium. Dadurch wird der Fusionsprozess gestartet bei dem durch die Verschmelzung von leichten Kernen Energie freigesetzt wird. Die Zündung eines Plutonium-Kerns im Zentrum des Fusionssprengstoffes sorgt für einen effizienteren Ablauf der Fusion. Eine derartige zweistufige Bombe hat eine Sprengkraft von Mt. Die sowjetische Testbombe Zar hatte die bis heute größte Sprengkraft mit 50 Mt, dabei wurde als 3.Stufe ein 10

11 weiterer Fusionssprengkopf verwendet. Bei regulären Fusionsbomben spricht man von sauberen Bomben, da beim Fusionsprozess im Vergleich zum Fissionsprozess weniger Verstrahlung pro kt Sprengkraft entsteht. Noch höhere Sprengkräfte erreicht man indem man die Fusionsbombe mit einem U-238-Mantel umgibt, der durch schnelle Neutronen aus dem Fusionsprozess gespalten wird. Hätte die Zar -Bombe über eine derartige Ummantelung verfügt, wäre die Sprengkraft auf 100 Mt verdoppelt worden. Eine Bombe mit einer derartigen Ummantelung wird als schmutzige Bombe bezeichnet, da hier die Verstrahlung pro kt durch den Fissionsprozess im U- 238 wesentlich höher ist. (2) Eine Fusionsbombe kann so konstruiert werden, dass sie über eine vergleichsweise geringe Sprengkraft verfügt aber starke Neutronenstrahlung freisetzt. Eine Bombe dieser Art, Neutronenbombe genannt, bleibt tödlich ohne dabei die Infrastruktur bzw. die gepanzerten Einheiten im betroffenen Areal stark zu zerstören. (2) Eine weitere Bombe unter Einsatz radioaktiven Materials ist die radiologische Bombe, die heute auch unter dem Namen Schmutzige Bombe bekannt ist. Dabei wird keine Fission ausgelöst, sondern es wird eine konventionelle Bombe mit radioaktivem Material versetzt, z.b. Cäsium-137 (Halbwertzeit 30,17 Jahre), welches dann die nähere Umgebung kontaminiert. (2) 11

12 4. Explosionsablauf und Wirkung 4.1 Explosionsablauf 1. nukleare Kettenreaktion Dauer: 0,01 µs Dabei werden pro gespaltetem Kern 200 MeV frei, davon 160 Mev als kinetische Energie. Für 20 kt Sprengkraft benötigt man 2*10 24 Spaltungen, die im Verlauf von 82 Generationen stattfinden. 95% der Gesamtenergie wird dabei in den letzten 5 Generationen freigesetzt. Dabei entsteht eine Hitze von bis zu 100 Mio. Celsius. (31)(9) 2. Strahlungsstoß, Feuerball & EMP entsteht 1 µs-0,1 s nach der Explosion Der Strahlungsstoß besteht aus Gamma-Strahlen und schnellen Neutronen und enthält 5% der Gesamtenergie der Bombe. Der Feuerball enthält 35% der Gesamtenergie der Bombe. Diese wird in zwei Strahlungspulsen an die Umgebung abgegeben. Der erste hat eine Dauer von Sekundenbruchteilen, besteht aus UV-Strahlung und ist ungefährlich solange man nicht in Richtung der Explosion schaut. Der zweite hat eine Dauer von mehreren Sekunden, besteht aus thermischer Strahlung und transportiert fast die gesamte Hitze des Feuerballs. Der EMP (elektro-magnetischer-puls) entsteht aufgrund von Compton- Streuung der Gamma-Strahlung (enthält 0.1-0,5% der Gesamtenergie). Die entstehenden elektro-magnetischen-felder induzieren Ströme in Leitern, wodurch besonders transistorbasierte Bauteile, wie CPUs, zerstört werden. (9)(31)(34) 12

13 3. Druckwelle entsteht 0,1 s bis 10 s nach der Explosion Die Druckwelle trägt 50% der Gesamtenergie der Bombe. Sie ist anfangs überschallschnell und bremst sich dann auf Schallgeschwindigkeit ab. Durch die Explosion wird die Luft der direkten Umgebung rasant weggedrückt. Der dort entstehende Unterdruck saugt die Luft ebenso rasant wieder in die entgegengesetzte Richtung zurück. Der Druckwelle, die sich von der Explosion entfernt, folgt damit eine ähnlich starke Druckwelle in die entgegengesetzte Richtung. (31)(9) 4. Bildung der Pilzwolke Dauer: Sekunden bis Minuten (31)(9) 5. Ausbreitung der Pilzwolke & Fallout Dauer: Minuten bis Monate Die Pilzwolke enthält die kondensierten Spaltprodukte, welche 10% der Gesamtenergie der Bombe tragen. Diese sind meist selbst radioaktiv und haben verschiedenste Halbwertzeiten. Die Fissionsprodukte fallen als radioaktiver Niederschlag (Fallout) innerhalb der nächsten Minuten in der näheren Umgebung nieder (lokaler Fallout) oder werden in die Stratosphäre getragen und regnen innerhalb des nächsten Jahres auf die Erde nieder (globaler Fallout). 80% des Fallouts sind lokal, 20% global. Die Spaltprodukte zerstrahlen fast komplett in der Stratosphäre, bis auf Strontium-90 (Halbwertzeit 28,78 Jahre), Cäsium-137 (Halbwertzeit 30,17 Jahre) und einige andere langlebige Isotope. (31)(9) 13

14 4.2 Wirkung Die Stärke und Reichweite der thermischen Strahlung und der Druckwelle sind nicht nur abhängig von der Sprengkraft der Bombe sondern auch von der Höhe des Hypozentrums, also der Höhe in der die Bombe gezündet wird, von den klimatischen Bedingungen und von der Art der Bebauung bzw. von der Art der Flora des betroffenen Gebiets. Bomben, die in Bodennähe gezündet werden, haben eine stärkere Wirkung in unmittelbarer Nähe der Explosion, dagegen hat eine Explosion in größerer Höhe (bei 20 kt ca m) stärkere Auswirkungen auf entferntere Gebiete als eine Bodenexplosion. Hohe Wolken reflektieren thermische Strahlung und steigern damit deren Intensität in dem betroffenen Gebiet, während tiefe Wolken die Intensität der thermischen Strahlung senken. Mit der Zunahme brennbaren Materials im betroffenen Gebiet steigt auch die Gefahr von durch die Explosion ausgelösten Bränden. Abb.5 stellt die Wirkungsradien von verschiedenen Sprengstärken, bei unterschiedlichen Explosionshöhen und ihrer möglichen Schäden für die thermische Strahlung sowie die Druckwelle dar. (31)(9) 14

15 Abbildung 5: Wirkungsradien von der thermalen Strahlung und Blast (22) Abb.6 zeigt die Abnahme der Strahlungsintensität für die erste Woche nach der Explosion. Anders als bei dem Super-GAU eines Kernkraftwerkes, kann man das betroffene Gebiet relativ schnell wieder betreten, ohne einer gesundheitsgefährdenen Strahlungsdosis ausgesetzt zu sein. (32) Abbildung 6: Abfall der Aktivität (23) 15

16 Allerdings ist die radioaktive Belastung in den ersten Tagen nach der Exploson extrem gesundheitsgefährdend. So stiegen die hohen Opferzahlen in Hiroshima, und Nagasaki in den Monaten nach dem Einsatz der Bomben noch einmal beträchtlich an. Einwohner Opfer direkt Weitere Opfer bis Ende `45 Hiroshima Nagasaki Ca Ca Ca Tabelle 1: Opfer der Bomben Little Boy & Fat Man (10)-(17) Bis heute sterben noch Menschen durch die Auswirkungen der Bomben. So liegt die Krebsrate in den betroffenen Gebieten über den Normalwerten und auch die Zahl der Fehlgeburten sowie der Geburten mit Behinderungen liegt über den Normalwerten. (10) 16

17 5. Schutz Um gegen eine Kernwaffenexplosion geschützt zu sein, benötigt man einen umfassenden Schutz gegen die direkte radioaktive Strahlung, die thermische Strahlung, die Druckwelle sowie die Strahlung des Fallouts. Schutz vor thermischer Strahlung, Druckwelle sowie der direkten alpha- und beta- Strahlung, bieten verstärkte Gebäude, die vor allem der Druckwelle standhalten müssen. Alpha-Strahlung (Helium-Kerne) und beta-strahlung (Elektronen, Positronen) haben eine Reichweite in der Luft im cm- bzw. Meter-Bereich und bedeuten keine Gefahr durch externe Bestrahlung. (25) (9) Gamma-Strahlung mit einer Energie von 2 MeV wird durch Luft alle cm, durch Wasser alle 14 cm, durch Beton alle 9 cm und durch Blei alle 1,4 cm halbiert. (18) Die Spaltprodukte des Fallouts legen sich in den Minuten nach der Explosion über die nähere Umgebung und sind in der Luft enthalten. Die unmittelbare Nähe zu Spaltprodukten, macht die von ihnen ausgehende alpha- und beta-strahlung zu einem bedeutendem Gefahrenpotential, auch und besonders bei Körperkontakt oder Aufnahme in den Körper. (9) Schutz vor den Spaltprodukten bieten nur Gebäude deren Luftzufuhr mittels Kohlefiltern gereinigt wird. Besonders die letzte Maßnahme läst einen umfassenden Schutz nur zu, wenn vor dem Einsatz der Kernwaffe eine gewisse Vorwarnzeit besteht, um entsprechende Schutzräume, falls vorhanden, aufzusuchen oder noch das bald betroffene Gebiet zu verlassen. 17

18 6. Gefahrenszenarien 6.1 Nuklearer Krieg Die Zahl der heute (Stand 2005) noch vorhanden Sprengköpfe (siehe Tab. 1) und die Möglichkeit mit ihnen innerhalb von Minuten einen feindlichen Staat umfassend anzugreifen, macht eine militärische Auseinandersetzung, Staat Sprengköpfe Staat Sprengköpfe USA G.Britannien Russland 8400 Pakistan China Indien Frankreich Israel* Tabelle 2 : Arsenale der Staaten mit Atomwaffen (19) *= Israel gilt offiziell nicht als Nuklearmacht, dabei ist nicht zu leugnen, dass sie über Kernwaffen verfügen (19) die hauptsächlich auf nukleare Waffen zurückgreift immer noch möglich, auch wenn die Hauptkontrahenten des kalten Krieges, die USA und die Sowjetunion (bzw. Russland), sich nicht mehr feindlich gegenüberstehen und ihre Arsenale bereits bedeutend abgerüstet haben (Stand 1990 USA ca Sprengköpfe, UDSSR ca ) (20). Im Folgenden wird ein Szenario (in den folgenden beiden Abb. Szenario A, dickerer, roter Graph) benutzt bei dem es zum Einsatz von ca Sprengköpfen mit einer Gesamtsprengkraft von 5000 Mt gegen militärische wie auch zivile Ziele kommt (Weitere Szenarien in den Abb.: B: Sprengköpfe/5.000 Mt Sprengkraft, schwache oberirdische Explosionen; C: / Mt, mittlerer Schlagabtausch; D: 5.433/3.000 Mt, mittlerer Schlagabtausch; E: 2.250/1000 Mt, begrenzter Schlagabtausch; H: 1000/100 Mt, Angriff auf Ballungsräume) (27). Szenario A beruht noch auf den Kapazitäten gegen Ende des kalten Krieges. Die Zahl der Sprengköpfe hat sich inzwischen verringert. So begrenzt sich die Zahl der Sprengköpfe der 18

19 USA nach dem START II-Abkommen auf ca mit einer Sprengkraft von insgesamt ca Mt und soll sich nach dem SORT- Abkommen 2012 auf ca Sprengköpfe mit einer Gesamtsprengkraft von ca Mt verringern (START II und SORT sind Abkommen zwischen den USA und Russland)(33). Allerdings lassen sich mit diesem Arsenal und einem entsprechenden auf der gegnerischen Seite noch die Szenarien E und H erfüllen. Die direkten Auswirkungen einer einzelnen Kernwaffe wurden bereits im 2. Abschnitt dargelegt. Als Ergebnis wäre die Infrastruktur der angegriffenen Gebiete nahezu vollständig zerstört, inklusive der Nahrungsspeicher. Der Zusammenbruch der Kommunikation, des Transports und der Stromversorgung würde aber auch auf Gebiete übergreifen, die nicht direkt von den Explosionen betroffen sind, aber aus den zerstörten Gebieten versorgt werden bzw. mit ihnen vernetzt sind. Betroffen wäre so auch die Infrastruktur von Staaten, die nicht am Konflikt teilgenommen haben. Der lang anhaltende Fallout einer solchen Auseinandersetzung, würde auch weit größere Gebiete betreffen als direkt angegriffen werden bis hin zu einem weltweiten Fallout. Als Folge gäbe es in den betroffen Gebieten einen rapiden Anstieg der Krebserkrankungen sowie an Fehlgeburten und Behinderungen von Neugeborenen als Folge von Mutationen des Genoms. (9) Aufgrund der nuklearen Explosionen und der durch sie ausgelösten Feuer, geraten in diesem Szenario bis zu 225 Mio.t Rauchpartikel und 65 Mio.t Staubpartikel von einer Größe unter 1 µm in die Atmosphäre. Partikel dieser Größe würden das Licht der Sonne zu einem Großteil reflektieren, die thermische Strahlung, die auf der Erde entsteht, aber in den Weltraum ablassen. Als Folge würde die Erde verdunkeln und abkühlen.(27) 19

20 Abbildung 7: Temperraturveränderung nach einem nuklearen Krieg (26) Abbildung 8: Veränderung des Solarenergieflusses nach einem Nuklearkrieg (26) Dazu gesellen sich überlange Nächte, (Staub-)Stürme und giftiger Smog. Diese Auswirkungen werden unter dem Begriff Nuklearer Winter zusammengefasst. Allein die Opferzahlen des Angriffes selbst, also ohne Opfer des Nuklearen Winters oder infolge des Zusammenbruchs der Infrastruktur, wären exorbitant hoch, wie Abb. 9 zeigt. Die oberen beiden Zeilen gehen von einem Mt Angriff auf die USA aus, die unteren beiden von einem Angriff mit Mt. (24) 20

21 Abbildung 9: Opfer nach einem nuklearen Angriff auf die USA bez. auf Einwohnerzahl 1962 (ca. 180 Mio) (24) 6.2 Die terroristische Gefahr Zurzeit ist die wahrscheinlichste Attacke auf einen westlichen Staat ein terroristischer Anschlag. In dem Zusammenhang drängt sich die Frage auf, ob Terroristen in der Lage, wären eine Kernwaffe zu erwerben, zu bauen oder in der Lage wären, eine radiologische Bombe zu bauen. Den meisten scheint nicht klar zu sein, dass die Auslösung einer Atomexplosion eine simple Aufgabe ist, wenn hochangereichertes Uran zur Verfügung steht... selbst der Schüler einer High-School könnte innerhalb kurzer Zeit eine Bombe bauen (Luiz Alvarez, Veteran des Manhatten- Projekts) (28) Das Zitat wird verständlich, wenn man sich die Einfachheit des Gun- Designs in Erinnerung ruft. Die einzige Schwierigkeit besteht darin, waffenfähiges Material zu erwerben. Zwar sind die meisten Arsenale bestens bewacht, doch ist die wirtschaftliche und soziale Situation in den Nachfolgestaaten der Sowjetunion dermaßen bedenklich, dass die Gefahr waffenfähiges Material durch Bestechung zu erwerben, ohne dass dessen 21

22 Verschwinden, aufgrund von fehlerhafter Verwaltung, auffallen könnte, nicht zu unterschätzen. Ebenso unproblematisch erscheint das Abzweigen von Plutonium aus Wiederaufbereitungsanlagen. So konnten 3 kg hochangereicherten Urans 1994 in Tschechien sichergestellt werden, kg in der Ukraine und ebenfalls g waffenfähiges Plutonium in Deutschland. (29) Der Bau einer radiologischen Bombe wäre noch einmal um ein vielfaches leichter als der einer Kernwaffe, da hier nur eine konventionelle Bombe mit radioaktivem Material versetzt werden muss. Die Anforderungen an dieses Material sind wesentlich geringer, da es nicht zu einer Kettenreaktion gebracht werden soll. Geeignete Materialien wären Kobalt-60 und Cäsium-137, welche in medizinischen Anlagen zum Einsatz kommen, also in zivilen Anlagen, die weit geringere Sicherheitsstandards haben, als militärische Einrichtungen oder Wiederaufbereitungsanlagen. (2)(21) 22

23 7. Bewertung Die Auswirkungen einer nuklearen Explosion sind dermaßen heftig, nachhaltig und unkontrollierbar, da vor allem nicht vorhergesagt werden kann welche Gebiete vom Fallout betroffen werden und somit selbst bei einem Angriff nur auf militärische Ziele davon ausgegangen werden muss, dass eine große Anzahl ziviler Opfer anfällt, von dem völkerrechtswidrigen Angriff auf zivile Ziele noch gar nicht gesprochen, dass der Einsatz einer solchen Waffe zutiefst verantwortungslos und amoralisch ist. Selbst der Einsatz einer einzelnen, kleinen, Waffe, ist als ein äußerst schweres Verbrechen anzusehen. Zum Ablehnen eines Krieges mittels nuklearen Sprengköpfen benötigt man noch nicht einmal das Heranziehen von moralischen Fragen, man muss nur seinen Selbsterhaltungstrieb zu Rate ziehen. Die Zerstörung der Zivilisation der Menschheit bis hin zur ihrer kompletten Auslöschung, sowie der Tierund Pflanzenwelt, so wie wir sie kennen, sind Argument genug gegen die nuklearen Arsenale der Welt. 23

24 8. Quellen die Websites wurden während recherchiert (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) (11) (12) (13) (14) (15) (16) (17) (18) (19) (20) (21) (22) The Editors of McGraw-Hill (1962): Nuclear Attack And Industrial Survival In: Nucleotronics 1, Seite S5 (23) Ders., Seite S7 (24) Ders., Seite S3 (25) Ders., Seite S12 & S13 (26) Turco R.P. et al. (1984): Die klimatischen Auswirkungen eines Nuklearkrieges. In: Spektrum der Wissenschaft 10, Seite 43 (27) Ders., Seite 41 24

25 (28) Barnaby, F. und Mutalik, G. (1997): Primitive Atomwaffen: Proliferation und Terrorismus-Gefahr.-IPPNW Global Health Watch Report Nr.1, Seite 11 (29) Ders., Seite 8 (30) Ders., Seite 10 (31) The Editors of McGraw-Hill (1962): Nuclear Attack And Industrial Survival In: Nucleotronics 1, Seiten S4 & S5 (32) (33) Kalinowski, M. B. (2004): International Control of Tritium for Nuclear Nonproliferation and Disarmament. CRC Press: Boca Ration/London/New York/Washington, D.C., Seite 34 (34) 25

26 9. Anhang Um die verheerenden Auswirkungen einer nuklearen Explosion besser erfassen zu können, wird hier im Anhang der hypothetische Fall eines Nuklearangriffes auf Hamburg versucht darzustellen. Es wird von einem Angriff mit einer Luftexplosion (600 m über Boden) und einer Sprengkraft von 100 kt ausgegangen. Für diese Sprengkraft liegen mir keine Wirkungsradien vor. Ein Vergleich der Wirkungsradien für 1 Mt, 10 Mt und 100 Mt aus Abb. 5 sowie der Quotient der Schadenradien (anderer Art) der Website: df (Seite 14) führen bei linearer Extrapolation jeweils zu einem von Faktor ca. 2.5 für thermische Strahlung bzw. 2.2 für die Druckwelle, um den die Radien kleiner sind als für die 1 Mt Bombe in Abb. 5. Damit ergibt sich für die thermische Strahlung: Radien ca. Wirkung 0,9 km Metall verdampft 1,7 km Metall schmilzt 3,4 km Polster entzündet sich 4,9 km Verbrennungen 3. Grades, tr. Blätter entzünden sich 5,6 km Verbr. 2. Grades, zerknitterte Zeitungen entzünden sich 8,1 km Verbrennungen 1. Grades Tabelle 3: Wirkung der thermischen Strahlung 26

27 Und für die Druckwelle ergibt sich: Radien ca. Wirkung 1 km Strassen werden unpassierbar, Lungenschäden 2 km Verstärkte Gebäude werden beschädigt 2,9 km Trommelfelle reißen, Strom-/Tel-Masten stürzen um 4 km (Holz-)Häuser werden zerstört, Bäume stürzen um 6,5 km Gegenstände fliegen durch die Luft Tabelle 4: Wirkung der Druckwelle In der nachfolgenden Abbildung sind die Wirkungsradien der thermischen Strahlung durch rote Kreise dargestellt, die Wirkungsradien der Druckwelle sind durch weiße Pfeile gekennzeichnet. In dieser Darstellung würde das Rathaus am Ground Zero stehen. Das Department der Physik ist durch einen weiteren Pfeil gekennzeichnet. Abbildung 10: Wirkungsradien auf Karte aufgetragen (Karte Google Earth) 27

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