Mini-Atombomben

[Alpha]

@Meteor: Die kugelförmige Anordnung mit Implosion/Komprimierung ist nur für Plutoniumbomben wichtig. Bei Uran geht´s anders, siehe oben.

Moderne Atombomben haben einen höheren Wirkungsgrad.

Eigentlich soll ja das ganze Zeug gespaltet werden, für grosses BOOM. Heute kommt man da auch gut ran, durch Formgebung und Neutronenreflektoren.

Wenn nicht alles Kernmaterial reagiert, dann wird das zu sehr giftigem Ascheregen. Will man eigentlich vermeiden...

 

[Meteor]

@Alpha: Wie hoch ist der durchschnittliche Wirkunksgrad im Moment?

 

[Alpha]

@Meteor: Das weiss ich nicht genau. Allerdings ist es z.B. so, dass die kritische Masse einer Plutoniumbombe bei ca. 16 kg liegt - mit Ummantelung (Neutronenreflektor) dagegen bei 10 kg. Gelegentlich liest man auch von 5 kg.

Zum Wirkungsgrad hab ich nichts genaues gefunden. Er wird allerdings ein mehrfaches von dem sein, was ´45 geschehen ist. Denn damals wurde den Bomben noch hunderte Kilo "kritische Masse" reingepackt, heute wie gesagt um die 10 kg.

Zitat: "Nach Schätzungen von den Physikern, die jedes Explosionsstadium studiert haben, wurde nur 1 Promille der Detonationskapazitäten der jeweiligen Bomben freigesetzt."
Damit wäre der Wirkungsgrad damals also 0,1 % gewesen...

Die Hiroshima-Bombe hatte eine Sprengkraft von 13 kt TNT. Enthalten waren also so um die 500 kg Uran (1000*0,5 kg).
Heutige Bomben liegen eher bei Mt TNT. Jetzt müsste man noch wissen, wieviel kg der Gefechtskopf wiegt...

Und das eine ist ne Uranbombe, das andere ist ne Plutoniumbombe....
Herrje, es ist quasi Feiertag und mir platzt gleich der Kopf.
Ich denk heute abend nochmal drüber nach
;)

 

[ampm]

Also: Ich versuchs mal wissenschaftlich:

Die radioaktiven Atome zerfallen zu unterschiedlichen, zufälligen Zeitpunkten (Quantenphysik). Allerdings gehorchen sie einer bestimmten, statistischen "Regel", auch Halbwertszeit genannt. Sie sagt, wann ca. die Hälfte der Atome zerfallen ist. Zerfallen heißt, dass sie sich in andere chemische Elemente verwandeln. Dabei geben sie meist (Wärme-)Energie und Strahlung frei. Diese Strahlung (Neutronen) kann auch andere Atome wieder dazu "anregen", zu zerfallen. Nun kann man bei der Atombombe schlagartig Neutronen auf das radioaktive Material "schicken", damit sie schneller zerfallen (auf einen Schlag Energie freigeben). Allerdings kann es unterhalb einer gewissen Anzahl von Atomen zu einer "Verflüchtigung" der Neutronen kommen, dass die Kettenreaktion nicht stattfindet. Deswegen gibt es diese "kritische Masse", damit genügend Strahlung (Neutronen) im Stoff bleiben, damit die Reaktion weiter abläuft.
Beim Atomkraftwerk wird das selbe Prinzip genutzt, nur das hier durch viel "Geschick" dafür gesorgt wird, dass gerade so viel Neutronen Atome anregen, dass es zu keiner Explosion kommt, aber genügend Energie erzeugt wird.

Hoffe geholfen zu haben, auch wenn es vielleicht unverständlich war

 

[Alpha]

@ampm: Jo, das ist schon klar.
Aber unser Problem ist nicht die Funktionsweise der Atombombe, sondern die Bestimmung des Wirkungsgrades. Als wirkungsgrad bezeichnen wir hierbei den Anteil der Kernmasse, der tatsächlich zur wirkung kommt.
Denn das ist auch heute noch nicht 100%. Ich schätze, dass Meteor da mit 20% in der richtigen Region liegt, aber wir würden´s halt gerne wissen.

Die Funktionsweise von Plutonium/Utranbomben hatten wir hier ja schon.
Und den Wirkungsgrad kann man z.B. durch Neutronenreflektoren etc. erhöhen.
Und nun wollen wir herausfinden, wie hoch der Wirkungsgrad nun ist.
Vielleicht weisst du ja, wieviel Uran oder Plutonium in einem Sprengkopf mit bestimmter Sprengkraft ist. Das würde uns weiterhelfen...

 

[ampm]

Wenn jedes Atom in 0,5 Kilogramm Uran sich spaltete, würde die erzeugte Energie der Sprengkraft von 9,9 Kilotonnen TNT entsprechen. In diesem theoretischen Fall wäre der Wirkungsgrad des Vorgangs 100 Prozent. Wenn man die Menge Uran kennen würde und auch die Sprengkraft, könnte man den Wirkungsgrad ausrechnen (ich weiß nicht, ob ich damit Helfen konnte)
Außerdem begann man nukleare Artilleriegranaten und kleine Raketen zu bauen, die von tragbaren Granatwerfern im Feld abgeschossen werden können. ()
[Wirklich interessante] Quelle: http://www.krref.krefeld.schulen.net/referate/physik/r0166t00.htm

 

[Alpha]

Deine ersten beiden Sätze kommen mir sehr bekannt vor. Genau das habe ich heute auch schon mal gelesen (Diese beiden Sätze findet man immer wieder im Netz...).

Wenn man die Menge Uran kennen würde und auch die Sprengkraft, könnte man den Wirkungsgrad ausrechnen

Ja, so weit waren wir auch schon. ;)

Was wir brauchen ist ne Angabe, wieviel kg Uran oder Plutonium in einem Sprengkopf mit gegebener Sprengkreft drinsteckt. So kämen wir für Uran leicht auf den Wirkungsgrad, aber für Plutonium fehlt uns noch so eine nette Formel.

 

[ampm]

Also für Uran:

y=19.8 * x * (n) (müsste doch eigentlich stimmen)
Einheiten müssen weggelassen werden
n=Wirkungsgrad (0 bis 1)
x=kg (Uran 235)
y=TNT Sprengkraft

Umformen:
y : (19.8 *x ) = n
Für Deine (@Alpha) Angabe:
"Die Hiroshima-Bombe hatte eine Sprengkraft von 13 kt TNT. Enthalten waren also so um die 500 kg Uran (1000*0,5 kg). "
13000 : (19.8 * 500) =1,31313131....
Der Wirkungsgrad müsste dann 131 % sein :?!
Das wäre Deine gewünschte Formel für Uran (für Plutonium keine Ahnung). Ich weiß nich mal, ob die Formel überhaupt stimmt?!?

 

[Alpha]

@apmp: ne, die formel stimmt mal sicher nicht. Nen wirkungsgrad über 100% gibt´s kaum.
Und die Hiroshimabombe hatte nen Wirkungsgrad von 0,1%, also 1 Promille.

Ne Formel haben wir ja schon, wir bracuhen jetzt nur noch "aus der Praxis" einen aktuellen Atomsprengkopf mit Art(Uran/Plutonium), Gewicht des spaltbaren Materials und Äquivalent TNT.

Wie gesagt: Die Hiroshimabombe hatte den WG von 0,1%.
Und jetzt wollen wir wissen, was die heutigen haben.

 

[ampm]

Nun gut, weiter weiss ich da auch nicht.
Vielleicht mal bei der US Army oder dem CIA anrufen:D
Tut mir leid, dass ich nicht sonderlich viel helfen konnte. Guten Rutsch und fröhliches neues Jahr!

 

[Alpha]

Danke, dir auch.

P.S.: Durch meine Sucherei über A-Bomben bin ich ja eh jetzt im CIA-Filter... :D

 

[Meteor]

@Alpha: Ich habe da was verwechselt: Die 20 % Wirkungsgrad waren bei "Little Boy" (=Hiroshima Bombe) und diese Bombe wurde NICHT mit dieser Komprimierung gezündet! Der Wirkungsgrad ist also bei Implosionsbomben wesentlich höher!

Ich habe diese Informationen von: http://www.geocities.com/ResearchTriangle/Facility/2069/atombombe/main.htm

Die Seite geht nicht ganz in Detail, aber es reicht mal für den Anfang. Ich such weiter! Grüsse nach Langley und Pullach!:D

 

[ampm]

Weiß eigentlich irgendjemand wo man das Video der 1. Atombombentestexplosion herunterladen kann?

 

[Alpha]

@Meteor: Ja, wie wir schon festgestellt haben, sprengt man die Teile bei einer PLUTONIUMBOME zusammen ("Implosion"), nicht bei einer Uranbombe, wie in Hiroshima.

"Implosionsbomben" sind also in jedem Fall Plutoniumbomben, die eh mehr Sprengkraft pro kg spaltbares Material haben.

Ich hab was interessantes gefunden:
In einem Buch, dass ich gerade lese (Herman Kahn: Nachdenken über den Atomkrieg) steht dazu was gutes drin. Der Typ ist eine feste Grösse in Sachen Nuklearer Kriege etc. vom RAND-Institut.
Jedenfalls schreibt er (anfang der 80er), dass der Wirkungsgrad in Kilotonnen (kt) pro amerianischem Pfund Sprengladung von 0,002 kt/Pfund bei der Hiroshima-Bombe auf 2 kt/Pfund in den 70ern stieg. Also ein Multiplikator von 1000...
Wir wissen, dass die Hiroshimabombe nen Wirkungsgrad von 1 Promille (0,001 %) hatte. Also (0,001 * 1000) müsste der Wirkungsgrad heute bei annähernd "1" bzw. 100% liegen.

Problem ist wohl die Definition von Wirkungsgrad...
Wenn die Sprengleistung pro kg Spaltmaterial einen Rückschluss auf den WG zulässt (wie wir es vermuten), dann wären wir heute also bei ca.
100 PROZENT !!!

Wow, dickes BOOM

Ich hoffe, wir haben´s jetzt so ungefähr... :D

 

[Meteor]

@Alpha: Wir habens FAST: Es fehlt noch eine Formel für den Wirkungsgrad. Allgemein würde ich sagen. "Energie nach der Sprengung DURCH Energie vor der Sprengung = Energieverlust/Wirkungsgrad" ? Kann man das so ausdrücken?

Noch ne Kleinigkeit: Die Hiroshima Bombe hat nach deinen Informationen einen Wirkungsgrad von 0,001 % und nach meinen Informationen einen von 20 %. Hast du das aus mehereren Quellen? Ich hab meine 20 % nur aus einer Quelle und suche jetzt nach einer Zweiten (bzw. Dritten; du hast die Zweite). Im Zweifelsfall nehmen wir den Mittelwert.:D

 

[stevoe]

Gibt ein interessantes Buch zu diesem Thema, heißt "U.S. Nuclear Weapons", geschrieben von Chuck Hansen und 1988 bei Aerofax erschienen (ISBN 0-517-56740-7).

 

[ampm]

@Meteor: Physikalisch ist Wirkungsgrad definiert als:

Erhaltene (End-)Energie
DURCH
Investierte Energie

Allerdings ist ja hierbei nicht die Energie entscheidend!!!!
Es geht ja darum, wieviele der zur Verfügung stehenden radioaktiven Atomkerne gespalten wurden. Also:

Wirklich gespaltene Atomkerne
DURCH
Verfügbare radioaktive Atomkerne

ODER:

Erhaltene Energie
DURCH
In ALLEN radioaktiven Atomkernen "gespeicherte" Energie

 

[Meteor]

@ampm: Jo, du hast Recht! Ich meinte das auch so, aber ich dachte die allgemeine Version reicht für uns:D

Kennst du ne Formel?

 

[ampm]

Für was genau eine Formel?

Also für die Sprengkraft der Uranatombombe hatte ich ja oben schon mal ne Formel. Alpha sagte aber, sie wäre nicht richtig. Schau sie Dir mal bitte an:

y=19.8 * x * (n)

Einheiten müssen weggelassen werden

n=Wirkungsgrad (0 bis 1; 0=0%, 0.5=50%, 1=100%)
x=kg (Uran 235)
y=TNT Sprengkraft

Diese Formel basiert auf dem Satz:
Wenn jedes Atom in 0,5 Kilogramm Uran sich spaltete, würde die erzeugte Energie der Sprengkraft von 9,9 Kilotonnen TNT entsprechen.
D.h. : 1 Kg Uran würden 19,8 Kilotonnen TNT bringen (bei 100% Wirkungsgrad)

Die Formel kann man dann umformen, dass man aus der Sprengkraft und der Menge Uran 235, die verwendet wurde, den Wirkungsgrad ausrechnet.

 

[Alpha]

@Meteor: Den Wirkungsgrad von 1 Promille für Hiroshima hab ich aus nem Usenet-Thread. Ich such ihn mal raus...
Aber er passt, wenn du dir vergegenwärtigst, dass da so um die 500 kg Uran bei nur 13kt Wirkung drin waren...

Betr. Wirkungsgrad: Nun, da gibt´s ja in der Physik wieder mal 1000 Sichtweisen... Ich denke, das einzig sinnvolle ist hier "Anteil der spaltbaren Elemente, die TATSÄCHLICH gespaltet wurden". Denn sonst müssen wir ja auch die Herstellung etc. verrechnen. Wird etwas umfangreich...

Und daher glaub ich auch nicht so an die "ampm-Formel" ;) .
Denn dort kommt für heutige Bomben Wirkungsgrade von zig-hundert Prozent raus... oder viel zuviel Kernmasse für ne Megatonnenbombe...
Liegt aber wohl auch am Plutonium/Uran-Problem...

Insgesamt schätze ich nach der Diskussion, dass heute der allergrösste Teil der benutzten spaltbaren Masse einer A-Bombe tatsächlich gespaltet wird. Also heute dickes BOOM mit wenig Material :D