Frage von Niklassmada, 102

Wieviel Atomkerne werden in einer Atombombe gespalten?

Einer wird ja zu wenig sein.

Expertenantwort
von SlowPhil, Community-Experte für Physik, 24

Viele Kollegen hier haben bereits erwähnt, dass die Atombombe im Sinne von Uran- oder Plutoniumbombe auf dem Prinzip der Kernspaltung beruhe. Das ist richtig und doch nur die halbe Wahrheit.

Die Wirkung der Atombombe beruht auf dem Prinzip der Spaltung der richtigen Atomkerne als Kettenreaktion. Die Reaktion muss nämlich vor allem exergonisch sein (d.h. sie muss Energie liefern), und sie muss sie schnell liefern, um das Material auf Millionen Kelvin aufzuheizen und dadurch zugleich einen gewaltigen Druck erzeugen.

Die Kettenreaktion kommt dadurch zustande, dass bei jeder Spaltung eines ²³⁵U - oder ²³⁹Pu - Kerns, ausgelöst durch ein Neutron, weitere Neutronen freisetzt, die ihrerseits Kernspaltungen auslösen.

Genau diese Eigenschaft ist es, die man meint, wenn man von »spaltbarem Material« spricht. Prinzipiell spalten lassen sich auch andere Atomkerne, etwa ²³⁸U, aber es gibt keine Kettenreaktion.

Für diese gibt es das berühmte Mausefallen-Modell, hier ein Beispiel:

http://www.focus.de/digital/videos/1000-mausefallen-in-zeitlupe-ping-pong-ball-l...

Durch die Oberfläche des Systems (damit meine ich den Uran- oder Plutonium»klumpen«) verlassen es viele Neutronen, wodurch sie sich zwar noch an fremde Atomkerne anlagern und diese destabilisieren, für die Kernspaltung aber verloren sind. Je größer das Volumen (und damit die Masse) des Systems, desto höher ist der Anteil an Neutronen, die genau dies nicht tun. Deshalb gibt es die kritische Masse, die bei der Zündung zusammengeführt werden muss.

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Wie viele Atomkerne gespalten werden, kann anhand der freigesetzten Energie berechnet werden. Diese wird bei Atombomben in Tonnen (respektive Kilo- oder Megatonnen) TNT-Äquivalent (T) angegeben, wobei

(1) 1T ≈ 4,2×10⁹J ≈ 26×10²⁷eV = 2,6×10²⁸ eV.

Little Boy setzte etwa

(2) 13kT ≈ 1,3×10⁴T ≈ 3,4×10³²eV

frei. Bei einer einzelnen Spaltung sollen etwa 200MeV = 2×10⁸eV freigesetzt werden, woraus sich

(3) 13kT / 200 MeV ≈ 1,7×10²⁴ Kernspaltungen

ergeben. Für Fehlerfreiheit der Rechnung gebe ich keine Garantien, aber die Rechnung ist nachvollziehbar, und darauf kommt es an. 

Antwort
von MamaLuigi, 69

Die Atombombe beruht auf dem Prinzip der KernSpaltung hier wird der Uran 235 Kern mit einem Neutronen beschossen. So wird aus dem Uran 235 ein Uran 236 welches instabild ist und so in zb. 2 andere kleinere Kerne zerfällt wie Ba und Kr. Allerdings werden dadurch auch 3 weitere Neutronen gelöst die so auf 3 weitere Kerne stoßen und so mit eine Kettenreaktion auslösen, die sich lawinenartig in kurzer Zeit ausbreitet. Man kann mit der der Gleichung 3* die Anzahl der Kernbeschüsse berechnen (das x ist die Anzahl der Wiederholungen) Also 3³ sind bei der dritten Wiederholung 27 Kernkernbeschüsse. So wird in kurzer Zeit eine menge menge Energie frei, die eine enorme Zerstörungskraft hat. Ich hoffe konnte helfen ;)

Kommentar von Reggid ,

quellenangabe nicht vergessen!

Kommentar von MamaLuigi ,

Jetzt is zu spät :(

Kommentar von Reggid ,

es ist nie zu spät um es zumindest nachzuholen.

Kommentar von Franz1957 ,

Es werden teils 2, teils 3 weitere Neutronen je Kernspaltung frei. Im Durchschnitt sind es 2,5: "an average of 2.5 neutrons are emitted"

Quelle https://en.wikipedia.org/wiki/Nuclear_fission%23Output

Bitte nicht mißverstehen, was z.B. bei lernhelfer.de über den Versuch von Otto Hahn und Fritz Strassmann steht: "Zugleich wurden bei jeder Kernspaltung drei Neutronen und Energie freigesetzt." Das bezieht sich speziell auf den zuerst nachgewisenen Fall, bei dem die Spaltprodukte Krypton und Barium entstanden waren.

https://www.lernhelfer.de/schuelerlexikon/physik/artikel/kernspaltung

Antwort
von LeCux, 60

Die Hiroschima Bombe waren 650g gespaltenes Uran.

Damit:

etwa 2,77 mol - das sind 1.6 * 10^24 Atome.

Kommentar von kindgottes92 ,

Die aber nicht alle gespalten wurden

Kommentar von Roderic ,

Das hat LeCux in seiner Antwort bereits berücksichtigt. Der Sprengsatz in der Bombe bestand nicht nur aus 650g Uran sondern aus mehr als 60kg.

Kommentar von LeCux ,

Genau so ist es - und weiterhin spannend wird es wenn man die Menge nach E=mc^2 ausrechnet wie von Materie nach Energie gewandelt wurde.

Antwort
von kazon500, 46

12,49 · 10−6m^3/mol / volumen deines Sprengkopfes

dann hast du die Anzahl der Atome.... sprich sehr viele

Antwort
von Reggid, 24

eine kurze goolge suche (die du auch selbst hättest machen können) sagt mir dass es in der größenordnung von 10^24 atomen sein soll.

ich habs selbst nicht nachgerechnet, daher keine garantie dass es stimmt. du kannst ja selbst weiter recherchieren.

Antwort
von DanielHatFragen, 13

Jedes Atom gibt durchgehend Neutronen ab.Die einen mehr als die anderen.Uran gibt sehr viele ab und sehr schnell.Wenn ein Neutron den Kern eines anderen Atoms trifft, teilt sich das Atom.

https://www.google.de/search?client=opera&q=Kernspaltung&sourceid=opera&...

Kommentar von Franz1957 ,


Jedes Atom gibt durchgehend Neutronen ab.Die einen mehr als die anderen.Uran gibt sehr viele ab und sehr schnell.

Nicht jedes Atom gibt Neutronen ab. Es sind nur bestimmte Nuklide, die das tun. Keines davon gibt viele ab, sondern i. d. R. nur eines, selten zwei. Die Nuklide, die es überhaupt tun, kommen in der Natur nur selten vor, aber unter den Spaltprodukten des Urankerns sind sie häufig.

Siehe: https://de.wikipedia.org/wiki/Neutronenemission (Der englische Artikel ist ausführlicher.)

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