Die Entwicklung der Atombombe
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Das Manhattenprojekt und das Uranprojekt.

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Die Entwicklung der Atombombe Die Entwicklung der Atombombe Document Transcript

  •             Severin Fink      Die Entwicklung der  Atombombe        Das Manhattanprojekt und das Uranprojekt                       
  • Fink Severin                                                            1.12.2008  Chemie                        Maria‐Theresia‐Gymnasium   Die Entwicklung der Atombombe      Weitere Staaten mit  Gliederung  Atombombenprojekt           UdSSR    I.Entdeckung der Kernspaltung  Großbritannien  II.Entwicklung der Atombombe  Frankreich    1. Uranprojekt (Deutschland)  China   Pakistan    a) Grundlage  Indien  b) Probleme  Israel    c) Scheitern   2. Manhattanprojekt (USA) Verhältnis    a) Beweggründe (in natürlichem Uran)  U­235          ­        U­239    b) Grundlage   c) Der erste Kernreaktor – „CP-1“         1        ­         139    d) Manhattan Engineer District   e) Die erste Atombombe – Trinity Massendefekt    f) Abwurf von „Little Boy“ und „Fat Man“ Differenz zwischen  Masse des      Ursprungskerns und  der Summe der    I. Entdeckung der Kernspaltung  Massen der  entstehenden Kerne.    Entdeckung bei der Suche nach Transuranen durch Otto Hahn, Fritz Strassmann und    Die Differenz der    Lise Meitner (1938):  Massen wird als  Energie abgegeben.    • Beschuss von Uran mit Neutronen    Bei der Spaltung von    • Entdeckung von radioaktivem Barium   U‐235 ca. 20%.      • Abgabe von einer riesigen Menge Energie   Aus E=mc2 folgt:  Pro Spaltung Emission    von ca. 200 MeV     Notwendige Schlussfolgerung: Spaltung des Urans         Kettenreaktion    Durch weitere Versuche folgte:  Abgegebene Neutronen  spalten weitere Kerne.    1 0n + 235 92 U → 236 92 U → 139 56 Ba + 94 36 Kr + 31 n + E   0   Bedingungen:       Moderator  (Bremsmittel) zum    • Nachweis von Kryptium durch dessen Zerfallsprodukte  Abbremsen der  emittierten     • Uranisotop 235 als spaltbares Material (Entdeckung Bohrs bei dem Vergleich mit der     Neutronen  Spaltbarkeit von Thorium)  zum Beispiel:    ‐ Wasser (H2O)  • Aufteilung der Masse und Ladung auf die zwei entstehenden Kerne                                      ‐ schweres    => Neutronenüberschuss                                                                                                               Wasser (D2O)  ‐ reiner  => Neutronenemission  Kohlenstoff    ‐ Paraffin           Kettenreaktion möglich  (CnH2n+2)                     (Spaltung weiterer Kerne durch die abgegeben Neutronen)   Anreicherung von  U‐235 von 0,5%  Möglichkeiten:  auf mindestens    3%, da sonst zu  viele Neutronen  1. Nutzung als Energiequelle (E=mc2)  von U‐239  Seite 1  2. „Katastrophale“ Kettenreaktion als Sprengstoff (Atombombe)  absorbiert werden   
  • Uranverein  II. Entwicklung der Atombombe   Werner Heisenberg     Otto Hahn   Hans Geiger   Paul Harteck  Uranprojekt (Deutschland)   Walter Busche  Clusius­Dickelsches  a) Grundlage (aller Versuche)  Trennrohr  (Gasdiffusion)  • Schweres Wasser(D2O) als Moderator, da dies billig aus Norwegen zu beschaffen war   • U‐235 als spaltbares Material  • Plattenanordnung (später nach vielen Misserfolgen: Gitteranordung)  Ziel: Uranmaschine(Kernreaktor) herstellen  b) Probleme  • Zerstreuung der Forschung auf ganz Deutschland  • Keine Lösung für die effiziente Anreicherung von U‐235 (kein Zyklotron vorhanden)    • Relativ wenig Unterstützung durch die Hitlerdiktatur, da die Kernspaltung nicht als  Zur Isotopentrennung  kriegsentscheidend eingestuft wurde (Man ging davon aus, dass der Krieg nur 1‐2 Jahre  (U‐235 von U‐239)  dauert)  Probleme:   Kaum Auftrennung   Korrosion  =>  zu wenig Ressourcen     Der letzte Versuch  • Keine industriellen Anlagen zur Produktion von D2O und zur Anreicherung von U‐235  Uranmaschine B­VIII     • Viel weniger Mitarbeiter als beim Manhattanprojekt   zu wenig angereichertes U­235 und kaum D2O, vor allem da das Werk in  Norwegen von den Alliierten bombardiert und sabotiert wurde.   Keine (kontrollierte) Kettenreaktion zu Stande gebracht  c) Scheitern  • Verdrängung der Forscher aus ihren Instituten durch die Bombardements der Alliierten    B‐VIII im Museum  • Fortführen der Versuche in Notunterkünften (z.  B. im Bierkeller der Schlosskirche von    Haigerloch)   Entwurf von  Heisenberg   Neutronenquelle im  Letzte Erfolge:  Mittelpunkt   680 Uranwürfel  • Neutronenvermehrung um das 10fache  (1,5t)   eingetaucht in D2O  • Kurz davor eine selbsterhaltende Kettenreaktion zu verursachen                           Ummantelung aus  Kohlenstoff (10t)   Aber: zu wenig Uran und schweres Wasser    Skizze:  Ende:  • Kapitulation  Deutschlands  • Übernahme der Forschungsstätten durch die Alliierten  Seite 2   
  • Oppenheimer  Manhattanprojekt (USA)      a) Beweggründe  Angst vor einer deutschen Atombombe:  • Informationen aus der Spionage über Fortschritte der Deutschen  • Warnungen durch emigrierte Wissenschaftler (u. a. Albert Einstein)  • Angriff der Japaner auf Pearl Habor (Kriegsbeitritt der USA)    Oppenheimer(rechts)  b) Grundlage (aller Versuche)  mit General Groves    • Graphit als Moderator, da dies in großen Mengen vorhanden war (später auch D2O)  Über Trinity:  „Now, I am become  • U‐235 als spaltbares Material   Death, the destroyer of  worlds.“  • Von Beginn an Gitteranordung    „Jetzt bin ich der Tod  c) Der erste Kernreaktor – Chicago Pile One (CP‐1)  geworden, Zerstörer der  Welten.“  Entwickelt von Enrico Fermi und Erzeugung der ersten kontrollierten Kettenreaktion      (32 Minuten lang am  2. Dezember 1942)  Nach dem Krieg:     Gegen die  Aufbau:  Entwicklung der    Wasserstoffbombe   Verunglimpft als  • Kugelförmiger Aufbau mit 6m Durchmesser  Kommunist  • Spaltmaterial: 36,5 t Uranoxid und 5,5 t  Enrico Fermi       Uranmetall  (1901 – 1954)    • Moderator:      350 t Graphit  • Steuerstäbe zum Stoppen der Reaktion                           (Absorption der Neutronen)    Chicago Pile One  • Kosten:              1 Million Dollar      Kernreaktor als wichtiger Schritt auf dem Weg zur Atombombe:  1. Kettenreaktion    Foto seines Dienstausweis für  2. Möglichkeit Plutonium herzustellen  Los Alamos  Entdeckung:  Ablauf von  d) Manhattan Engineer District(1942‐1945)    Kernumwandlungen  (Das eigentliche Manhattanprojekt)  um einiges effektiver mit  Neutronenstrahlung    Dimension:  Los Alamos      • Leitung:   Robert Oppenheimer(wissenschaftlich)                                 Leslie R. Groves (militärisch)  • 100.000 Beschäftigte (u. a. mehrere Nobelpreisträger)    • Kosten: 20 Milliarden Dollar (nach heutigem Wert)  Forschungsstätte in  New Mexico  • Bau riesiger Fabrikkomplexe und ganzer Forschungsstädte(z. B. Los Alamos) zur    Anreicherung von U‐235(Isotopentrennung) und Produktion von Plutonium   3.000 Angestellte   Mitten in der  Wüste   In 2.000 m Höhe      Seite 3 
  • Lösung des Problems der Isotopentrennung:  Elektromagnetische    Isotopentrennung     1. Möglichkeit: Anreicherung von U‐235 (hoher Aufwand)  • Gasdiffusion                                    1. Schritt  • Elektromagnetische Isotopentrennung                                            2. Schritt    • Zentrifugieren                                                 3. Schritt  Calutron in Oak Ridge  Zur Anreicherung von   => Nötige Anreicherung an U­235  U‐235    Trinity   2. Möglichkeit: Erzeugung von Pu‐239  (in Kernreaktoren)        Beschuss von U‐238 mit schnellen Neutronen    Atombombenaufbau:    Trinity kurz vor der    Explosion  Uranbombe  Plutoniumbombe  Little Boy    Aufeinanderschießen zweier  Eine Hohlkugel Plutonium wird durch eine  unterkritischer Massen U‐235 erzeugt  Implosion so komprimiert, dass die  die kritische Masse. kritische Masse erreicht wird     ca. 64 kg Uran,  davon 80% U‐235   (nach heutigen  Annahmen wurde aber  nur 1kg gespalten)   4,0 t schwer   3,2 m lang       0,7 m Durchmesser  „Little Boy“  „Fat Man“   entspricht ca.  13.000 t TNT  e) Die erste Atombombe – Trinity (engl. Dreifaltigkeit)   5 Million Grad heiß   ca. 90.000 Tote      Erfolgreicher Test in der Wüste von New Mexico am 16. Juli 1945:  Kein Test:     Technik galt als  • Plutoniumbombe  zuverlässig   Nicht genügend U‐ • Implusionsdesign (32 Sprengblöcke, die den  235 vorhanden  Plutoniumkern der Bombe zu einer überkritischen    Masse komprimierten)  Fat Man    • Sprengkraft: 21 Kilotonnen TNT                         Krater:           3 m tief und 300 m breit                                        Atompilz:      18 km hoch             radioaktiver Fallout    f) Der Abwurf von „Little Boy“ und „Fat Man“  ca. 6kg Pu‐239   4,6 t schwer   3,6 m lang  • 6. August 1945 Abwurf von „Little Boy“ (U‐235 Bombe) auf Hiroshima    1,5 m Durchmesser   entspricht ca.  • 9. August 1945 Abwurf von „Fat Man“ (Pu‐Bombe) auf Nagasaki  21.000 t TNT   ca. 140.000 Tote   350.000 Tote    Mögl. deutsche Ziele für   Ende des 2. Weltkrieges  Atombombenabwürfe         Ludwigshafen   Mannheim  Seite 4   Berlin