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Während in Atomkraftwerken Kettenreaktionen völlig kontrolliert ablaufen, findet bei einer Atombombenexplosion eine unkontrollierte Kettenreaktion statt. Die Atombombe besteht aus Uran oder Plutonium, beide Produkte sind spaltbar, d.h. wenn ein Atom dieser Stoffe mit Neutronen beschossen wird, spaltet es sich auf, wobei wieder Neutronen frei werden, die ihrerseits nun wieder Atome spalten. So entsteht diese unkontrollierte Kettenreaktion. Diese läuft innerhalb einer Millionstel Sekunde ab. Dadurch werden explosionsartig große Mengen an Wärmeenergie frei (etwa 14 Mio. C oder 23 kWh pro kg U-235). Bei solch einer Explosion werden auch die tödlichen radioaktiven Strahlungen freigesetzt. In der Atombombe kann es nur dann zur Kettenreaktion kommen, wenn genügend freie Neutronen auf genügend spaltbare Kerne treffen.
Zwei Bedingungen müssen hierfür erfüllt werden:
1. Die Bombe muß reines U-235 enthalten, da sich nur diese Kerne spalten lassen. Natururan dem sogenannten Yellowcake, wie man es in Bergwerken abbaut und dann chemisch behandelt, eignet sich hierfür nicht, da es nur aus 0,7 % U-235 besteht. Das passive U-238 wird in Isotopentrennungsanlagen herausgefiltert. Dabei wird das Uran in Gas umgewandelt und kommt in eine Zentrifuge, wo sich das schwerere U-238 an den Wänden sammelt und entfernt wird.
2. Eine ausreichend große Masse Uran muß vorhanden sein, denn sonst verlassen die meisten Neutronen das Uran durch seine Oberfläche, ohne daß eine Kettenreaktion ausgelöst wird. Diese notwendige Mindestmasse, nennt man auch kritische Masse. Die kritische Masse beträgt bei U-235 ca. 23 Kilogramm. Man kann diese Masse auch noch herabsetzten, indem man das Uran mit einem sogenannten Neutronenreflektor umschließt, der die austretenden Neutronen in das Uran, wie ein Spiegel, zurücklenkt. Man kann außer U-235 auch noch Plutonium-239 verwenden. Hierbei beträgt die kritische Masse sogar nur 5,6 Kilogramm. Es kommt in der Natur nur sehr selten vor, wird aber in den Reaktoren von Kernkraftwerken ständig erzeugt.
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