hobby.jpg (6347 Byte)

Nr. 4,  April 1959

ATOMBOBEM

auf dem Schafott

128.jpg (7205 Byte)

1000 Tonnen Kernsprengstoff halten die Welt
in Atem - Wohin mit den Atombomben!

Von Robert Gerwin

Nehmen wir einmal an, es käme ein Abkommen zwischen Ost und West zustande, nicht nur auf die Experimente mit Atomwaffen, sondern auch auf deren Anwendung beziehungsweise Herstellung überhaupt zu verzichten. Was sollte dann mit den Atomsprengköpfen geschehen, die heute in den Arsenalen der Großmächte bereitliegen?

Diese Frage klingt ungewohnt, denn bisher war es in der Weltgeschichte nicht üblich, sich Gedanken drüber zu machen, was mit überflüssig gewordenen Granaten geschehen sollte; man warf sie entweder ins Meer oder brachte sie an abgelegene Plätze, um sie dort zu sprengen. Bei Atombomben sind solche 'mittelalterlichen' Methoden jedoch nicht zu empfehlen. Der AtomwaffenSprengstoff Plutonium ist ein gefährliches chemisches Gift, das man nicht einfach ins Meer werfen kann. Wollte man die Atombomben jedoch auf irgendeiner entlegenen Südseeinsel oder in der Wüste zur Explosion bringen, so hätte man genau das erreicht, weshalb der Atombomben-Weltkrieg nicht stattfinden darf: Die weitgehende Verseuchung der Atmosphäre mit radioaktivem Staub würde das Weiterbestehen der Menschheit ernstlich in Frage stellen. Außerdem sind die Atombomben-Sprengstoffe aber auch viel zu kostbar, als daß man sie einfach in die Luft jagen oder in einem Bergwerk beerdigen könnte.

GROSS-REAKTOREN wären ohne weiteres in der Lage, den jetzt vorhandenen Kernsprengstoff in friedliche Energie umzusetzen. Die USA besitzen bisher zwei derartige Anlagen in Kentucky und Ohio (oben: lsotopenTrennanlage in Oak Ridge). - Auch die Sowjetunion verfügt über ein derartiges Atomkraftwerk (darunter). Es hat eine Kapazität von 100000 Kilo. watt. - 60 MW erzeugt das neue Atomkraftwerk in Dounreay In England (drittes Bild von oben). - Schließlich verfügt Frankreich In seinem Plutonium-Zentrum in Marcoule (rechts unten) über ein Atomkraftwerk von sehr beachtlicher Kapazität. 129.jpg (26294 Byte)

Das Prinzip der Atombombenkonstruktion ist, auch wenn es nie offiziell veröffentlicht wurde, bekannt. Die normale Uran-Atombombe enthält einen Körper in der Größe einer Billardkugel aus nahezu reinem spaltbarem Uran-235. Wie beim Atomkraftwerk muß auch hier eine gewisse Mindestmenge, die kritische Masse, beisammen sein, damit fortlaufende Kettenreaktionen stattfinden können. Sie beträgt bei reinem Uran-235 etwa 10 kg. Um eine Atombombe zur Explosion zu bringen, genügt es also, in ein Loch der gewichtsmäßig dicht unterhalb der kritischen Grenze liegenden Kugel ein Stück Uran-235 zu schießen. Sobald die Kugel dann eine überkritische Größe erreicht, sorgen die Teilchen der kosmischen Strahlung für den Beginn der Kettenreaktion. Eine unterkritische Kugel kann auch, dadurch zur Explosion gebracht werden, daß man sie plötzlich mit einem Mäntel umgibt, der Neutronen, die in ihrem Innern entstehen, reflektiert. Die reale Uranmasse bleibt dann zwar konstant, doch die Voraussetzungen für das Zustandekommen einer Kettenreaktion bessern sich, so daß die zur Zündung notwendige kritische Masse kleiner wird.

130.jpg (13266 Byte)

In gleicher Art funktioniert die Plutonium-Atombombe. Auch das Plutonium-239 gehört zu den wenigen Atomkernarten, die sich unter Freisetzung von Energie und freien Neutronen spalten lassen. Allerdings ist das Plutonium ein Metall, das in der Natur nicht vorkommt. Es muß aus dem sonst nicht spaltbaren Uranisotop-238 künstlich hergestellt werden. Das geschieht im intensiven Neutronen-Bombardement eines Atomreaktors:

Aus dem U 788 entsteht durch Neutroneneinfang zunächst U 299, welches unter Aussendung von ß-Strahlung in Np239 übergeht Auch dieses Isotop ist ß-aktiv und zerfällt weiter in Pu 189. Dadurch entsteht aus dem Uran ein neues Element, das Plutonium, mit ganz anderen chemischen Eigenschaften. Während es äußerst schwierig ist, das spaltbare Uranisotop-235 vom etwa 140mal häufigeren: Uranisotop-238 zu trennen, kann das im Uran-238 entstandene Plutonium auf Grund seiner neuen chemischen Eigenschaften verhältnismäßig leicht aus seiner Muttersubstanz herausgelöst werden." Die Wasserstoffbombe ist nichts anderes als ein Plutonium- oder Uransprengsatz, der mit einem Mantel aus schwerem und überschwerem Wasserstoff (Deuterium und Tritium) umgeben ist.

Der Uransprengsatz hat dabei nur die Aufgabe, durch seine hohe Explosionstemperatur die Kernverschmelzungsreaktion einzuleiten. Trotzdem trägt er natürlich auch zur Zerstörungskraft der Wasserstoffbombe bei. Dieser Anteil belief sich anfänglich auf etwa 20 Prozent, ist mittlerweile jedoch bei großen Bomben auf 5 Prozent herabgesetzt worden.

131.jpg (11793 Byte)

Solche Sprengsätze werden als 'sauber' bezeichnet. Eine 'saubere' Wasserstoff bombe erzeugt jedoch auf keinen Fall weniger radioaktive Spaltprodukte als normale Uran-Atombomben! Unter einer 'sauberen' Bombe ist auch nicht etwa ein Wasserstoffsprengsatz zu verstehen, der nicht mit Hilfe einer Uranbombe, sondern durch andere Zündvorrichtungen in Brand gesteckt wird. So etwas gibt es bis heute - trotz gelegentlich wiederkehrender anderslautender Gerüchte - nicht. Nach wie vor enthält jede Wasserstoffbombe etwa zehn Kilogramm Uran-235 oder Plutonium.

Bereits im Frühjahr 1956 wurde der Atomwaffenvorrat der USA auf 32 500 Sprengköpfe geschätzt. Er hat sich seither mindestens verdreifacht, dürfte also heute bei 100000 Einheiten liegen. Die Atomwaffenvorräte der UdSSR sind mit Sicherheit geringer als die der USA und betragen heute etwa 20000 bis 30000 Einheiten. Großbritannien verfügt sicher nicht über mehr als 1000 Sprengköpfe eigener Herstellung. Der Plutoniumvorrat Frankreichs, mit dem sich auch dieses Land bald in die Reihe der Atom-Großmächte schieben wird, kann zur Zeit kaum größer als 100 kg sein, also für etwa 10 Einheiten reichen. Berücksichtigt man nun, daß jeder Atomwaffen-Sprengkörper - einerlei, ob er allein oder mit einem Wasserstoffmantel zur Explosion gebracht werden soll - rund 10 kg Plutonium oder Uran235 enthält, dann kommt man zu dem Ergebnis, daß - unter Einrechnung aller Unsicherheitsfaktoren - in den Arsenalen der Atom-Großmächte insgesamt etwa 1000 bis 1500 Tonnen hochwertiger Kernbrennstoff lagern. Davon beträgt der Plutoniumanteil 70 bis 85 Prozent. Wären diese Kernbrennstoffe reines Gold, dann betrüge der entsprechende Wert 5 bis 7,5 Milliarden Mark. Doch der Kaufpreis für Uran-235 in einer 25%igen Anreicherung liegt bereits über dem zehnfachen Goldpreis. Folglich beträgt der Wert der 1000 bis 1500 Tonnen Kernbrennstoff weit über 100 Milliarden Mark! Das sind Vermögen, von denen sich auch ein reiches Land im Falle einer Ächtung der Atomwaffen nicht leichten Herzens trennen wird.

Energiekonserve für vier Jahre

Was aber kann man mit 1000 Tonnen Kernbrennstoff machen, wenn man sie nicht dazu benutzen will, die Erde in die Luft zu sprengen? Ein modernes Groß-Atomkraftwerk, wie es für die 'Verfeuerung' solcher Kernsprengstoffe in Frage käme, verlangt bei einer elektrischen Leistung von 100 MW (das sind 100 000 Kilowatt) einen Brennstoffeinsatz von etwa 500 kg Uran-235. Mit den aus den Atombombenvorräten stammenden 1000 Tonnen Kernbrennstoff könnten also 2000 Kraftwerke ausgerüstet werden. Ihre elektrische Gesamtleistung betrüge 200000 MW, etwa doppelt soviel wie die Leistung aller Wasserkraftwerke der ganzen Erde zusammen. Beim heutigen Stand der Technik würde diese Erstausstattung mit Kernbrennstoff für eine halbjährige Betriebszeit reichen. In dieser Zeit könnten diese 2000 Kernkraftwerke zwanzigmal mehr Strom erzeugen, als während des gleichen Zeitraums gegenwärtig in der Bundesrepublik Deutschland verbraucht wird.

Nach diesen sechs Monaten wären jedoch erst 2 Prozent des Kernbrennstoffs verbrannt. Die restlichen 98 Prozent können nach einer chemischen Aufbereitung der Brennelemente erneut in die Reaktoren gefüllt werden. In den 1000 Tonnen Kernbrennstoff stecken, wenn man sie vollständig zur Spaltung bringt, 30 Billionen kWh elektrische Energie. Diese entsprechen, wenn sie in unseren konventionellen Kraftwerken erzeugt werden, einer Wärmeenergie von 90 Billionen kWh. Der gesamte Energieverbrauch der Menschheit beträgt gegenwärtig nur etwa 25 Billionen Kilowattstunden pro Jahr. Dabei sind jeder Liter Benzin, den unser Auto verbraucht, und jede Schaufel Koks, die wir in unseren Ofen werfen, mitgezählt. Fast vier Jahre lang könnte also der Weltenergiebedarf allein durch den heute in den Atombomben steckenden Kernbrennstoff gedeckt werden!

Diese Zahlen liegen hart an der Grenze dessen, was man sich noch anschaulich vorstellen kann. Doch sie zeigen in aller Eindringlichkeit, welche ungeahnten neuen Perspektiven sich der friedlichen Anwendung der Atomenergien öffnen würden, sobald ihr der Kernbrennstoff aus der Bombenproduktion zur Verfügung stünde. Daß der Bau von Atomkraftwerken in der Welt nur verhältnismäßig langsam voranschreitet, liegt ja vor allem daran, daß der elektrische Strom, den man in den nächsten 5 bis 8 Jahren aus Atomenergie erzeugen wird, noch etwa 10 bis 20 Prozent teurer ist als der, den man in konventionellen Kraftwerken gewinnt. Diese Situation würde sich schlagartig ändern, sobald die Militärbehörden den Erbauern von Atomkraftwerken die Erstausstattung mit Kernbrennstoff, die etwa 20 Prozent der Baukosten verschlingt, schenken könnten.

Allerdings ließen sich diese schönen Träume vom billigen Atomstrom nicht von heute auf morgen verwirklichen; außerdem wäre es schade, wenn man den hochwertigen Bomben-Kernbrennstoff in Atomkraftwerken der heutigen ersten Generation von Kernenergieanlagen verfeuern wollte. Die Reaktoren dieser Kraftwerke arbeiten alle mit langsamen Neutronen. Zwischen dem Kernbrennstoff befindet sich ein sogenannter Moderator (meist Graphit oder Wasser), der die bei einer Kernspaltung entstehenden Neutronen, die neue Kernspaltungen auslösen sollen, abbremst. Das ist bei dieser Reaktorkonstruktion notwendig, weil ein Uran-235-Atomkern eigenartigerweise eher von langsamen als von schnellen Neutronen gespalten wird. Darum kommt man bei dieser Konstruktion auch mit verhältnismäßig wenig Kernbrennstoff und vor allem auch mit Uran, in dem das spaltbare Isotop überhaupt nicht oder sehr schwach angereichert ist, aus. Doch konstruktiv, vom Standpunkt des Ingenieurs aus gesehen, ist ein Moderator meist ein Fremdkörper im 'Fleisch' des Reaktors.

Brut-Reaktor als Bombenkrematorium

Während der Zweiten internationalen Konferenz über die friedliche Anwendung der Atomenergie, die im September 1958 in Genf stattfand (hobby 11/1958, S. 136ff.), wurde aber bereits von Atomkraftwerken berichtet, deren Reaktoren mit schnellen oder halbschnellen Neutronen arbeiten. Solche Reaktoren bieten den großen Vorteil, daß sie neben ihrer Tätigkeit als Kraftwerksheizung noch etwa so viel neuen Kernmbrennstoff erzeugen, wie sie während ihres Betriebes verbrauchen. Sie werden als 'Brüter' bezeichnet, denn wie eine Henne brüten sie während des Betriebs aus nicht spaltbaren Thorium- oder Uranisotopen spaltbares Uran-233 oder Plutonium aus. Zwar kann man auch bei solchen Brutreaktoren nicht darauf verzichten, die Brennelemente - das sind die Behälter, in denen sich der Kernbrennstoff befindetvon Zeit zu Zeit chemisch aufzuarbeiten, weil sich in ihnen Spaltprodukte ansammeln, die freie, für die Unterhaltung der Kettenreaktion gedachte Neutronen einfangen. Doch die Kernbrennstoffe, vor allem deren nicht spaltbare Anteile, werden in Brutreaktoren natürlich wesentlich ök omischer verarbeitet. Erste Großreaktoren dies Art werden bereits sowohl in den USA (zum Beispiel im Enrico-Fermi-Kraftwerk im Staate Michigan) als auch in der UdSSR (im BH-250-Kraftwerk mit 250 MW Leistung) und in Großbritannien (im äußersten Norden, in Dounreay) gebaut. Alle diese Konstruktionen verlangen als Kernbrennstoff Uran, in dem das spaltbare Isotop auf 20, 25 oder noch mehr Prozent angereichert ist.

Reaktor als Atombombe

In diesen Konstruktionen kann man aber auch Plutonium als Kernbrennstoff verwenden. Es ist nämlich durchaus nicht so, daß sich Plutonium und Uran-235 kernphysikalisch gleichartig verhalten und darum leicht gegeneinander vertauscht werden können. Auch physikalisch weisen sie wesentliche Unterschiede auf. So besitzt zum Beispiel das Plutoniummetall eine ausgesprochen schlechte Wärmeleitfähigkeit. Das ist gerade beim Bau von Leistungsreaktoren unangenehm, denn die Wärme entsteht ja dort, wo sich die Kettenreaktionen abspielen, im Kernbrennstoff, im Innern eines Brennelements. Die Wärme muß dann erst an dessen Oberfläche gelangen, ehe sie von der Kühlflüssigkeit abgeführt werden kann. Bei einer schlechten Wärmeleitfähigkeit tritt im Innern des Brennelements eine Wärmestauung auf, die zu seiner Zerstörung führen kann. Darum sind gerade in jüngster-Zeit viele Untersuchungen angestellt worden, die erweisen sollen, mit welchen anderen Metallen man Plutonium legieren kann, um ihm eine bessere Wärmeleitfähigkeit zu geben. Vor allem Legierungen mit Uran (aus dem dann nebenbei noch neues Plutonium hergestellt wird), mit Eisen, Cer und Aluminium wurden untersucht. Dr. D. B. Hall berichtete darüber zum erstenmal bei der Zweiten Internationalen Atomkonferenz.

Man denkt sogar daran, Plutoniumlegierungen nicht in fester Form, also in Form von Brennelementen, sondern als Flüssigkeit, als geschmolze Metall-Legierung, in den Reaktor zu bringen Dann besteht dieser nur noch aus einem einfache Schmelztiegel, dessen Inhalt von selbst heiß wird' sobald er so weit gefüllt ist, daß die kritische Massgerade erreicht wird. Um die erzeugte Wärm technisch zu nutzen, wird man flüssiges Metall a. pumpen, es durch einen Wärmetauscher leiten und wieder in den Tiegel zurückbefördern. Die Steue rung des Reaktors ist gleichfalls höchst einfach nach Leistungsbedarf hebt man den Flüssigkeitspiegel der Schmelze etwas an oder senkt ihn ab Die Verwandtschaft eines solchen Reaktors einer Atombombe ist unverkennbar, aber die Legierungsbeimischungen sorgen dafür, daß er selbst bei Betriebsstörungen nicht in die Luft geht.

Denaturierter Atomzündstoff

Bis diese Konstruktionen eine solche technische Vollkommenheit erreichen, daß man sie in großer Zahl für den praktischen Betrieb in Kraftwerke bauen kann, werden jedoch wahrscheinlich n. fünf, unter Umständen bis zu zehn Jahre vergehen. Bis dahin würden die Plutonium- und Uransprengstoffe, auch wenn die Atomwaffen inzwischen offiziell geächtet und ihr Gebrauch verboten worden wäre, eine potentielle Gefahr darstellen, der irgendwo auf der Welt müßten sie ja gelagert werden. Selbst die beste internationale Bewachung - seitigt jedoch nicht vollständig die Gefahr mit gebräuchlicher Anwendung in weltpolitischen Krisenmomenten. Diese Schwierigkeit könnte auch gemeistert werden, wenn man die Kernbrennstoffe denaturiert, sie mit neutronenabsorbierenden Metallen legiert, durch die ihre Verwendung als Bombensprengstoff erst nach einer langwierigen chemischen Prozedur wieder möglich ist In ähnlicher Art wird ja Alkohol mit ungenießbaren Zusätzen versehen und dann als Brennspiritus verkauft.

Das Problem 'Wohin mit den Atombomben?' läßt sich also - rein technisch gesehen - in durch aus realisierbarer und sinnvoller Weise lösen. Woran es fehlt, ist das mangelnde gegenseitig Vertrauen unter den Atommächten. Es sollte da her nichts unversucht gelassen werden, um diese Vertrauen wenigstens teilweise herzustellen und die existierenden Atombomben zu 'entschärfen' solange es nicht zu spät ist. Der Verzicht auf die militärische Anwendung der Atomenergie könnte ihrer friedlichen Anwendung wertvollste Schritt macherdienste leisten.



aus:
hobby Das Magazin der Technik
Nr. 4 April 1959

Bearbeitet am: 07.07.2005/ad


zurück zur Homepage