Wie Kernwaffen funktionieren

Eine Kernwaffe bezieht ihre Energie nicht aus chemischen Reaktionen wie TNT, sondern aus dem Atomkern selbst. Ein einzelner Sprengkopf von der Größe eines Kühlschranks kann mehr Energie freisetzen als alle Bomben des Zweiten Weltkriegs zusammen. Zwei Grundmechanismen gibt es: Kernspaltung und Kernfusion.

Hülle der Implosionsbombe „Fat Man“ — Die Implosionsbombe „Fat Man“: die Plutoniumkonstruktion, die beim Trinity-Test erprobt und über Nagasaki abgeworfen wurde.

Schema einer Spaltungskettenreaktion — Eine Kettenreaktion der Kernspaltung: Jede Spaltung setzt Energie und Neutronen frei, die weitere Spaltungen auslösen.

Kernspaltung: schwere Atome spalten

Bestimmte schwere Isotope, Uran-235 und Plutonium-239, spalten sich in zwei leichtere Bruchstücke, wenn ein Neutron sie trifft, und setzen dabei Energie sowie zwei oder drei neue Neutronen frei. Ist genug Material dicht genug beisammen (eine kritische Masse), lösen diese Neutronen weitere Spaltungen aus, und die Reaktion wächst exponentiell: Rund 80 Verdopplungsgenerationen laufen in weniger als einer Mikrosekunde ab.

Die technische Aufgabe besteht darin, das Material bis zum Augenblick der Zündung unterkritisch zu halten. 1945 wurden zwei Lösungen gebaut:

Kanonenprinzip: Ein Uranstück wird durch ein Rohr in ein zweites geschossen. Einfach und so zuverlässig, dass die Bombe vor dem Einsatz nie vollständig getestet wurde: Das war Little Boy, die rund 15 Kilotonnen starke Bombe von Hiroshima.
Implosion: Eine Plutoniumkugel wird durch präzise gezündeten konventionellen Sprengstoff bis zur Überkritikalität zusammengepresst. Diese Konstruktion wurde beim Trinity-Test erprobt und als Fat Man über Nagasaki eingesetzt.

Reine Spaltungswaffen erreichen höchstens einige hundert Kilotonnen; die größte je getestete, Ivy King, brachte etwa 500 kt.

Feuerball des Trinity-Tests — Der Feuerball von Trinity, 1945: die erste Detonation der Implosionskonstruktion.

Kernfusion: der thermonukleare Sprung

Bei der Fusion verschmelzen leichte Kerne, Deuterium und Tritium, und setzen pro Gramm noch mehr Energie frei, brauchen dafür aber Temperaturen von einigen zehn Millionen Grad. Als Zünder taugt praktisch nur eine Spaltbombe selbst. In der gestuften Teller-Ulam-Konstruktion zündet zuerst eine „Primärstufe“ aus Spaltmaterial; ihre Röntgenstrahlung verdichtet und zündet eine räumlich getrennte „Sekundärstufe“ für die Fusion, bevor die Bombe sich selbst zerreißt. Stufen lassen sich im Prinzip beliebig aneinanderreihen, und so kam die Sowjetunion mit der Zar-Bombe auf 50 Megatonnen.

Die meisten modernen Sprengköpfe sind zweistufige thermonukleare Konstruktionen, meist geboostet: Einige Gramm Deuterium-Tritium-Gas, in die Primärstufe eingespritzt, steigern deren Wirkungsgrad erheblich. So können Sprengköpfe klein, leicht und sicher sein und trotzdem Hunderte Kilotonnen liefern.

Warum moderne Sprengköpfe „kleiner“ sind

Die Raketen des Kalten Krieges waren ungenau, also glichen die Supermächte das mit Sprengköpfen von mehreren Megatonnen aus. Mit besserer Lenkung trat Treffgenauigkeit an die Stelle roher Gewalt: Ein typischer heute stationierter strategischer Sprengkopf, etwa der amerikanische W88 (455 kt) oder der russische Topol-Sprengkopf (800 kt), liegt weit unter den Megatonnen-Ungetümen der 1960er-Jahre, und eine Rakete trägt heute mehrere unabhängig voneinander lenkbare Sprengköpfe (MIRV) statt eines einzigen riesigen.

Sehen Sie den Unterschied selbst

Am besten begreift man diese Zahlen im Vergleich auf einer Karte: Probieren Sie die 15-kt-Bombe von Hiroshima, dann einen modernen 800-kt-Topol-Sprengkopf über Washington, dann die 50-Megatonnen-Zar-Bombe, alles im Simulator. Wie die Zerstörung im Einzelnen abläuft, erklärt die Seite über die Wirkungen einer Kernexplosion.