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Effekte von Atomwaffen (Teil 1)
20.04.2022 um 18:35Nuklearwaffen,was man schon immer Wissen wollte, aber sich nie getraut hat zu Fragen.
Kaum eine Erfindung des 20 Jahrhunderts löst soviel Emotionen, Angst und Kontroversen aus wie die Kernspaltungswaffe.
Eigentlich sollte das mal irgendwann ein Beitrag werden als Übersicht um in diversen Diskussionen darauf zurückzugreifen,
aber die Realität hat einen etwas überholt. Denn durch die Blume wurde ja in den Letzten Wochen viel Atomar Gedroht ,zu geringen Überraschung
von Russland.
Und plötzlich sind die seit den 90er Jahren verdrängten Ängste wieder da, und auch schnell wird vom Ende der Welt geredet.
Zeit für einen Blick auf die Allgemeinen Grundlagen:
Die Normale Atombombe: Energiefreisetzung durch Kernspaltung
Die Wasserstoffbombe: Kernspaltung die eine Kernfusion einleitet und damit Mehr Energie Freisetzt
Die Neutronenbombe: Eine Atomwaffen die einen größeren Anteil ihrer Energie in Form von "harter Strahlung" freigesetzt wird
für die Betrachtung eher Uninteressant weil es eine Gefechtsfeldwaffe ist die zumindest offiziell nicht mehr in den Arsenalen liegt und meist im Bereich unter einer Kilotonne Sprengkraft liegt .
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https://www.quarks.de/wp-content/uploads/MicrosoftTeams-image-10.png
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https://opentextbc.ca/openstaxcollegephysics/wp-content/uploads/sites/272/2019/07/Figure_33_07_06a.jpg
Wie man sieht, die mit Atomwaffen verbundene Strahlung ist eher ein Marginaler Anteil der Energiefreisetzung(
weshalb man in den 70ern versuchte mit der Neutronenwaffe mehr Energie in Form von Strahlung freizusetzen für den Taktischen Einsatz)
Bodendetonation (Surface burst)
Der Sprengkopf Detoniert auf der Erde. Effekte Krater und Bodenschockwellen, Der Feuerball saugt Staub und Trümmer ein und erzeugt damit zusätzlichen Fallout. (Darauf wird später Gesondert eingegangen)
Vorgesehen ist diese Art des Angriffs im Miliärischem Sinn auf gehärtete Ziele zb Bunker oder was natürlich immer angepeilt war zb ein Silo einer Interkontinentalrakete.
Luftdetonation (Air Burst)
Wie der Name sagt wird die Bombe in größerer Höhe gezündet. Je nach Sprengkraft gibt es da eine ideal Höhe. (Hiroshima zb war auch eine Sinn ist es die Wirkung der Thermischen Strahlung und der Druckwelle über eine größere Fläche zu bringen. Einsatz gegen im Militärjargon _Weiche_ Ziele_ bzw Flächenziele. Hier wäre man beim Klassichenen Angriff zb auf urbarnes gebiet etc. Berührt der Feuerball den Boden nicht, entsteht verhältnismäßig weniger Fallout, da _nur_ das Radioaktive Material und die Bombe selbst Radioaktive Partikel bilden. Diese Partikel landen in der Oberen Atmosphäre wo sie relativ lange (Monate Jahre) sich halten können und je nach Halbwertszeit abklingen. (Ebenfalls ist die Distanz ein Faktor warum die Strahlung nicht schädlich auf den Boden auswirkt_
Ein Blick über die Arsenale im kalten Krieg bis heute
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https://www.statista.com/chart/16305/stockpiled-nuclear-warhead-count/
Die Grafik beinhaltet alles gelagerten Atomwaffen.
hier eine Übersicht (klicken zum vergrößern)
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[i
Alpha und Beta Strahlung sind zu vernachlässigen wegen ihrer Geringen Reichweite von nur wenigen Metern, und ihre leichten Abschirmung
Röntgenstrahlung und Neutronenstrahlung stellen die große Wirkung und Gefahr dieses Effektes dar.
https://www.govinfo.gov/content/pkg/GOVPUB-C13-e41bf12c845c2badd5367e1334c1b7d6/pdf/GOVPUB-C13-e41bf12c845c2badd5367e1334c1b7d6.pdf
Diese Strahlungsarten können wie man weiß (Röntgen) auch bis zu einem gewissen Grad Oberflächen durchdringen.
Leider findet man nur wenige Werte zu dem Effekt weil er den anderen Effekten untergeordnet ist
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/i/3szh0ilh4erp_jiosrvfbmutr_Glasstone-Samuel.-The-Effec.jpg
Aber die Strahlung unterliegt eben auch dem Wikipedia: Abstandsgesetz
Das heißt vereinfacht auf die Doppelte Entfernung vom Nullpunkt hat man etwa 1/4 der Energie
Hier in diesem Schema von mir Rot eingefärbt der Wirkungsradius bis 100 Rem (Alte Maßeinheit entspricht 1 Sievert) Natürlich ist die Strahlung größer je näher man am Ausgangspunkt steht.
Hier mal die Auswirkungen davon auf dem Menschlichen Körper
Wie man anhand der Grafik erkennt, nimmt der Wirkungskreis nur sehr Wenig mit der Sprengkraft der Bombe zu.
Deswegen sind die Effekte der direkten Strahlung ab eine Sprengkraft von über 50 Kt den anderen Effekten auch untergeordnet bei den Auswirkungen.
Weiterhin wird natürlich auch die Strahlung durch Materie eben abgeschirmt
Ein paar Beispiele für die Halbwertsdicke (Sprich 50% der Strahlung wird geblockt)
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https://danger.mongabay.com/survival/afm/sections/23-shielding_materials.html
Zehntelwertdicke sprich 90 % der Strahlung werden geblockt
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https://www.researchgate.net/profile/Msthilagam-Lakshminarayanan/publication/236143149/figure/tbl1/AS:684807809933316@1540282313350/Tenth-Value-Layer-TVL-of-different-shield-materials-for-standard-gamma-sources-SHIELD.png
Von Links nach Rechts.. Blei - Beton - Wasser - Eisen.
https://patentimages.storage.googleapis.com/ed/a7/08/b48e712f3c3dc7/imgf000023_0001.png[/quote]
Die Explosion und der Feuerball
[quot]
Aufgrund der enormen Energiedichte steigen die Temperaturen im Innern der Bombe rapide auf 60 bis 100 Millionen Grad Celsius an. Das entspricht ungefähr dem 10.000 bis 20.000fachen der Oberflächentemperatur unserer Sonne (etwa 5500 Grad Celsius). Die so entstehende „Blase“ aus heißen Spaltprodukten, Bombenmantel und auch umgebender Luft wird als Feuerblase bezeichnet. Die Strahlungsleistung pro Oberflächeneinheit (auch spezifische Ausstrahlung, Leucht- oder Strahlungsintensität) ist nach dem Stefan-Boltzmann-Gesetz etwa um den Faktor 1016-mal größer als die der Sonne. Allerdings verhält sich die Feuerblase in diesem frühen Stadium, weit vom Strahlungsgleichgewicht entfernt, kaum wie ein schwarzer Strahler, so dass diese Abschätzung nur sehr ungenau ist.[/quote]
Klingt sehr Beeindruckend. Ist Es auch. Allerdings Muss man das ganze Zeitlich und Räumlich betrachten.
Der Feuerball ist mitnichten alles Verschlingend, zumal er durch die Temperatur sich auch schnell nach Oben bewegt.
Zum Eindruck etwas Filmmaterial
Ein Test in Slowmotion
Der Berühmte Castle Bravo Test mit einer 15 Megatonnen Wasserstoffbombe "Ivy Mike"
Der Feuerball der Explosion strahlt die Thermische Strahlung im Sichtbaren, Infrarot und Ultraviolett Bereich ab.
Wie immer bei Strahlung greift das Abstandsgesetz
Die USA messen den Energiegehalt dieser Strahlung im "cal cm^2 "
Zum vergleich wie man sich das vorstellen kann:
https://electrical-engineering-portal.com/what-is-incident-energy-caused-by-arc-flash
Häufig findet man bzgl. der Effekte Thermische Strahlung keine Cal cm2 A
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ngabe sondern eher den Bereich wo man von Verbrennungen 2 und 3 Grades spricht. Hierzu muss man wissen das es für exponierte Haut steht.. und nicht automatisch zu Werten ist.
Überblich über die Grade der Verbrennung.
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Im Folgenden eine Übersicht wie weit die Thermische Reichweite wirkt.
(Luftzündung)
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Erläuterung:
Die senkrechte Rote Linie Steht für die Sprengkraft (1 Megatonne) Thermischer Puls dauer 10 Sekunden.
5 to 6 cal/cm2 für 10 Sekunden führt zu Verbrennungen 2 grades ( grüne Linie)
8 to 10 cal/cm2 für 10 Sekunden führt zu Verbrennungen 3 Grader (Blaue Linie)
20 to 25 cal/cm2 für 10 Sekunden entzündet Kleindung (viololette Linie)
Man sieht auch hier wie die Distanz eine Rolle Spielt.
Ein Mythos ist das die Thermische Strahlung alles in Flammen setzt oder gar Schmilzt oder gar verdampft.
Das ist Physikalisch nicht haltbar und das ergbit sich auch nicht aus den Werten. Sicherlich sieht man das die höheren Werte in der Lage sind vor allem
leichtentzündliches Material zu Entflammen. Vor allem Papier, Vorhänge, Leichte Textilie. ( Je näher man am Nullpunkt ist "Ground zero" desto wahrscheinlicher das andere Dinge sich Entzünden (Polster. Holz) usw. In erster Linie verkohlt die Oberfläche, und wird "verdampf" das zeigt sich im Freisetzen vom schwarzen Rauch (Dieser Rauch wiederum blockiert die Thermalstrahlung nach seiner Entstehnung)
https://nige.files.wordpress.com/2009/06/caw1960-11.pdf (Weitergehender Bericht zu Thermischen Effekten auf Wälder)
Wie bei allen Effekten spielen im Detail natürlich noch andere Variablen mit rein. Wetter, Schatten, Topographie etc
Ein paar Beispiele wie Thermische Strahlung sich darstellt
Hier auf Fahrzeuge:
Man sieht sehr gut wie die obere Schicht "Verkohlt" und schwarzer Rauch freigesetzt wird. Die Autos zünden aber nicht durch.
https://www.atomicarchive.com/media/videos/media/house.mp4
Hierauf einem Holzhaus US Bauart. Man sieht sehr gut wie das Holz verkohlt..und die Rauchwolke freigesetzt wird
ein Längerer Film zum Thema Feuerentstehung durch Thermische Strahlung (Mag etwas amüsant wirken bzgl der Botschaft sein Haus Ordendlich zu halten.
![Youtube: The House in the Middle. [Second Version]](/static/th/yt/7axLlxDBt9M/hqdefault.jpg)
Grundsätzlich entstehen zwar Feuer durch die Strahlung, dort wo es günstige Bedinungen gibt, aber der "Mythos" von Quadratkilometern in Flammen, verdampften Seen, geschmolzenen Stahl hat Physikalisch keine Grundlage.
Ein weiterer Faktor den man schwer berücksichtigen kann ist zb die Feuchtigkeit des Materials. Weiß jeder der mal Nasses Holz in den Ofen gelegt hat
Ein wesentlich größeres Problem sind "Sekundärfeuer" Feuer die durch Schäden durch die Druckwelle ausgelöst werden.
https://www.rand.org/content/dam/rand/pubs/papers/2008/P2745.pdf
Erweiterte Ausführung zur Thermischen Strahlung
Der eigentlich Größte Schadenseffekt entsteht durch die Druckwelle. Dies sind vom Prinzip die selben Effekte wie bei Konventionellen Exlosionen, allerdings über wesentlich größere Flächen. Haupteffekte sind je nach Stärke des Drucks.. das Kollabieren von Gebäuden, Splitterwirkung von Trümmern und Und sonstigen Gegenständen die enorme Beschleunigungen erfahren und durch die Luft fliegen.. oder der Körper selbst der "weggeweht wird" Man denke an die Effekte von Hurricanes aber auf wesentlich höheren Windgschwindigkeiten allerdings bei kürzerer Dauer.
Der direkte erste Medizinische Effekt auf Menschen wäre das Platzen des Trommelfells. Der Menschliche Köper ist realativ robust gegen Überdruck
https://www.atomicarchive.com/science/effects/blast-effects-humans.html
Übersetzt:
psi .=Pound-force per square inch 1 bar ≈ 14,504 psi.
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Hier erkennbar die Unterschied zwischen Luft und Bodendetonation
Vor allem beim Boden ist der Bereich mit Überdruck von 30PSI größer, dafür ist der 10 bis 5 PSI Radius bei der Luftdetonation größer (Weswegen Luftdetonation gegen "Weichziele" eingesetzt wird.
Bei einem Überdruck von 5 PSI kollabierten in Hiroshima die dort damals üblichen Holzhäuser
Moderner Gebäude halten dem Druck wesentlich besser stand.
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Anmerkung: Feet: 1 Fuß = 30 cm.
Aufnahmen von Ground Zero. Die Modernen Gebäude hielten Stand.
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Auch der Bereich Druckwellen unterliegt verschiedenen Fakten. Die Test sind da relativ unvollständig weil zb auch die Druckwell sich natürlich abbaut, wenn sie auf Gebäude Trifft oder sie zerstört, weil ihr Energie Entzogen wird.
Hier mal Testvideos wo man sieht wie die Druckwelle auf Gebäude und Fahrzeuge triff.
https://www.atomicarchive.com/media/videos/blast-wave.html
Effekte mit der Überdruckstärke und der Wirkung
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Ein Chinesischer Test (ab Minute 25 wird gezündet)
Wie man sieht ist neben dem Kollabieren die Gefahr durch Splitter am Größten
Deswegen ist auch das oft belächelte "Duck and Cover" durchaus Sinnvoll
Ein ausführlicher Bericht über das Wirkender Druckwelle auf verschiedene Strukturen.
https://www.allmystery.de/files/pn_rl9srkefqswp_eonw_5.pdf?key=a2.bk2kiq5hmvyfzueqbyin2h7eske4yv4xozii4eaylhbptlek2cna
Das ist jetzt eine Übersicht über die Haupteffekte einer Nuklearen Explosion. Wie man sieht überlappten sich die Effekte natürlich ausgehend vom Nullpunkt und Einsatzart. Weswegen man vereinfacht sagen kann bei einer Explosion von 1 Megatonne haben wir eine "Todszone" Wo alle 3 Effekte zusammenkommen. Es zeigt sich dennoch das vor allem die Druckwelle und das Kollabieren von Gebäuden die größte Gefahr darstellen. Allerdings kennt man diese Effekte auch von Erdbeben und Tornados und auch von Konventionellen Bombenangriffen.
Warum in Hiroshima schon bei kleiner Sprengkraft die Opferzahlen exorbitant hoch waren verdient einer genaueren Betrachtung. Der größte Faktor war definitiv die mangelnde Vorwarnung.
Ein Internettool was die Google Maps nutzte um die Effekte (vereinfacht ohne Topographie) in ihrer Reichweite für Beliebige "Größen" darzustellen
https://nuclearsecrecy.com/nukemap/
Hier als Beispiel mal Berlin. Den Standard für eine 1 Megatonnen Bombe
https://nuclearsecrecy.com/nukemap/?&kt=1000&lat=52.5207125&lng=13.41259&airburst=0&hob_ft=0&ff=50&psi=3000,200,20,5&rem=100,500&zm=13
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Man sieht das alle 3 Effekte schwerpunktmäßig in einem Radius von 2,5 bis 3 Km wirken.
im nächsten Teil wird der Radioaktive Niederschlag(Fallozt) betrachtet.
Kaum eine Erfindung des 20 Jahrhunderts löst soviel Emotionen, Angst und Kontroversen aus wie die Kernspaltungswaffe.
Eigentlich sollte das mal irgendwann ein Beitrag werden als Übersicht um in diversen Diskussionen darauf zurückzugreifen,
aber die Realität hat einen etwas überholt. Denn durch die Blume wurde ja in den Letzten Wochen viel Atomar Gedroht ,zu geringen Überraschung
von Russland.
Und plötzlich sind die seit den 90er Jahren verdrängten Ängste wieder da, und auch schnell wird vom Ende der Welt geredet.
Zeit für einen Blick auf die Allgemeinen Grundlagen:
Welche Arten von Nuklearbomben gibt es?
Die Normale Atombombe: Energiefreisetzung durch Kernspaltung
Die Wasserstoffbombe: Kernspaltung die eine Kernfusion einleitet und damit Mehr Energie Freisetzt
Die Neutronenbombe: Eine Atomwaffen die einen größeren Anteil ihrer Energie in Form von "harter Strahlung" freigesetzt wird
für die Betrachtung eher Uninteressant weil es eine Gefechtsfeldwaffe ist die zumindest offiziell nicht mehr in den Arsenalen liegt und meist im Bereich unter einer Kilotonne Sprengkraft liegt .
Original anzeigen (0,2 MB)https://www.quarks.de/wp-content/uploads/MicrosoftTeams-image-10.png
Wie verteilt sich die Energie?
Original anzeigen (0,2 MB)https://opentextbc.ca/openstaxcollegephysics/wp-content/uploads/sites/272/2019/07/Figure_33_07_06a.jpg
Wie man sieht, die mit Atomwaffen verbundene Strahlung ist eher ein Marginaler Anteil der Energiefreisetzung(
weshalb man in den 70ern versuchte mit der Neutronenwaffe mehr Energie in Form von Strahlung freizusetzen für den Taktischen Einsatz)
Wie werden sie eingesetzt?
Bodendetonation (Surface burst)
Der Sprengkopf Detoniert auf der Erde. Effekte Krater und Bodenschockwellen, Der Feuerball saugt Staub und Trümmer ein und erzeugt damit zusätzlichen Fallout. (Darauf wird später Gesondert eingegangen)
Vorgesehen ist diese Art des Angriffs im Miliärischem Sinn auf gehärtete Ziele zb Bunker oder was natürlich immer angepeilt war zb ein Silo einer Interkontinentalrakete.
Luftdetonation (Air Burst)
Wie der Name sagt wird die Bombe in größerer Höhe gezündet. Je nach Sprengkraft gibt es da eine ideal Höhe. (Hiroshima zb war auch eine Sinn ist es die Wirkung der Thermischen Strahlung und der Druckwelle über eine größere Fläche zu bringen. Einsatz gegen im Militärjargon _Weiche_ Ziele_ bzw Flächenziele. Hier wäre man beim Klassichenen Angriff zb auf urbarnes gebiet etc. Berührt der Feuerball den Boden nicht, entsteht verhältnismäßig weniger Fallout, da _nur_ das Radioaktive Material und die Bombe selbst Radioaktive Partikel bilden. Diese Partikel landen in der Oberen Atmosphäre wo sie relativ lange (Monate Jahre) sich halten können und je nach Halbwertszeit abklingen. (Ebenfalls ist die Distanz ein Faktor warum die Strahlung nicht schädlich auf den Boden auswirkt_
Ein Blick über die Arsenale im kalten Krieg bis heute
Original anzeigen (0,5 MB)https://www.statista.com/chart/16305/stockpiled-nuclear-warhead-count/
Die Grafik beinhaltet alles gelagerten Atomwaffen.
hier eine Übersicht (klicken zum vergrößern)
Original anzeigen (1,6 MB)Published 6 months ago on September 30, 2021Quelle: https://www.visualcapitalist.com/which-countries-have-the-most-nuclear-weapons/
By Omri Wallach
Graphics/Design:
Joyce Ma
[i
Effekte der Atomaren Explosion
Die direkte Radioaktive Strahlung
Alpha und Beta Strahlung sind zu vernachlässigen wegen ihrer Geringen Reichweite von nur wenigen Metern, und ihre leichten Abschirmung
Röntgenstrahlung und Neutronenstrahlung stellen die große Wirkung und Gefahr dieses Effektes dar.
https://www.govinfo.gov/content/pkg/GOVPUB-C13-e41bf12c845c2badd5367e1334c1b7d6/pdf/GOVPUB-C13-e41bf12c845c2badd5367e1334c1b7d6.pdf
Diese Strahlungsarten können wie man weiß (Röntgen) auch bis zu einem gewissen Grad Oberflächen durchdringen.
Leider findet man nur wenige Werte zu dem Effekt weil er den anderen Effekten untergeordnet ist
Original anzeigen (0,5 MB)/i/3szh0ilh4erp_jiosrvfbmutr_Glasstone-Samuel.-The-Effec.jpg
Aber die Strahlung unterliegt eben auch dem Wikipedia: Abstandsgesetz
Das heißt vereinfacht auf die Doppelte Entfernung vom Nullpunkt hat man etwa 1/4 der Energie
Hier in diesem Schema von mir Rot eingefärbt der Wirkungsradius bis 100 Rem (Alte Maßeinheit entspricht 1 Sievert) Natürlich ist die Strahlung größer je näher man am Ausgangspunkt steht.
Hier mal die Auswirkungen davon auf dem Menschlichen Körper
Bis ca. 1 Sievert Eine Äquivalentdosis des ganzen Körpers bis etwa 1 Sv führt zu Müdigkeit, Unwohlsein und weiteren Beschwerden. Etwa 10% der Betroffen versterben. Das Krebsrisiko ist um ca. 7,5% erhöht.https://www.goruma.de/erde-und-natur/strahlung/wirkung-hoher-strahlendosen
Von 1 bis 2 Sievert Es gibt erhebliche Symptome wie Müdigkeit, Erbrechen und Durchfall (auch blutig). Für kranke und ältere Menschen besteht ein erhöhtes Risiko. Es käme zu einer Erhöhung der Letalität von ca. 10% bis 20% innerhalb von 4-6 Wochen. Man spricht von einem Strahlenkater Das Krebsrisiko ist später über 10% erhöht.
Wie man anhand der Grafik erkennt, nimmt der Wirkungskreis nur sehr Wenig mit der Sprengkraft der Bombe zu.
Deswegen sind die Effekte der direkten Strahlung ab eine Sprengkraft von über 50 Kt den anderen Effekten auch untergeordnet bei den Auswirkungen.
Weiterhin wird natürlich auch die Strahlung durch Materie eben abgeschirmt
Ein paar Beispiele für die Halbwertsdicke (Sprich 50% der Strahlung wird geblockt)
Original anzeigen (0,2 MB)https://danger.mongabay.com/survival/afm/sections/23-shielding_materials.html
Zehntelwertdicke sprich 90 % der Strahlung werden geblockt
Original anzeigen (0,8 MB)https://www.researchgate.net/profile/Msthilagam-Lakshminarayanan/publication/236143149/figure/tbl1/AS:684807809933316@1540282313350/Tenth-Value-Layer-TVL-of-different-shield-materials-for-standard-gamma-sources-SHIELD.png
Von Links nach Rechts.. Blei - Beton - Wasser - Eisen.
https://patentimages.storage.googleapis.com/ed/a7/08/b48e712f3c3dc7/imgf000023_0001.png[/quote]
Thermische Strahlung
Die Explosion und der Feuerball
[quot]
Aufgrund der enormen Energiedichte steigen die Temperaturen im Innern der Bombe rapide auf 60 bis 100 Millionen Grad Celsius an. Das entspricht ungefähr dem 10.000 bis 20.000fachen der Oberflächentemperatur unserer Sonne (etwa 5500 Grad Celsius). Die so entstehende „Blase“ aus heißen Spaltprodukten, Bombenmantel und auch umgebender Luft wird als Feuerblase bezeichnet. Die Strahlungsleistung pro Oberflächeneinheit (auch spezifische Ausstrahlung, Leucht- oder Strahlungsintensität) ist nach dem Stefan-Boltzmann-Gesetz etwa um den Faktor 1016-mal größer als die der Sonne. Allerdings verhält sich die Feuerblase in diesem frühen Stadium, weit vom Strahlungsgleichgewicht entfernt, kaum wie ein schwarzer Strahler, so dass diese Abschätzung nur sehr ungenau ist.[/quote]
Klingt sehr Beeindruckend. Ist Es auch. Allerdings Muss man das ganze Zeitlich und Räumlich betrachten.
Die sich ausdehnende Feuerblase kühlt sich innerhalb von 100 Mikrosekunden auf etwa 300.000 Grad Celsius ab. Die thermische Strahlungsleistung, die sich in diesem Stadium zumindest grob durch das Stefan-Boltzmann-Gesetz abschätzen lässt, erreicht jedoch jetzt ein erstes Maximum,
Diese Kompression erhitzt die Luft auf etwa 30.000 Grad Celsius (etwa das Fünffache der Sonnenoberflächentemperatur) – es bildet sich der eigentliche Feuerball, die von außen sichtbare Leuchterscheinung der Explosion, die sich in dieser Phase gut durch einen schwarzen Strahler annähern lässt. Bei dieser Temperatur wird Luft ionisiert und damit undurchsichtig, was die Leuchtkraft der erheblich heißeren und sich weiterhin ausdehnenden Feuerblase etwas abschwächt oder sie gar völlig abschirmt. Bei einer 20 kT-Bombe erreicht die Leuchtkraft nach etwa 15 Millisekunden auf diese Weise ein temporäres Minimum. Der Feuerball hat zu diesem Zeitpunkt etwa einen Durchmesser von 180 Metern.Klingt immer noch sehr Heiß, aber im Vergleich zu den Milionen Grad in der Micro Sekunde doch etwas vertrauter.
Während der weiteren Ausdehnung des Feuerballs kühlt sich die Stoßfront an seiner Oberfläche weiter auf etwa 3000 Grad Celsius ab und wird durchsichtig („breakaway“). Dahinter wird wieder die hell leuchtende Feuerblase mit einer Temperatur von rund 8000 Grad Celsius sichtbar, die von nun an selbst als Feuerball bezeichnet wird. Die Effektivtemperatur nimmt also zu, der Feuerball erscheint zunächst wieder heller, bevor die freigegebene Feuerblase ihrerseits bis zum Verlöschen abkühlt. Auf diese Weise kommt der für Atomexplosionen typische Doppelblitz zustande. Zu diesem Zeitpunkt haben Feuerblase und Feuerball nahezu ihre größte Ausdehnung erreicht. Die Druckwelle aber breitet sich weiter aus. Anders als die Zonen gleichen Druckpegels skaliert die maximale Ausdehnung des Feuerballs nicht mit der Kubikwurzel, sondern eher mit
Der Feuerball ist mitnichten alles Verschlingend, zumal er durch die Temperatur sich auch schnell nach Oben bewegt.
Zum Eindruck etwas Filmmaterial
4K Fireball and explosion of atomic bomb slow motion film
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Ein Test in Slowmotion
First Milliseconds of Nuclear Bomb Test Fireball
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Der Berühmte Castle Bravo Test mit einer 15 Megatonnen Wasserstoffbombe "Ivy Mike"
Castle Bravo 1954 15 Mt
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Der Feuerball der Explosion strahlt die Thermische Strahlung im Sichtbaren, Infrarot und Ultraviolett Bereich ab.
Wie immer bei Strahlung greift das Abstandsgesetz
Die USA messen den Energiegehalt dieser Strahlung im "cal cm^2 "
Zum vergleich wie man sich das vorstellen kann:
One cal/cm2 is equivalent to the amount of energy produced by a cigarette lighter in one second. It is the incident energy that causes burns to the human skin. illustrates the potential damage of incident energy.
1 cal/cm2 entspricht der Energiemenge, die ein Zigarettenanzünder in einer Sekunde erzeugt. Es ist die einfallende Energie, die Verbrennungen auf der menschlichen Haut verursacht. veranschaulicht den potenziellen Schaden der einfallenden Energie.Quelle: Übersetzung durch Google
https://electrical-engineering-portal.com/what-is-incident-energy-caused-by-arc-flash
Häufig findet man bzgl. der Effekte Thermische Strahlung keine Cal cm2 A
Original anzeigen (0,2 MB)ngabe sondern eher den Bereich wo man von Verbrennungen 2 und 3 Grades spricht. Hierzu muss man wissen das es für exponierte Haut steht.. und nicht automatisch zu Werten ist.
Überblich über die Grade der Verbrennung.
Grad I: Oberflächliche Schädigung mit Rötung und Schmerzen, es findet sich noch keine Blasenbildung. Die Heilung erfolgt spontan und ohne Narbenbildung.Quelle:https://www.ukaachen.de/kliniken-institute/klinik-fuer-plastische-chirurgie-hand-und-verbrennungschirurgie/fuer-patienten/verbrennungs-und-narbenchirurgie/einteilung-der-drei-verbrennungsgrade/
Grad II: Rötung, Schmerzen und Blasenbildung. Diese Gruppe wird in zwei weitere Grade unterteilt, die sich hinsichtlich ihrer operativen Behandlungsnotwendigkeit unterscheiden:
Grad II a: Der Wundgrund unter den Blasen ist noch vital, hier besteht eine spontane Heilungstendenz, zumeist innerhalb von zwei Wochen. Typischerweise besteht noch ein weitgehend normales Schmerz- und Berührungsempfinden im verbrannten Areal.
Grad II b: Der Wundgrund ist abgestorben und es zeigt sich keine normale Sensibilität in dem betroffenen Areal mehr. Bei dieser Tiefe kommt es nicht zur Spontanheilung und Narbenbildung. Das abgestorbene Gewebemuss daher in einer Operation entfernt und in der Regel durch ein dünnes Hauttransplantat von anderer Körperstelle ersetzt werden. Die Hautentnahmestelle heilt hierbei aufgrund der oberfl ächlichen Entnahme des Transplantats spontan und narbenfrei ab.
Eine Unterscheidung zwischen Grad II a und Grad II b ist am Anfang oft schwer zu treffen (sogenanntes Nachbrennen). Daher kann sich die Einstufung im Verlauf des stationären Aufenthalts eines Patienten ändern.
Grad III: Abgeblasste, bis in die tiefe abgestorbener Wundgrund. Hier ist eine Operation zur Entfernung der verbrannten Hautschichten unbedingt erforderlich.
Zusätzlich zur äußeren Verletzung kommt oft noch ein Inhalationstrauma hinzu, das heißt, eine Schädigung der Luftwege oder der Lunge durch Rauch oder Gase. Patienten mit einem solchen Inhalationstrauma werden ebenso wie schwerbrandverletzte Patienten in unserer Klinik gemeinsam mit den Kollegen der Klinik für Operative Intensivmedizin und Intermediate Care in speziellen Bereichen der Intensivstation behandelt.
Original anzeigen (0,3 MB)Im Folgenden eine Übersicht wie weit die Thermische Reichweite wirkt.
(Luftzündung)
Original anzeigen (1,0 MB)Erläuterung:
Die senkrechte Rote Linie Steht für die Sprengkraft (1 Megatonne) Thermischer Puls dauer 10 Sekunden.
5 to 6 cal/cm2 für 10 Sekunden führt zu Verbrennungen 2 grades ( grüne Linie)
8 to 10 cal/cm2 für 10 Sekunden führt zu Verbrennungen 3 Grader (Blaue Linie)
20 to 25 cal/cm2 für 10 Sekunden entzündet Kleindung (viololette Linie)
Man sieht auch hier wie die Distanz eine Rolle Spielt.
Ein Mythos ist das die Thermische Strahlung alles in Flammen setzt oder gar Schmilzt oder gar verdampft.
Das ist Physikalisch nicht haltbar und das ergbit sich auch nicht aus den Werten. Sicherlich sieht man das die höheren Werte in der Lage sind vor allem
leichtentzündliches Material zu Entflammen. Vor allem Papier, Vorhänge, Leichte Textilie. ( Je näher man am Nullpunkt ist "Ground zero" desto wahrscheinlicher das andere Dinge sich Entzünden (Polster. Holz) usw. In erster Linie verkohlt die Oberfläche, und wird "verdampf" das zeigt sich im Freisetzen vom schwarzen Rauch (Dieser Rauch wiederum blockiert die Thermalstrahlung nach seiner Entstehnung)
https://nige.files.wordpress.com/2009/06/caw1960-11.pdf (Weitergehender Bericht zu Thermischen Effekten auf Wälder)
Wie bei allen Effekten spielen im Detail natürlich noch andere Variablen mit rein. Wetter, Schatten, Topographie etc
Ein paar Beispiele wie Thermische Strahlung sich darstellt
Hier auf Fahrzeuge:
Nuclear Weapon Effects on Vehicles
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Man sieht sehr gut wie die obere Schicht "Verkohlt" und schwarzer Rauch freigesetzt wird. Die Autos zünden aber nicht durch.
https://www.atomicarchive.com/media/videos/media/house.mp4
Hierauf einem Holzhaus US Bauart. Man sieht sehr gut wie das Holz verkohlt..und die Rauchwolke freigesetzt wird
ein Längerer Film zum Thema Feuerentstehung durch Thermische Strahlung (Mag etwas amüsant wirken bzgl der Botschaft sein Haus Ordendlich zu halten.
The House in the Middle. [Second Version]
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Grundsätzlich entstehen zwar Feuer durch die Strahlung, dort wo es günstige Bedinungen gibt, aber der "Mythos" von Quadratkilometern in Flammen, verdampften Seen, geschmolzenen Stahl hat Physikalisch keine Grundlage.
Ein weiterer Faktor den man schwer berücksichtigen kann ist zb die Feuchtigkeit des Materials. Weiß jeder der mal Nasses Holz in den Ofen gelegt hat
Ein wesentlich größeres Problem sind "Sekundärfeuer" Feuer die durch Schäden durch die Druckwelle ausgelöst werden.
https://www.rand.org/content/dam/rand/pubs/papers/2008/P2745.pdf
Erweiterte Ausführung zur Thermischen Strahlung
Druckewelle
Der eigentlich Größte Schadenseffekt entsteht durch die Druckwelle. Dies sind vom Prinzip die selben Effekte wie bei Konventionellen Exlosionen, allerdings über wesentlich größere Flächen. Haupteffekte sind je nach Stärke des Drucks.. das Kollabieren von Gebäuden, Splitterwirkung von Trümmern und Und sonstigen Gegenständen die enorme Beschleunigungen erfahren und durch die Luft fliegen.. oder der Körper selbst der "weggeweht wird" Man denke an die Effekte von Hurricanes aber auf wesentlich höheren Windgschwindigkeiten allerdings bei kürzerer Dauer.
Der direkte erste Medizinische Effekt auf Menschen wäre das Platzen des Trommelfells. Der Menschliche Köper ist realativ robust gegen Überdruck
Humans are actually quite resistant to the direct effect of overpressure. Pressures of over 40 psi are required before lethal effects are noted.Quelle:
https://www.atomicarchive.com/science/effects/blast-effects-humans.html
Übersetzt:
Der Mensch ist eigentlich recht resistent gegen die direkte Einwirkung von Überdruck. Drücke von über 40 psi sind erforderlich, bevor tödliche Wirkungen festgestellt werden.Anmerkung auch hier wird in erster Linie wieder US Maßeinheiten vewendet.. weil die Meisten bzw fast alle Quellen Englischsprachig sind
psi .=Pound-force per square inch 1 bar ≈ 14,504 psi.
Original anzeigen (1,5 MB)Hier erkennbar die Unterschied zwischen Luft und Bodendetonation
Vor allem beim Boden ist der Bereich mit Überdruck von 30PSI größer, dafür ist der 10 bis 5 PSI Radius bei der Luftdetonation größer (Weswegen Luftdetonation gegen "Weichziele" eingesetzt wird.
Bei einem Überdruck von 5 PSI kollabierten in Hiroshima die dort damals üblichen Holzhäuser
Moderner Gebäude halten dem Druck wesentlich besser stand.
Original anzeigen (0,2 MB)Anmerkung: Feet: 1 Fuß = 30 cm.
Aufnahmen von Ground Zero. Die Modernen Gebäude hielten Stand.
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Original anzeigen (0,2 MB)Auch der Bereich Druckwellen unterliegt verschiedenen Fakten. Die Test sind da relativ unvollständig weil zb auch die Druckwell sich natürlich abbaut, wenn sie auf Gebäude Trifft oder sie zerstört, weil ihr Energie Entzogen wird.
Hier mal Testvideos wo man sieht wie die Druckwelle auf Gebäude und Fahrzeuge triff.
2021 ATOMIC BOMB SHOCK WAVE AND BLAST WAVE HIT VARIOUS BUILDINGS
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Teapot Apple 2 Cue houses atomic bomb effects
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https://www.atomicarchive.com/media/videos/blast-wave.html
Effekte mit der Überdruckstärke und der Wirkung
Original anzeigen (0,2 MB)Ein Chinesischer Test (ab Minute 25 wird gezündet)
Chinese Nuclear Testing Film (1966)
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Wie man sieht ist neben dem Kollabieren die Gefahr durch Splitter am Größten
Deswegen ist auch das oft belächelte "Duck and Cover" durchaus Sinnvoll
Ein ausführlicher Bericht über das Wirkender Druckwelle auf verschiedene Strukturen.
https://www.allmystery.de/files/pn_rl9srkefqswp_eonw_5.pdf?key=a2.bk2kiq5hmvyfzueqbyin2h7eske4yv4xozii4eaylhbptlek2cna
Zwischenfazit
Das ist jetzt eine Übersicht über die Haupteffekte einer Nuklearen Explosion. Wie man sieht überlappten sich die Effekte natürlich ausgehend vom Nullpunkt und Einsatzart. Weswegen man vereinfacht sagen kann bei einer Explosion von 1 Megatonne haben wir eine "Todszone" Wo alle 3 Effekte zusammenkommen. Es zeigt sich dennoch das vor allem die Druckwelle und das Kollabieren von Gebäuden die größte Gefahr darstellen. Allerdings kennt man diese Effekte auch von Erdbeben und Tornados und auch von Konventionellen Bombenangriffen.
Warum in Hiroshima schon bei kleiner Sprengkraft die Opferzahlen exorbitant hoch waren verdient einer genaueren Betrachtung. Der größte Faktor war definitiv die mangelnde Vorwarnung.
Ein Internettool was die Google Maps nutzte um die Effekte (vereinfacht ohne Topographie) in ihrer Reichweite für Beliebige "Größen" darzustellen
https://nuclearsecrecy.com/nukemap/
Hier als Beispiel mal Berlin. Den Standard für eine 1 Megatonnen Bombe
https://nuclearsecrecy.com/nukemap/?&kt=1000&lat=52.5207125&lng=13.41259&airburst=0&hob_ft=0&ff=50&psi=3000,200,20,5&rem=100,500&zm=13
Original anzeigen (1,1 MB)Man sieht das alle 3 Effekte schwerpunktmäßig in einem Radius von 2,5 bis 3 Km wirken.
im nächsten Teil wird der Radioaktive Niederschlag(Fallozt) betrachtet.
