Gibt es auch beim Wasser unterschiedliche Schwere- und Leichtigkeitsgrade? Warum wird zur Herstellung von Atomwaffen schweres Wasser benötigt?

Hat Wasser unterschiedliche Schwere- und Leichtigkeitsgrade? Natürlich ist das Wasser, das wir täglich trinken, „leichtes Wasser“, und das Gegenteil ist „schweres Wasser“.

Was ist schweres Wasser? Wie der Name schon sagt, ist es schwerer als gewöhnliches Wasser. Die Molekularmasse des leichten Wassers, das wir täglich trinken, beträgt 18,0153, während die Molekularmasse des schweren Wassers 20,0275 beträgt. Man erkennt, dass die Masse von schwerem Wasser etwa 11 % höher ist als die von leichtem Wasser. Woher kommt diese zusätzliche Masse? Tatsächlich handelt es sich dabei um die Masse des Neutrons. In der Natur gibt es verschiedene Elemente wie Wasserstoff, Sauerstoff, Kohlenstoff, Eisen usw. Jedes Element besteht aus entsprechenden Atomen und Atome bestehen aus Atomkernen und Elektronen. Im Atomkern gibt es Protonen und Neutronen. Die Anzahl der Protonen bestimmt die Art des Elements. Ein Atom mit einem Proton ist beispielsweise ein Wasserstoffatom und ein Atom mit zwei Protonen ein Heliumatom.

Neben den vielen verschiedenen Elementen in der Natur gibt es vom gleichen Element auch mehrere unterschiedliche Isotope, die durch die Anzahl der Neutronen bestimmt werden.

Beispielsweise hat Wasserstoff drei Isotope, nämlich Protium, Deuterium und Tritium. Diese drei Isotope haben alle die gleiche Anzahl an Protonen, also ein Proton, aber der Kern von Protium hat nur ein Proton und keine Neutronen, Deuterium hat 1 Neutron und Tritium hat 2 Neutronen. Die Molekülformel eines Wassermoleküls, das aus 2 Protiumatomen und 1 Sauerstoffatom besteht, ist das bekannte H2O, das am häufigsten vorkommende leichte Wasser. Die Molekülformel eines Wassermoleküls, das aus 2 Deuteriumatomen und 1 Sauerstoffatom besteht, lautet D2O, was schweres Wasser ist. Da schweres Wasser zwei Neutronen mehr hat als leichtes Wasser, ist seine Masse natürlich größer.

Obwohl schweres Wasser nur zwei Neutronen mehr besitzt als leichtes Wasser, ist es nicht mehr die „Quelle des Lebens“. Schweres Wasser ist nicht nur keine Quelle des Lebens, es kann auch zum Tod führen.

Doch wir brauchen uns keine Sorgen zu machen, denn in der Natur ist der Anteil an schwerem Wasser sehr gering. Es wird mit leichtem Wasser vermischt, der Anteil liegt jedoch unter 0,02 %. Obwohl schweres Wasser nicht trinkbar ist, kann es für andere Zwecke verwendet werden, beispielsweise zur Herstellung von Atombomben. Eine Atombombe ist eine Waffe, die durch Kernspaltung eine enorme Zerstörungskraft erzeugt. Seine Kraft kommt hauptsächlich von der „Ladung“ in seinem Inneren. Derzeit gibt es zwei Elemente, die als Ladung für Atombomben verwendet werden können, nämlich Uran 235 und Plutonium 239. Unabhängig davon, welches Element verwendet wird, muss es gereinigt werden. Nehmen wir als Beispiel Uran 235. Sein Anteil im Uranerz beträgt lediglich 0,7 %, der Rest ist Uran 238. Zur Herstellung von Atomwaffen muss die Konzentration von Uran 235 auf mindestens 85 % gereinigt werden. Dies ist nur der theoretische Mindestwert. Die Reinheit, die im eigentlichen Herstellungsprozess von Atombomben erforderlich ist, ist sogar noch höher.

Um die Konzentration von Uran 235 zu erhöhen, muss eine große Anzahl moderner Gaszentrifugen zur wiederholten Anreicherung eingesetzt werden, was für viele Länder eine unüberwindbare Hürde darstellt.

Wenn Uran 235 als Treibstoff einer Atombombe verwendet wird, ist schweres Wasser nicht erforderlich, wenn jedoch Plutonium 239 verwendet wird, ist schweres Wasser unerlässlich. Im Gegensatz zu Uran 235 kommt Uran 235 in der Natur vor. Wir müssen lediglich versuchen, es vom Uran 238 zu trennen. Plutonium 239 kommt in der Natur jedoch nicht vor und muss künstlich hergestellt werden. Wie machen wir das? Dies muss mit Uran 238 beginnen. Die Atombombe ist so wirkungsvoll, weil sie das Prinzip der „Kettenreaktion“ nutzt.

Die sogenannte Kettenreaktion bedeutet vereinfacht ausgedrückt, dass Uran 235 nach der Absorption von Neutronen eine Kernspaltung durchläuft, bei der Energie freigesetzt und zwei Neutronen freigesetzt werden. Diese beiden Neutronen werden dann von anderem Uran 235 absorbiert, was eine Kettenreaktion auslöst.

Allerdings absorbiert Uran 238, gemischt mit Uran 235, ebenfalls Neutronen, es kommt jedoch nach der Absorption der Neutronen nicht zur Kernspaltung. Es wird direkt in Uran 239 umgewandelt. Die durch die Spaltung von Uran 235 erzeugten Neutronen werden stillschweigend von Uran 238 aufgefressen, sodass keine Kettenreaktion zustande kommt. Uran 238 ist im Vergleich zu Uran 235 überflüssig, aber sehr nützlich bei der Herstellung von Plutonium 239. Nach der Absorption von Neutronen verwandelt sich Uran 238 in Uran 239. Uran 239 ist instabil und zerfällt durch β-Zerfall in Neptunium 239. Neptunium 239 kann wieder zerfallen und Plutonium 239 bilden. Zur Herstellung von Plutonium 239 ist ein Atomreaktor erforderlich. Atomreaktoren können je nach verwendetem Kühlmittel in Leichtwasserreaktoren und Schwerwasserreaktoren unterteilt werden.

Sowohl Leichtwasserreaktoren als auch Schwerwasserreaktoren können Plutonium 239 produzieren, aber das von Leichtwasserreaktoren produzierte Plutonium 239 kann nicht zur Herstellung von Atombomben verwendet werden.

Dies liegt daran, dass das in Leichtwasserreaktoren erzeugte Plutonium 239 auch mit einer großen Menge Plutonium 240 vermischt ist. Plutonium 240 ist ein äußerst instabiles Element, das von Zeit zu Zeit einer spontanen Spaltung unterliegt. Wenn zu viel Plutonium 240 mit Plutonium 239 vermischt wird, wissen Sie und ich, was passieren wird, und zwar eine jederzeit unvorhersehbare Explosion. Wenn der Plutonium-240-Gehalt in Plutonium-239 19 % übersteigt, handelt es sich daher um Abfallmaterial, das deponiert werden muss. Zwischen 7 % und 19 % können als Brennstoff verwendet werden. Wenn es jedoch zum Bau von Atombomben verwendet werden soll, muss der Plutonium-240-Gehalt unter 7 % gehalten werden, was mit Leichtwasserreaktoren absolut unmöglich zu erreichen ist. Wer also Atombomben bauen will, muss Schwerwasserreaktoren zur Herstellung von Plutonium 239 einsetzen. Warum muss Plutonium 240, das den Grenzwert überschreitet, deponiert werden, anstatt weiter gereinigt zu werden? Zwischen Plutonium 239 und Plutonium 240 besteht nur ein Neutronenunterschied. Es ist, als gäbe es in einer Herde einige Kühe, die ein Haar weniger haben als die anderen. Es ist unmöglich, sie herauszupicken.

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