kleine Geschichte der Atombombe..

Dieses Thema im Forum "Technikgeschichte" wurde erstellt von hatl, 11. April 2013.

  1. Solwac

    Solwac Aktives Mitglied


    Doch, vor allem da Deine Denke in die falsche Richtung geht. ;)

    Diese Darstellung verzerrt aber völlig das Gefühl für die Größenverhältnisse. Bei völlig statistischer Bewegung (und die haben wir nicht!) muss für jedes Teilchen Das pro Sekunde durchflogene Volumen berechnet werden. D.h. für jedes Teilchen wird der Querschnitt senkrecht zur Flugachse mit der Wegstrecke (plus der Länge, kann hier aber vernachlässigt werden) multipliziert. Ein Satellit mit 1 m² und der Geschwindigkeit 8 km/s durchfliegt also 8000 m³/s. Ein Trümmerteil mit 1 cm² Querschnitt und 10 km/s durchfliegt also nur 1 m³/s. Dies muss mit dem Volumen dieser Orbits in der Größenordnung von etlichen 10e20 m³ und ca. 31,5e6 s/a ins Verhältnis gesetzt werden.

    Dazu kommt aber ein Faktor deutlich kleiner 1, da die Flugbahnen eben nicht zufällig sind und natürlich steigt die Wahrscheinlichkeit quadratisch mit der Zahl der Teile im Orbit.

    Klar bei stark gegeneinander geneigten Bahnen greift das Beispiel zweier LKW auf der Autobahn nicht, da trifft eher der kreuzende Verkehr an einer großen Kreuzung ohne Ampel und ohne Bremsen. Aber dafür gibt es dann nur für einen kleinen Teil der Flugbahn überhaupt eine Chance auf eine Kollision.

    Aber bei den hohen Geschwindigkeiten werden kleine Teile nicht ihre Energie komplett übertragen können und sehr oft die größeren Teile einfach durchschlagen. Diese Löcher würden ein Sonnensegel (tragen am meisten zum Querschnitt bei) dann vielleicht um 1% in ihrer Leistung beeinträchtigen, zumindest solange nicht ein kritisches Teil getroffen wurde. Daher ist es sinnvoll statt des Energieübertrags den Impulsübertrag zu betrachten. Dadurch werden auch die Fälle abgedeckt, dass z.B. ein Satellit zwar getroffen, aber nicht zerstört oder kritisch beschädigt wird, dafür aber aus der Bahn gelenkt wird und seine Aufgabe nicht mehr wahrnehmen kann.

    Ein Zerplatzen in 5000 Einzelteile gleicher Größe ist ein falsches Bild, es werden Trümmer unterschiedlichster Größen erzeugt, davon werden manche sehr schnell zu Erde fallen, andere werden nur allmählich gebremst und verbleiben für lange Zeit im Orbit. Und ein Teil wird auch so stark beschleunigt, dass sie das Schwerefeld der Erde verlassen.

    Eine unkontrollierbare Kaskade wird es nicht geben, der Vergleich mit der kritische Masse bei Fission ist einfach grundfalsch (weswegen ich mich über Deinen Beitrag hier im Strang gewundert habe). Bei mehr Trümmern wird das Risiko größer und Schäden haben bei den Kosten für einen Satelliten große Auswirkungen bzw. bei Astronauten wird schnell die Grenze der Letalität überschritten.
     
  2. hatl

    hatl Premiummitglied

    Kessler-Syndrom

    Solwac, Ich kann Deine Einwände nachvollziehen.
    Der Stand der wissenschaftlichen Erkenntnis geht jedoch davon aus, dass es nicht nur eine solche Kettenreaktion geben kann, sondern bei unverändertem Einbringen von weiteren Satelliten in den LEO (Low Earth Orbit) auch stattfinden wird.
    Das ist der Kessler-Effekt, bzw. Kessler-Syndrom.

    Beschrieben wurde diese Kettenreaktion 1978 von dem Astrophysiker der NASA Donald J. Kessler.
    Dieser beschäftigte sich mit dem Trümmerfeld des Asteroidengürtels zwischen Mars und Jupiter.
    Die gewonnenen Einsichten überträgt er auf die Satellitenwolke im Erdorbit und entwickelt dafür mathematische Modelle. (Das erinnert an die Übertragung der Erkenntnisse über den Effekt von Staubstürmen auf dem Mars auf die Effekte eines Atomkriegs auf der Erde durch Sagan et al)
    Diese Modelle wurden weiter verfeinert und man geht allgemein mindestens von der Möglichkeit einer zerstörerischen Kettenreaktion im LEO aus. [1]
    Es stellt sich sogar die Frage, ob denn die kritische Masse bereits schon erreicht sei und selbst wenn keine neuen Satelliten hinzukämen diese Kettenreaktion über kurz oder lang einsetzen müsse.[2] [3]
    Die Frage wann diese ausgelöst werden wird lässt sich nicht beantworten.

    Und insofern finden sich sich durchaus Analogien zur Kettenreaktion in einer Atombombe wie sie in der Grafik von Wellerstein [4] veranschaulicht wird.
    Die Kollisionstrümmer entsprechen dann dem Anschwellen der freigesetzten Neutronen beim Zerplatzen eines U235- oder Pu239-Kerns. Ein Teil dieser verlässt das System und ein Teil treibt die weitere Reaktion an. Überschreitet man die kritische Masse, dann überwiegt die Wirkung des im System verbleibenden Teils und Kettenreaktion setzt ein.
    Beim Beispiel der Satellitenwolke werden immer neue reaktionsfähige Elemente in das System eingebracht und damit die Kritische Masse erreicht, bei der Atombombe werden unterkritische Massen zu kritischen zusammengeführt.
    Wenn man sich fragt wann denn der genaue Zeitpunkt des Beginns der Kettenreaktion ist, dann ist dieser auch bei der Atombombe zunächst zufällig. Deshalb ist z.B. im Zentrum der Pu-Bombe eine Neutronenquelle als Starter angebracht. [5]

    Mir helfen solche Analogien eine Sache zu begreifen, und ich finde das macht Spaß, sofern man einen solchen dabei haben kann.

    Grüße hatl


    [1] https://www.nasa.gov/centers/wstf/s...ratory/micrometeoroid_and_orbital_debris.html
    [2]„https://www.researchgate.net/public...e_stability_of_the_orbital_debris_environment
    [3] „However, simulations of the long-term evolution of the space debris environment indicate that within a few decades, generated collision fragments will start to dominate, at least in orbits around 800–1400 km altitude. This will be true even if all launch activities were to be discontinued now, which is an extremely unlikely development.
    In the most probable scenario, fragments will initially collide with large, intact objects. Then, the resulting collision fragments will start to collide with such objects, and ultimately collision fragments will collide with collision fragments until all remaining objects are reduced to subcritical sizes. This self-sustained collisional cascading process is most likely to set in at altitudes with high debris population densities and insufficient cleansing by air drag, i.e. around 900 km and 1400 km.“ (Hervorhebung durch mich)
    http://www.esa.int/Our_Activities/Operations/Space_Debris/FAQ_Frequently_asked_questions
    [4] http://blog.nuclearsecrecy.com/wp-content/uploads/2015/04/1977-Glasstone-Critical-mass-600x421.jpg
    [5] https://en.wikipedia.org/wiki/Modulated_neutron_initiator
     
    schwedenmann gefällt das.
  3. Solwac

    Solwac Aktives Mitglied


    Das kann ich sehr gut nachvollziehen, deswegen schreibe ich ja auch was zum Thema. ;)

    Ich sehe aber einen grundsätzlichen Unterschied zwischen dem Zusammenschieben von Material bis zum spontanen Einsatz der Kettenreaktion und dem dadurch verursachten Anstieg freigesetzter Energie und der Geschehnisse im LEO.

    Im LEO würde ohne weitere Satelliten die Zahl der Teilchen vielleicht kurzfristig etwas ansteigen, aber weitem (viele Größenordnungen) nicht stark wie bei einer Kettenreaktion. Das Beispiel des Zusammenstoßes der beiden Satelliten 2009 zeigt ja den schnellen Rückgang der Zahl der Trümmerstücke mit einer niedrigeren Flugbahn und auch der Test der Chinesen von 2007 zeigt, dass die Trümmer als Wolke mit ähnlichem Orbit verbleibt. Die Dämpfung der Funktion der Trümmerstücke sorgt dafür, dass die Zahl der Teile innerhalb der nächsten Jahrzehnte zwar erst einmal ansteigt, dann aber abnehmen würde. Und dies bei gleichtzeitier Abnahme der durchschnittlichen Größe der Trümmerstücke. Das ist ein grundsätzlich anderes Verhalten.

    Der Vergleich der Trümmerstücke mit dem Asteroidengürtel verbietet sich auch, da im Astroidengürtel nennenswerte durch die gravitionelle Wechselwirkung stattfindet, im LEO nicht. Bei den Ringen des Saturns sieht man sehr schön die Auswirkungen der "Schäfermonde". Das fehlt bei der Erde ebenfalls.
     

Diese Seite empfehlen