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ABC-Waffen

Einleitung

Dieser Artikel behandelt die technischen Grundlagen von ABC-Waffen. Die Verfügbarkeit dieser Waffen trennt heute noch Industrieländer und Entwicklungsländer, obgleich die Grundlagen schon im zweiten Weltkrieg entwickelt wurden. Die zur Herstellung nötige Technologie gehört aber auch heute noch zu den am strengsten überwachten Gütern. Viele Länder streben nach der Entwicklung solcher Waffen während die Staaten, die schon über solche verfügen versuchen genau das zu verhindern. Eine weitere Gemeinsamkeit aller 3 Mittel ist, dass sie vor allem gegen die Zivilbevölkerung eingesetzt werden. Lediglich Atombomben haben noch einen militärischen Nutzern, doch ist die Zerstörungskraft für die meisten Zeile einfach zu groß.

Atomwaffen

AtombombeSeit Beginn unseres Jahrhundert kannte man den radioaktiven Zerfall. Dabei zerfallen Isotope der schweren Elemente Uran und Thorium durch Abgabe von Elektronen, Neutronen und Heliumkernen langsam in leichtere Atome, bis sie bei einem stabilen Atom wie z.B. Blei angekommen sind. 1938 entdeckte der deutsche Chemiker Otto Hahn, dass bei einem bestimmten Uranisotop, dem Uran 235 langsame Neutronen den Kern in zwei leichte Kerne spalten können. Dabei werden 2-3 Neutronen frei, die wenn sie die richtige Energie besitzen wiederum weitere Urankerne spalten können. Dabei wird sehr viel Energie, 70 Mrd. KJ/kg reines Uran-235 frei.

Von da an war klar, dass man zumindest theoretisch ein Kernkraftwerk und eine Atombombe würde bauen können. Das ganze hat nur ein kleines Problem: Die Neutronen müssen auf ein Uran-235 Atom treffen. Im natürlichen Uran kommt dieses Isotop nur zu 0.7% vor. Selbst wenn man einen sehr großen Haufen Uran zusammen trägt, treffen die meisten Neutronen nicht auf ein Uran-235 Atom, so das es in der Natur weder zu einer Atombombe noch zu einem Reaktor kommt.

Das erste Problem, dass man also lösen muss ist die Anreicherung von Uran-235. Nun reagieren aber Uran-235 wie auch das häufigere Uran-238 chemisch gleich. Aus letzterem besteht aber das Uranerz zu 99.3 %. Mann muss also eine Methode finden diese Isotope zu trennen. Der erste Schritt dazu ist die Umsetzung zu Uranhexafluorid (UF6). Diese Verbindung ist gasförmig. Man kann nun den Unterschied in der Masse von 0.86 % ausnutzen, um das leichtere Isotop anzureichern. Dies ging zuerst durch Diffusion, später durch Ultrazentrifugen. Man benötigt für eine Atombombe eine bestimmte Mindestmenge an Uran-235, etwa 30 kg. Dabei muss das Isotop auf über 80 % angereichert werden, damit nicht zu viele Neutronen verloren gehen. Beim Manhattan Projekt war der größte Teil der Finanzmittel auf diesen Schritt verwendet wurde. Weil man ein Gas zentrifugirt und so nur kleine Mengen pro Arbeitsgang umsetzen kann, benötigt man hunderte von Zentrifugen die parallel arbeiten.

Eine Atombombe besteht zumeist aus einem oder mehreren Uranstücken, die jeweils weniger als die kritische Masse haben und einem Sprengsatz, der diese zusammenfügt, bei der ersten Atombombe z.B. aus zwei Halbkugeln. Heute eher aus sehr vielen kleinen keilförmigen Teilen, die zusammengepresst werden und eine Kugel sehr hoher Dichte ergeben. Durch die hohe Dichte kann man auch mit weniger als 20 kg reinem U-235 auskommen. Da die Wahrscheinlichkeit durch die hohe Dichte erheblich größer ist für ein Neutron einen U-235 Kern zu treffen. Man kann damit auch sehr kleine Atombomben konstruieren. (1-10 KT). Es ist aber sehr schwer, sehr große Atombomben zu konstruieren, da dann die Teilstücke auch die kritische Masse erreichen können. Der Stahlmantel der eine Atombombe umgibt hat nur die Aufgabe die kritische Masse einige Millionstel Sekunden zusammen zu halten. Meist ist er innen mit Neutronen reflektierenden Schichten aus Beryllium oder anderen Materialen beschichtet um möglichst viele Neutronen zurückzuhalten.

Für das abgereicherte Uran (Das nun zu nahezu 100 % aus U-238) besteht) gibt es wenig Verwendungsmöglichkeiten. Ohne U-235 kann man es nicht einmal mehr in einem Kernreaktor verwenden. Doch zumindest das US Militär ist hier erfinderisch. Da Uran eines der schwersten Elemente ist (19 g/cm³) haben sie es für die Kerne von Granaten verwendet. Die Granaten sind so erheblich schwerer als wenn sie aus Stahl bestehen (Dichte nur 8 g/cm³) und haben bei gleichen Kaliber eine höhere Durchschlagskraft. Leider zerfallt auch U-238, so dass diese radioaktiv sind. Im ersten Golfkrieg wurden so 300 t Uranmunition verschossen, im zweiten waren es schon 2000 t. Die Erkrankungen von Kriegsveteranen und auch die gestiegene Anzahl an Krebserkrankungen im Irak sind wahrscheinlich auf diese radioaktive Verseuchung zurückzuführen. Schon beim Uranabbau hat man bei Minenarbeitern ein erhöhtes Krebsrisiko beobachtet. In anderen Ländern hat man daher für denselben Zweck das Wolfram (Dichte 19.3 g/cm³) verwendet, doch diese Ländern müssen auch nicht den Abfall von 10.000 Atombomben entsorgen. Die USA sind zum Glück heute der einzige Staat der abgereichertes Uran für Waffen verwendet.

Plutonium

Vor der Atombombe gab es schon 1942 den Atomreaktor. Ohne Anreicherung hat das Uran auch eine zweite negative Eigenschaft: Das wesentlich häufigere Isotop U-238 kann auch die Neutronen auffangen, die beim radioaktiven Zerfall entstehen, jedoch bildet es dabei einen Uran-239 Kern, der nicht zerfällt. Es entzieht also der Reaktion Neutronen. Man kann diese Reaktion jedoch verringern, wenn man Uran in bestimmte Moderatoren einbettet, das sind Stoffe welche die Neutronen so weit abbremsen, dass sie noch die Kernspaltung von Uran-235 auslösen, aber nicht mehr vom U-238 absorbiert werden können. Verwendet werden hierzu vor allem Graphit oder schweres Wasser (Dies ist Wasser mit einem erhöhten Anteil an Deuterium). Wenn man so Uran in Stäben in diese Moderatorsubstanz einbettet, kann man bei einer gewissen Mindestmasse von 40-50 t Uran eine Kettenreaktion in Gang halten, d.h. von den 2-3 Neutronen trifft genau eines wieder einen U-235 Kern. Durch Substanzen die Neutronen absorbieren, wie Cadmium oder Bor regelt man so den Reaktor.

Als man 1942 den ersten Reaktor in Betrieb nahm entdeckte man, dass der anfänglich gebildete Uran-239 Kern in ein neues chemisches Element Plutonium zerfällt. Dieses kann aber wie Uran-235 gespalten werden, wobei man sogar eine noch kleinere kritische Masse von 10-20 kg benötigt. Bei einem kontinuierlich betriebenen Reaktor pendelt sich der Plutoniumanteil bei zirka 0.1 der Uranmenge ein. Das ist zwar sehr viel weniger als der Anteil von U-235 in U-238, aber es ist ein anderes chemisches Element und kann daher sehr viel leichter aus dem Uran gewonnen werden. Man kann Plutonium durch chemische Prozesse aus dem Uran herauslösen anstatt es physikalisch zu trennen. Heute gibt es spezielle Reaktoren, die so konstruiert sind, dass sie möglichst viel Plutonium bilden, die so genannten Brutreaktoren. Heute sind ein Großteil der Atombomben der Supermächte über diesen Weg entstanden.

Schon die zweite Atombombe die über Nagasaki abgeworfen wurde war aus Plutonium. Es wird seit dem Abwurf vermutet der zweite Abwurfe diente nur dazu die Zerstörungskraft des Plutoniums zu testen, da man sie schon 3 Tage nach der ersten Atombombe abwarf. Also Japan sehr wenig Zeit zu einer Kapitulation gab.

Wasserstoffbomben

Bei der Kernspaltung wird zwar sehr viel Energie frei, wesentlich mehr Energie pro g Masse erhält man allerdings durch die Verschmelzung leichter Atomkerne wie Wasserstoff zu Helium. Dieser Prozess findet in der Sonne statt und erfordert hohe Temperaturen und Drücke. Man gewinnt aber zum einen 10 mal mehr Energie pro Kilogramm Wasserstoff als pro Kilogramm Uran, zum anderen gibt es keine kritische Dichte, d.h. man Wasserstoffbomben beliebig groß bauen (Die größte hatte eine Sprengkraft von 25 MT und wog 25 t, war also 1000-2000 stärker als die Atombomben die auf Japan abgeworfen wurden). Man nutzt bei der Wasserstoffbombe nur den letzten Schritt der Kernverschmelzung, das ist die Fusion zweier Tritiumkerne in einen Heliumkern und zwei Neutronen. Die nötige Hitze und Temperatur liefert eine Atombombe, die das Wasserstoffgas umhüllt und komprimiert.

Wasserstoffbomben sind bis heute ein Privileg der Supermächte geblieben. Das liegt daran, dass Wasserstoffbomben sich von alleine entsorgen. Das Wasserstoffisotop Tritium ist radioaktiv mit einer Halbwertszeit von 12.346 Jahren, was in der Praxis bedeutet, dass man alle 3 Jahre den Inhalt aufbereiten und durch frisches Tritium ergänzen muss. Tut man das nicht, hatte mal eine Wasserstoffbombe und nur noch die Sprengkraft der Atombombe. Tritium wird gewonnen indem man in einen Atomreaktor mit angereicherten Uran Lithium einbringt. Das Isotop 6 dieses Elements zerfällt bei Aufnahme eines Neutrons in einen Tritium und einen Helium Kern. Was man also nur braucht ist eine Menge reines Lithium 6 (das es nur zu 5.9 % im Lithium gibt) und angereichertes Uran. Denn man braucht nun mehr Neutronen, um die vom Lithium aufgefangenen auszugleichen. Der Aufwand ist also höher als bei Atombomben und man braucht laufend Nachschub an Tritium, was dazu führt das heute Lithium im Handel fast isotopenrein aus dem Isotop 7 besteht, weil das Isotop 6 von den Großmächten für ihre Wasserstoffbomben benötigt wird.

Biologische Waffen

Entwickelten die USA die Atombombe, so fanden die ersten Forschungen an biologischen Waffen in England und Japan im zweiten Weltkrieg statt. Zuerst sieht es sehr einfach aus biologische Waffen zu züchten, gibt es doch unzählige Krankheitserreger die dem Menschen gefährlich werden können. Viele davon neigen dazu immer neue Mutation zu bilden, gegen die Menschen nicht vorbereitet sind, wie z.B. die Erreger der Grippe. Damit man einen Erreger als Waffe anwenden kann, muss er aber einige Bedingungen erfüllen:

Damit lichten sich die Reihen der potentiellen Krankheitserreger deutlich. Die meisten Infektionen treten heute durch Erreger auf die durch Nahrungsmittel oder Wasser über den Verdauungstrakt aufgenommen werden. Dieser Weg scheidet bei biologischen Waffen weitgehend aus, denn schon durch Erhitzen kann man die meisten Erreger abtöten.

Dadurch engt man praktisch die Auswahl auf Erreger ein, die über die Atemwege oder die Haut aufgenommen werden können. Die meisten Bakterien sind dafür zu schwer, sie würden bald zu Boden sinken. Eine Reihe von Bakterien bildet jedoch ausgetrocknete Dauerformen, die Sporen, die leicht genug sind. Dazu kommen Viren die wie Schnupfen und Grippe durch die Luft übertragen werden.

Was man also machen muss, ist nicht weniger als "normale" Bakterienzucht in einem Hochsicherheitstrakt. Es müssen Krankheitserreger aus normalen Kulturen isoliert werden, die für den Menschen gefährlich sind, diese mit anderen Stämmen evt. gekreuzt und vermehrt werden. Das ganze klingt so einfach, das manche Nachrichtenmagazine behaupten das könnte jedem im Keller machen. So einfach ist es aber nicht. Nehmen wir mal den Milzbrand eine potentielle Biowaffe. Die meisten Milzbranderreger sind für den Menschen nicht tödlich. Die Kulturen die es sind, verlieren diese Eigenschaft gerne wieder, wenn man bei der Vermehrung nicht enge Temperatur und andere Umgebungsbedingungen einhält. Zuletzt muss man auch noch einen Weg finden, diese zu verbreiten. Das geschieht indem man sie an einen sehr feinen Aerosol-Staub bindet. Die Herstellung solcher Träger ist heute noch eine Spitzentechnologie. Nicht umsonst hat man sehr wenig von den Milzbrand Attentaten 2001 gehört - Sehr rasch konnte die CIA feststellen, das der Träger aus ihren eigenen Laboratorien stammte.

Als militärische Waffe sind biologische Waffen weitgehend wirkungslos. Soldaten können sich durch Schutzanzüge und Gasmasken schützen. Ihr wesentlicher Zweck ist es durch massiven Einsatz die Infrastruktur einbrechen zu lassen, indem viele Menschen krank werden und noch mehr Menschen zur Behandlung dieser benötigt werden.

Zu den biologischen Waffen gehören auch die Toxine die Bakterien produzieren. So ist z.B. kann sich das Bakterium Clostridium Botulinum nur in sauerstoffarmen Milieu vermehren. Es eignet sich also nur bedingt für Biowaffen, dagegen ist es kein Problem das Gift einzusetzen. Die meisten Bakteriengifte sind jedoch Proteine und daher hitzeempfindlich.

Von allen drei Waffentypen sind Biowaffen bis heute die einzigen die nicht im Krieg eingesetzt wurden. (Japan hat chinesische Häftlinge bewusst mit Erregern infiziert und Brunnen kontaminiert, jedoch diese nicht im Krieg gegen die Amerikaner eingesetzt).

Chemische Waffen

Strukturformel SarinVon allen drei Waffen haben chemische Waffen die älteste Geschichte. Die ersten wurden schon im ersten Weltkrieg von Deutschland und England eingesetzt. Man setzte damals giftige Gase wie Chlor, Phosgen oder die "Lost" Verbindungen ein, die Verätzungen von Haut und Schleimhäuten verursachten. Diese Gase waren weitgehend unspezifisch giftig und mussten in hoher Konzentration eingesetzt werden um wirksam zu sein. Sie richteten sich nicht nur gegen Menschen sondern wirkten genauso gegen Tiere und die ersten Substanzen wie Chlorgas und Phosgen auch gegen Pflanzen. Eröffnet wurde der Gaskrieg im Jahre 1915 bei Ypern. In der Folge setzten Alliierte wie Deutsche bei günstigen Windverhältnissen Giftgas ein oder schossen Granaten mit diesem hinter die Front. Zwar begannen die Deutschen mit dem Einsatz von Giftgas, doch setzten die Alliierten etwa 4 mal mehr Gas ein. Der erste Weltkrieg konnte allerdings damit nicht entschieden werden.

1936 entdeckte der deutsche Chemiker Schrader die nach ihm benannte Formel für wirksame Hemmer des Enzyms Cholinesterase. Dieses Enzym wird in allen Lebewesen benutzt um Acetylcholin zu bilden, einen Neurotransmitter zwischen den Nervenzellen. Ohne diesen Neurotransmitter gibt es eine blockierte Nervenleitung und damit auch der Ausfall der Steuerung der Atmung und Herztätigkeit. In ähnlicher Form auf die Nervenleitung wirken auch die Gifte Cuare, Strychnin und Botulinumtoxin.

Alle Substanzen dieser Art sind organische Ester der Phosphorsäure mit 2-3 organischen Resten. Diese Reste dienen dazu die Spezifität für unterschiedliche Arten festzulegen. Eine Verbindung kann z.B. für Insekten tödlich sein, für den Menschen aber weitgehend harmlos. Dies liegt darin, das die Enzyme sich natürlich durch die Evolution bei verschiedenen Arten unterschiedlich entwickelt haben.

Strukturformel SomanWährend die Entwicklung von auch für den Menschen gefährlichen Insektiziden wie E-605 (in den fünfziger Jahren durch einen Pralinenmord bekannt geworden) zu den heutigen nur für Insekten spezifischen Verbindungen ging, verlief die Entwicklung bei Giftgasen genau umgekehrt. Schon das dritte Reich verfügte über Sarin, Tabun und Soman, setzte sie aber nie ein. Obgleich tausende von Gasgranaten und Bomben produziert wurden.

Chemisch unterscheiden sich für Menschen tödliche Stoffe von Insektiziden darin, das bei vielenVerbindungen einer der Reste am Phosonsäuremolekül ein Fluor Molekül ist. In dieser Posittion findet man bei Insektiziden dagegen einen Alkoholrest. Dies ist jedoch keine allgemeingültige Regel, so enthält VX z.B. kein Fluor. Trotzdem nützt man diese Tatsache bei internationalen Kontrollen aus, denn die Verarbeitung von Fluor und der aggressiven Flusssäure die bei der Reaktion entsteht macht spezielle Apparaturen notwendig.

Sarin ist chemisch Methylposhonsäurefluorisopropylester. Er wurde schon im dritten Reich als Kampfgas hergestellt. Heute wird Sarin als binäre Waffe verwendet indem in einer Granate die beiden Komponenten Isopropanol und Methyl-Difluorphosphonsäure getrennt sind und erst durch den Abschuss die Trennwand zerstört wird, so dass sich der Kampstoff während des Flugs der Granate bildet. Sarin kann über die Nahrung, aber auch die Haut aufgenommen werden. 100 mg pro Kubikmeter Luft reichen aus einen Menschen zu töten.

Wichtig sind für einen Giftstoff ist auch die Sesshaftigkeit, d.h. ein Giftgas sollte an einem bestimmten Ort verbleiben und sich nicht zu stark in höhere Luftschichten ausbreiten. Substanzen die flüssig sind, jedoch leicht verdampfen sind daher besser als reine Gase, die sich viel schneller zerstreuen. Sarin und andere chemische Kampfstoffe sind daher Flüssigkeiten die leicht verdampfen. Stoffe die dies nicht tun wirken nur über Kontakt oder Aufnahme über die Nahrung.

Soman ist chemisch Methylphosonsäurefluorpinakolylester. Man erkennt hier die chemische Nähe zum Sarin, es wurde nur der Isopropylrest durch einen Pinakolalkohol ersetzt. Diese Änderung reicht aus damit dieses doppelt so giftig wie Sarin ist. Auch es kann als binäre Waffe hergestellt werden. Als Atemgas wird es aber anders als Sarin nur langsam aufgenommen und es soll auch eine Behandlung möglich sein.

Strukturformel VXVX ist der letzte chemische Kampfstoff dessen chemische Struktur bekannt ist. Er wurde 1956-1960 in Schweden synthetisiert und ist auch ein Phosphonsäureester, jedoch mit der Thiosphosphonsäure. Er ist vor allem sehr persistent und kann daher tagelang bei ungünstiger Witterung am Boden verbleiben, während Sarin leichter verweht wird.

VX steht eigentlich für eine ganze Gruppe von Stoffen, die man auch als V-Waffen bezeichnet. Von den ab 1970 in den US Labors erzeugten chemischen EA Stoffen kennt man nicht mehr die Struktur, sondern nur noch die Giftigkeit die 4 mal größer als die von VX sein soll. 10 mg pro Kubikmeter Luft reichen aus um einen Menschen zu töten. Ein Bestandteil von VX ist Cholin, der gleiche Rest, denn auch das natürliche Substrat des Enzyms, das Acetylcholin besitzt. Nur ist der Rest des Giftstoffes so gewählt, dass er das Enzym blockiert. Man erkennt, das die Forschung gezielt darauf hinläuft, das Reaktionszentrum der menschlichen Cholinesterase zu blockieren.

Die Herstellung der Stoffe ist analog der von Insektiziden, die ähnliche Strukturformeln besitzen. Daher werden bei Kontrollen auf die Herstellung von Biowaffen auch gerne Fabriken untersucht die "nur" Insektizide herstellen. Die Unterschiede liegen jedoch im Detail. Die Stoffe der Fluorphosphonsäuregruppe wie Sarin, Tabun oder Soman erfordern zum einen eine Fluorphosphonsäure als Ausgangsmaterial, die man für Insektizide nie einsetzt, zum anderen müssen wegen der entstehenden Flusssäure viele Apparaturen aus Teflon sein.

2,4,5 TrichlorphenoxyessigsäureAnhand der verwendeten Apparaturen und Rohmaterialien kann man relativ leicht bestimmen was in einer Fabrik hergestellt werden. Entsprechende Rohmaterialen wie Dimethylfluorphosonsäure dürfen auch in bestimmte Ländern nicht als Chemikalien exportiert werden. Trotzdem sollte man sich vergegenwärtigen, das man für chemische Kampstoffe weitaus weniger moderne Technik benötigt als für ein Düsenflugzeug. Chemische Kampfstoffe wurden daher oft auch als die Atomwaffe des armen Mannes bezeichnet. Obgleich alle Supermächte an solchen Substanzen geforscht haben und auch hergestellt (obwohl es ein Verbot des Einsatzes seit 1925 gibt), gelten sie heute als unwirksam für den Angriff gegen Militärs. Sie sind nur gegen die Zivilbevölkerung effektiv einzusetzen und selbst hier können Streubomben bei gleichem Gewicht eine größere "Wirkung" aufweisen.

Eingesetzt wurden chemische Waffen in jüngster Vergangenheit nur durch den Irak in den achtziger Jahren gegen Kurden, wobei nicht Cholinesterase Hemmer eingesetzt wurden sondern die schon im ersten Weltkrieg eingesetzten Lost Stoffe. Neben den klassischen chemischen Waffen haben alle größeren Mächte noch Mittel im Arsenal um Landstriche unbewohnbar zu machen, wie z.B. das im Vietnamkrieg eingesetzte "Agent Orange", ein Herbizid, die 2,4,5 Trichlorephonoxyessigsäure, welches als Entlaubungsmittel diente. Ganze Landstriche sind heute dank dieser Hinterlassenschaft (Es enthielt auch Dioxin als Verunreinigung) nicht mehr bewirtschaftbar.

Man vermutet dass in den Waffenarsenalen heute noch erheblich wirksamere Mittel zur Verfügung stehen. Im Jahre 2005 wurde bekannt dass die USA in Deutschland noch 25 Jahre nach Abschluss des 2+4 Vertrages über 100 t Chemiewaffen lagern. Diese Menge würde ausreichen um auf einer Fläche von 3000 km² jeden zu töten, also eine Großstadt wie Hamburg, München oder Berlin auszulöschen.


© des Textes: Bernd Leitenberger. Jede Veröffentlichung dieses Textes im Ganzen oder in Auszügen darf nur mit Zustimmung des Urhebers erfolgen.
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