Hvordan blev atombomben til og hvilke fysiske teorier ligger bag? Hvordan blev den brugt til bombningen af Hiroshima og Nagasaki, og hvilke forhold skulle der tages hensyn til.

Baggrundsviden

Forskere fra både fysik- og kemiverdenen udforskede de mystiske egenskaber af atomer. I slutningen af 1890'erne, opdagede Henri Becquerel radioaktiviteten af uran. Radioaktive elementer udsender strålingsenergi i form af a (alpha), b (beta), g (gamma) stråler. Som resultat af hans opdagelser, isolerede Marie Curie og Pierre Curie i 1902 det radioaktive grundstof radium.

Materiale selektion og betydninger

Disse to opdagelser viste sig at være essentielle ved valg af materiale til bomben. Opdagelsen af atomet og dets egenskaber samt de fremskridt inden for fysik, aktiverede forskere til at udvikle komplekse reaktioner. Den berømte relativitetsteori af Albert Einstein indeholder de idéer, som små mængder masse kan omdannes til enorme mængder af energi. Ligningen E = mc², er baseret på det faktum, at lysets hastighed, c, er meget hurtig, og kun en lille mængde af masse, m, kan frigive store mængder af energi, E. Dette koncept var scenen for opdagelser til nuklear fission. Niels Bohr udførte eksperimenter på atomet og foreslog et billede af, hvad atom ligner, i 1913. Denne model antydede, at atomet indeholder en kerne i centrum med roterende elektroner. Bohr udtalte at disse elektroner kun kredser på bestemte afstande. Når elektronerne ændrer afstande mod kernen udsender de stråling.

Fission

Fission er en proces hvorved en atomkerne spaltes i to næsten lige store dele under frigørelse af energi i en skala, der er millioner gange større end ved kemiske reaktioner som forbrænding eller eksplosion. Processen kan udløses i en klump 235U ved indfangning af en neutron i en enkelt kerne. Når den spaltes, udsendes der samtidig en ny generation af neutroner. Disse kan nu udløse fission i andre urankerner, osv. Der opstår en kædereaktion, hvorved den kerneenergi, der findes bundet i makroskopiske mængder af uran, frigøres. I atombomber sker frigørelsen eksplosivt, i kernereaktorer ved en kontrolleret proces.

I atomfysik og nuklear kemi, er nuklear fission enten en kernereaktion eller radioaktivt henfald proces, hvor kernen af et atom deler sig i mindre dele (lettere kerner.) Fissionsprocessen producerer ofte frie neutroner og fotoner (i form af gammastråler, som kan fremkalde kræft), og frigiver en meget stor mængde energi selv ved de energiske standarder for radioaktivt henfald.

Her ses en kulstof-12 spaltning:

På atomkraftværker benytter man denne fission til dannelse af termisk energi ved hjælp af spaltning af uran, som derefter kan omdannes til elektrisk energi. Man anvender uran-235 med en neutron for at påbegynde processen.

Little Boy og Fat Man

Måske det mest vanskelige og mest afgørende problem for Oppenheimer og hans team var udformningen af bomben mekanismen selv. Hvordan kunne de skabe en mekanisme, der ville frigive enorm

 magt for nuklear fission på kommando? I en triumf for teoretisk og anvendt fysik, Los Alamos gruppe kom op med to brugbare bombe designs, med kodenavnene "Little Boy" og "Fat Man".

Little Boy infrastruktur. Kilde: Wiki

Little Boy, U-235 bombe, havde den enklere udformning af de to, og fysikerne var sikre på, at det ville fungere. Mekanismen anvendes en pistol samling metode, hvor en underkritisk masse af U-235 affyres på en anden subkritiske masse af U-235. Når de to sluttes, danner de en kritisk masse og antænde i en kernereaktion.

Little Boy blev kastet over Hiroshima d. 6. aug. 1945 under 2. Verdenskrig, var en uran-235 bombe af kanontypen - Little Boy. Sprængkraften svarede til 13.000 tons TNT (trinitrotoulol, trotyl (13 kilotons = 55 ).

Fat Man, plutonium bombe, brugte en anden metode: implosion metoden. I Fat Man bomben, er en subkritisk kugle af plutonium omgivet af sprængstoffer, og når eksplosiverne sprænger, forekommer en chokbølge som komprimerer plutonium til en kritisk masse, som igangsætter en kernereaktion. Da denne metode var noget mere kompliceret end pistolen-samling metode, forskerne var mindre sikker på det ville fungere, og besluttede at prøve det af. Bomben, der blev nedkastet over Nagasaki d. 9. aug. 1945 var en plutoniumbombe. Den havde en sprængkraft på ca. 22 kiloton (kT) (1 kilotons = 1000 kg trotyl-ækvivalent) svarer til en energi på ca. 84 Terajoule (1 TJ=1* 1012joule).

Forhold og bekymringer

Formålet med atombombernes var fra forskernes side af, at bevise hvilke højder der kunne opnås med fysikken og hvilken mægtig kraft der kan skabes. For de militære styrker var det primære formål at få Japan til at overgive sig. Det var essentielt der var skyklar himmel hvor bomberne skulle smides, det er b.la. en af faktorerne som spillede ind da USA smed Little Boy og Fat Man.