Manhattan-projektet: Hvordan fungerer bomben og hvor meget energi producerer den?

I en fissions bombe som ''Little Boy'', skal brændstoffet holdes adskilt i subkritiske masser, der ikke vil undergå fission, for at forhindre en tidlig detonation. Kritisk masse er den mindste masse af fissilt materiale, der kræves for at opretholde en nuklear fission reaktion. Den enkleste måde at bringe subkritiske masser sammen, er at lave en slags pistol anordning, der affyrer én masse ind i den anden. En hul ’’projektil’’ af U-235 er placeret i et langt rør med sprængstof bag det. En cylinder af U-235, som er målet for projektilet, er placeret tættest ved bombens spids,, mens ’’projektilet’’ er placeret ved den anden ende. En barometrisk-tryksensor bestemmer passende højde for detonation og udløser bomben ved at detonerer sprængstoffet bag ’’projektilet’’, så de to masser bliver ført sammen og når superkritisk masse.

Forskellen på ’’Little Boy’’, og ’’Fat Man’’, er brændstoffet og ’’pistolløbet’’. Der blev brugt Plutonium-239 i stedet for Uran, og blev detoneret med en implosion. Pu-239 i bomben var omringet af højeksplosiver, der maste den subkritiske masse af Pu-239, til en superkritisk masse. Der blev også brugt U-235 i denne bombe. Det blev derimod brugt som en form for dæmper, for at stoppe det i at eksplodere, så det kunne undergå mere fission, og i alt blive kraftigere.

Einsteins relativitetsteori har vist, at der er en sammenhæng mellem masse og energi. Det betyder, at der er en entydig sammenhæng mellem en genstands masse m og dens samlede energi E. Denne sammenhæng er udtrykt ved Einsteins relation mellem masse og energi:

Takket være denne formel er det muligt at finde en atombombes masseødelæggende kinetiske energi. Altså bevægelsesenergien.

I processen hvor bomben frigør sin energi sker der en ændring af den samlede masse. Det gælder at hvis

, vokser masseenergien, og der bliver bundet energi, mens hvis massen falder bliver der frigjort energi. Denne frigjorte energi kaldes for processens Q-værdi, og ifølge Einsteins relativitetsteori gælder:

Som også kan udtrykkes som:

Vi ved at en proces der forekommer er:

Vi kan så finde frem til at den samlede masse før og efter er m_før = 236,05u og m_efter = 235,87u, og beregne processens Q-værdi:

Tilvæksten i kinetisk energi pr. U-235 isotop er altså:

Vi er ikke helt færdige endnu, da beboerne af Hiroshima ikke var heldige nok til kun at blive bombet med en enkel isotop. Hele 64 kg blev brugt i ’’Little Boy’’ bomben. Vi skal altså have udregnet hvor mange U-235 isotoper der er i 64 kg Uran:

Vi konverterer først vores 64 kg Uran til units:

Og dividerer så dette med vægten af én U-235 isotop, for at finde det samlede antal U-235 isotoper i 64 kg af stoffet:

Dette ganger vi så med tilvæksten i kinetisk energi pr. U-235 isotop, for at finde tilvæksten for alle 64 kg Uran:

Dette er et meget højt tal. Det faktiske tal for ’’Little Boys’’ energi er 67 TJ. Dette betyder at kun en lille procentdel af stoffet undergik fission, mens resten simpelthen fordampede og røg op i atmosfæren. Vi kan ved at gå baglæns i vores beregninger, beregne hvor meget af stoffet der egentligt undergik fission: