Manhattan projektet

Her i vores blog vil vi komme ind på, hvad der stod til grunde for Manhattanprojektet, og hvilke konsekvenser bomben havde for USA og Japan, både på dagen og efterfølgende. Vi har også undersøgt hvordan bomben fungerer, og hvor meget energi bomben producerede.
Vi vil kort sagt finde frem til:



Hvilket belæg var der for Manhattan projektet og hvilken betydning havde projektet for menneskeheden?

Hvad stod til grunde for Manhattanprojektet?

Det hele begyndte, da den franske fysiker Antoine Henri Becquerel opdagede radioaktiviteten. Han begyndte at arbejde sammen med Marie Sklodowska-Curie og Pierre Curie, og de tre fik sammen Nobel-prisen i 1903. Senere var det den ungarske fysiker Leó Szilárd og italienske Enrico Fermi, der sammen udviklede og tog patent på atomreaktoren, som de så dog først fik i 1954.

Albert Einstein skrev et brev til den daværende præsident Franklin Roosevelt, hvor han beskrev vigtigheden af atomfysikken. Samtidig angreb Japan Pearl Harbour, og man troede at Tyskland var i gang med at udvikle atomvåben. Dette var starten på Manhattanprojektet. USA havde et tæt, tophemmeligt samarbejde med Storbritannien og Canada, og det var den amerikanske oberst James C. Marshall, der ledede projektet i starten, sammen med generalmajor Thomas. M. Robbins og generalløjtnant Leslie Groves. Man var dog ikke tilfreds med Marshalls arbejde og i samarbejde med blandt andet Somervell og Styer, blev Leslie Groves valgt som leder, igennem resten af projektet. Robert Oppenheimer var den førende fysiker inden for projektet, og der var blandt andet også han job at finde de bedste hjerner til at medvirke i projektet. Blandt andet var Einstein, Niels Bohr og Charles Lauritsen med, samt omkring 150.000 andre personer.

Trinity var kodenavnet for den første atombombe nogensinde fremstillet. Den blev færdig i juli 1945, og var en plutonium bombe. Man testede bomben den 16. Juli 1945 ude i ørkenen i New Mexico, og blev meget overrasket over hvor kraftfuld den var. Denne var starten på produktionen af henholdsvis Little Boy og Fat Man som blev smidt over Hiroshima og Nagasaki.

Hvilke konsekvenser havde bomben for USA og Japan? Både på dagen og efterfølgende.

USA

USA smed den første bombe i den Japanske by Hiroshima, den 6. august 1945, men det var ikke nok til at stoppe japanerne i krigen mellem Japan og USA. Så USA prøvede igen i byen Nagasaki 3 dage efter. Denne gang var det nok for japanerne, og de trak sig fra krigen. Så de 2 atombomber USA smed, var den officielle afslutning på 2 verdenskrig. USA’s grund til bombningerne var for at fremskynde sejren, og for at spare amerikanske soldaters liv. Det er sandsynligt at Hiroshima bomben var med til fremskynde sejren, men bomben der blev smidt i Nagasaki var unødvendigt mener de hos DR (http://goo.gl/TQpQBT).

Der var mange uenigheder om, om det var nødvendigt at smide bomberne, nogle mener at Japan havde tabt krigen fro længst, og USA kun gjorde det for at skramme Sovjetunionen, og hævne sig over Pearl Harbor bombningen, og andre mener at det var nødvendigt for at spare amerikanske soldaters liv, og afslutte krigen en gang for alle.  

Det havde nogle ret alvorlige konsekvenser at USA smed de 2 bomber i Japan. Det var nemlig et startskud til Den Kolde Krig, for da Sovjetunionen hørte om Manhattanprojektet, og bombningen af Japan, så begyndte Sovjetunionen også at fremstille atombomber, og de havde deres første prøvesprængning den 29. august 1949. Det fandt USA ud af, så nu var de ikke det eneste land med atomvåben, og begyndte med det samme at masseproducere atomvåben, og så var Den Kolde Krig i gang.

Japan

Overordnet har de to atombomber både givet negative og positive effekter. Det positive, er at Manhattan projektet har sat en stopper for 2. verdenskrig vha. atombomberne og tvang Japan til at overgive sig. Den negative virkning af projektet var, at det gav andre lande mulighed for at udvikle atomvåben, der var mere kraftfulde.
De to atombomber har givet en del konsekvenser for Japan både på selve dagen og de efterfølgende dage, mest biologiske konsekvenser. Når atombomben springer, bliver der udsendt mange ioniserede stråler, der er yderst radioaktive og dermed farlige for menneskets krop. De overlevende har blandt andet fået forskellige slags skader, såsom højere risiko for kræft, DNA-mutationer, nogle af kvinderne mistede muligheden for at få børn og dødeligheden steg også markant den efterfølgende tid på grund af, at ofrene for bombeangrebet ikke fik nogen behandling. Ofrene kunne ikke få en behandling, fordi man i 1945 ingenting vidste om følgesygedomme, da sådanne skader var helt nye, eftersom atombomben var en ny teknologi i denne periode. Udover at der bliver udsendt ioniserede stråler, bliver der også udsendt en stor del af energien som en trykbølge, som sendes af sted i stor hastighed. Trykbølgen i Hiroshima ødelagde et areal på helt op til 13 km², hvor næsten alt blev blæst til omkuld. Der er også en anden fysisk konsekvens ved atombomben, som er varmen. Der opnås temperatur på mange millioner grader i kernen, hvilket resulterer i at der bliver skabt mange ildebrande rundt omkring. Ødelæggelserne efter atombomben har også givet store konsekvenser i Japan, som en overlevende fortæller om i en kilde.
Bombningen gik ud over rigtig mange menneskeliv. Efter 4 måneder var antallet af døde Mellem 150.000 og 250.000 personer. Det var både personer der var døde direkte af atombombens voldsomme trykbølge og brande, men også personer der døde efterfølgende pga. ubehandlede skader og strålesyge.  90% at de radioaktive partikler forsvandt efter en uge. Grunden til det er, at bomben sprang 500 meter oppe i luften, og den skabte et kæmpe tryk der pressede de radioaktive partikler op i luften, men de 10% blev nede på jorden. De 90% der røg op i skyerne, fald senere hen ned som regn i andre landområder i Asien, og det gik i den grad udover deres afgrøder, som optog en vis mængde radioaktivitet, og derfor ville være farligt at indtage, både for dyr og mennesker.  Efter et år, var radioaktiviteten så lav at man kunne begynde at genopbygge byen.

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:

Vi sætter vores nye kendte energi ind, og løser for det samlede antal U-235 isotoper i den brugte mængde U-235:

Vi indsætter det nye samlede antal U-235 isotoper, og løser for vægten af brugt U-235 i units:

Vi omregner så til kg:

Det var altså kun ca. 1,5%, eller lige under et kilo, af de 64 kg U-235 der undergik fission.