ΑΤΟΜΙΚΗ ΒΟΜΒΑ
Στις 6 Αυγούστου 1945, η ιαπωνική πόλη Χιροσίμα δεχόταν τον πρώτο στην ιστορία της ανθρωπότητας βομβαρδισμό με πυρηνικό όπλο. Τη μοίρα της Χιροσίμα είχε τρεις μέρες αργότερα μια δεύτερη ιαπωνική πόλη, το Ναγκασάκι.
Και για τις δύο πόλεις ο απολογισμός ήταν τραγικός:
Στη Χιροσίμα σκοτώθηκαν άμεσα 70000 άνθρωποι, ενώ μέχρι το τέλος του 1945 ο συνολικός αριθμός των θυμάτων έφθασε τις 140000. Οι αντίστοιχοι αριθμοί για το Ναγκασάκι είναι 40000 και 70000. Τα χρόνια που ακολούθησαν τη ρίψη των βομβών πολλές
χιλιάδες άνθρωποι πέθαναν από ασθένειες που προκλήθηκαν από την ακτινοβολία. Είναι χαρακτηριστικό ότι ακόμη και σήμερα το ποσοστό θανάτων από καρκίνο στις δύο αυτές πόλεις είναι δέκα φορές πιο ψηλό σε σύγκριση με την υπόλοιπη Ιαπωνία.
To εργαστήριο, στο οποίο γινόταν ο σχεδιασμός της ατομικής βόμβας, βρισκόταν στο Λος Αλάμος της πολιτείας του Νέου Μεξικού και επιστημονικός επικεφαλής του εργαστηρίου είχε διορισθεί ο Robert Οppenheimer (1904—1967).
Το κατά πόσο ήταν αναγκαία η ρίψη των ατομικών βομβών στις δύο ιαπωνικές πόλεις είναι θέμα που συζητήθηκε πολύ.
Οι περισσότεροι μελετητές υποστηρίζουν ότι οι Ηνωμένες Πολιτείες Αμερικής με το βομβαρδισμό αυτό δεν επιδίωκαν τη συνθηκολόγηση της Ιαπωνίας για να λήξει οριστικά ο Β’ Παγκόσμιος Πόλεμος, αλλά την επίδειξη αυτού του νέου και τρομακτικά ισχυρού όπλου με στόχο τον εκφοβισμό της Σοβιετικής Ένωσης και την επικράτηση των ΗΠΑ στη μεταπολεμική παγκόσμια πολιτική αρένα. Είναι αποδεκτό ότι η Ιαπωνία δεν μπορούσε πια να απειλήσει τις ΗΠΑ.
Η Σοβιετική Ένωση είχε κηρύξει τον πόλεμο στην Ιαπωνία και η συνθηκολόγηση της ήταν θέμα μερικών εβδομάδων. Η επίσπευση της λήξης του πολέμου κατά μερικές εβδομάδες δεν μπορεί να δικαιολογήσει την πράξη των Αμερικανών.
Τι είναι η ατομική (πυρηνική) βόμβα;
Η πυρηνική βόμβα που έπεσε στη Χιροσίμα είχε την ισχύ δεκαπέντε χιλιάδων τόνων ΤΝΤ.
Η βόμβα στο Ναγκασάκι είχε ισχύ είκοσι χιλιάδων τόνων ΤΝΤ. Αυτή η τεράστια ποσότητα ενέργειας που ελευθερώνεται σε κλάσματα δευτερολέπτου προκύπτει από τη σχεδόν ταυτόχρονη διάσπαση των πυρήνων του υλικού μιας ατομικής βόμβας.
Το υλικό αυτό μπορεί να είναι το ουράνιο (το πιο βαρύ στοιχείο που συναντούμε στη φύση) ή το πλουτώνιο (τεχνητό στοιχείο που παρασκευάζεται σε πυρηνικούς αντιδραστήρες).
Ας δούμε, λοιπόν, με ποιο τρόπο μπορεί να διασπαστεί ένας πυρήνας ουρανίου και γιατί παράγεται τόσο μεγάλη ποσότητα ενέργειας.
Στον πυρήνα του ατόμου του ουρανίου υπάρχουν 92 πρωτόνια (ηλεκτρικά θετικά φορτισμένα σωματίδια), ενώ γύρω από τον πυρήνα του περιφέρονται 92 ηλεκτρόνια (ηλεκτρικά αρνητικά φορτισμένα σωματίδια).
Στον πυρήνα υπάρχουν και νετρόνια (ηλεκτρικά ουδέτερα σωματίδια).
Ανάλογα με τον αριθμό των νετρονίων που υπάρχουν στον πυρήνα το ουράνιο που συναντούμε στη φύση χωρίζεται σε δύο είδη (δύο ισότοπα):
το ουράνιο-238, που αποτελεί το 99,3% του φυσικού ουρανίου και το ουράνιο-235, με ποσοστό 0,7%.
(Το ουράνιο-238 έχει τρία νετρόνια περισσότερα στον πυρήνα του από το ουράνιο-235.)
Αν βομβαρδίσουμε ένα πυρήνα ουρανίου με ένα νετρόνιο, σε αρκετές περιπτώσεις ο πυρήνας αυτός θα χωριστεί σε δύο κομμάτια, ενώ ταυτόχρονα θα φύγουν και μερικά νετρόνια (συνήθως 2 ή 3).
Το φαινόμενο αυτό ονομάζεται “σχάση”.
Το “παράδοξο” σ’ αυτό το φαινόμενο είναι ότι η συνολική μάζα αυτών που παίρνουμε από τη σχάση είναι μικρότερη από τη μάζα που είχαμε πριν τη σχάση.
Πού έχει «εξαφανιστεί» η υπόλοιπη μάζα;
Την απάντηση δίνει ο τύπος του Αϊνστάιν για την ισοδυναμία μάζας—ενέργειας, ο πιο γνωστός τύπος της Φυσικής:
Ε= mc2
(Ε είναι η ενέργεια, m είναι η μάζα και c είναι η ταχύτητα του φωτός στο κενό.)
Αν, λοιπόν,μετρήσουμε την ενέργεια που παράγεται κατά τη σχάση ενός πυρήνα ουρανίου θα δούμε ότι η μάζα που λείπει ισοδυναμεί με αυτή την ενέργεια.
Το πόσο μεγάλη είναι η ποσότητα της ενέργειας που ελευθερώνεται φαίνεται με την εξής σύγκριση:
Η ενέργεια που παίρνουμε από τη διάσπαση των πυρήνων σε ένα γραμμάριο ουρανίου είναι ίση με την ενέργεια που καταναλώνει
ένα σπίτι (με μέση κατανάλωση 1000 κιλοβατώρες το τρίμηνο) σε 7 χρόνια!
Από τη σχάση, όμως, ενός πυρήνα ουρανίου μέχρι την έκρηξη μιας ατομικής βόμβας υπάρχουν πολλά βήματα.
Πιο πάνω αναφέραμε ότι κατά τη σχάση του πυρήνα του ουρανίου ελευθερώνονται και μερικά νετρόνια. Αυτά τα νετρόνια μπορεί να συγκρουστούν με άλλους πυρήνες ουρανίου και να τους διασπάσουν. Οι πυρήνες που θα διασπαστούν θα δώσουν πάλι νετρόνια, τα οποία με τη σειρά τους θα διασπάσουν άλλους πυρήνες και η διαδικασία θα συνεχίζεται.
Αυτή η διαδικασία ονομάζεται “αλυσιδωτή αντίδραση” και αποτελεί το πιο σημαντικό βήμα για την έκρηξη της ατομικής βόμβας, αλλά και για τη λειτουργία των πυρηνικών αντιδραστήρων. Αν υποθέσουμε ότι κάθε φορά δύο από τα νετρόνια καταφέρνουν να διασπάσουν νέους πυρήνες ουρανίου, τότε ο αριθμός των πυρήνων που διασπώνται σε κάθε στάδιο της αλυσιδωτής αντίδρασης θα είναι διπλάσιος από το προηγούμενο στάδιο.
Το κάθε στάδιο της αλυσιδωτής αντίδρασης πραγματοποιείται σε μερικά δισεκατομμυριοστά του δευτερολέπτου. Έτσι η αλυσιδωτή αντίδραση που πραγματοποιείται σε μια ατομική βόμβα ελευθερώνει τεράστια ποσότητα ενέργειας σε κλάσματα του δευτερολέπτου.
Η αλυσιδωτή αντίδραση δεν μπορεί να ξεκινήσει σε οποιαδήποτε ποσότητα ουρανίου. Αν η μάζα του ουρανίου είναι μικρή τα περισσότερα νετρόνια που παράγονται κατά τη σχάση φεύγουν από το υλικό χωρίς να συγκρουστούν με άλλους πυρήνες ουρανίου και η αντίδραση σταματά. Υπάρχει, δηλαδή, μια ελάχιστη ποσότητα ουρανίου με την οποία μπορεί να ξεκινήσει η αλυσιδωτή αντίδραση.
Η ποσότητα αυτή εξαρτάται από το πόσο εμπλουτισμένο με ουράνιο 235 είναι το ουράνιο.
Το θέμα είναι ότι από τα δύο ισότοπα του ουρανίου το ουράνιο-235 παθαίνει σχάση πολύ πιο εύκολα από το ουράνιο-238, στο οποίο δεν μπορεί να ξεκινήσει η αλυσιδωτή αντίδραση.
Το ουράνιο που υπάρχει στη φύση, όπως αναφέραμε πιο πάνω, περιέχει μόνο 0,7% ουράνιο-235.
Η κρίσιμη μάζα για καθαρό ουράνιο-235 είναι γύρω στα 50 κιλά.
Στην ατομική βόμβα που ρίφθηκε στη Χιροσίμα το ουράνιο δεν ήταν καθαρό ουράνιο-235 γι’ αυτό η μάζα που χρησιμοποιήθηκε ήταν γύρω στα 100 κιλά.
Μέσα στην ατομική βόμβα το ουράνιο είναι χωρισμένο σε δύο κομμάτια. Αυτό είναι αναγκαίο για την αποφυγή τυχαίας έκρηξης. Στη βόμβα που έπεσε στη Χιροσίμα το ένα κομμάτι είχε τη μορφή σφαίρας, από την οποία έλειπε ένας κώνος. Η μάζα του κομματιού αυτού ήταν μικρότερη από την κρίσιμη μάζα.
Ένα δεύτερο κομμάτι με τη μορφή κώνου (που ταίριαζε απόλυτα στο κενό που είχε η σφαίρα) βρισκόταν απέναντι από το κενό αυτό. Με τη βοήθεια κοινών εκρηκτικών το κομμάτι σε σχήμα κώνου εκτοξευόταν και έμπαινε στο κενό που είχε η σφαίρα.
Η μάζα της συμπληρωμένης σφαίρας ήταν τώρα μεγαλύτερη από την κρίσιμη μάζα.
Ταυτόχρονα λειτουργούσε και η πηγή νετρονίων, η οποία προκάλεσε την αρχική σχάση για να ξεκινήσει η αλυσιδωτή αντίδραση.
Τα εκρηκτικά πυροδοτήθηκαν με τη βοήθεια μετρητή ύψους και η έκρηξη έγινε σε ύψος 500 μέτρων πάνω από την πόλη.
Είχε υπολογιστεί ότι η έκρηξη σε αυτό το ύψος θα είχε πιο καταστροφικά αποτελέσματα …
https://fyskm.schools.ac.cy/archeia/arthra_erevnes_meletes/atomiki_vomva.pdf
https://www.slideserve.com/nay/eea-t-t-ada-powerpoint-ppt-presentation
https://en.wikipedia.org/wiki/Little_Boy#/media/File:Atombombe_Little_Boy_2.jpg
https://en.wikipedia.org/wiki/Fat_Man#/media/File:Fat_Man_Assembled_Tinian_1945.jpg
https://en.wikipedia.org/wiki/Fat_Man#/media/File:Nagasakibomb.jpg
