Jak powstaje bomba atomowa?

Ze wzoru E = mc² można wyliczyć energię eksplozji bomby jądrowej. Ile energii potrzeba było, żeby praktycznie zmieść z powierzchni Ziemi tak duże miasto jak Hiroszima? Z jakiej ilości masy ta energia pochodziła?

Jak działa bomba atomowa?

Zrobiłem ostatnio film o historii powstania pierwszej bomby atomowej. Ale nie wyjaśniłem w nim, jak ta bomba działa. W zasadzie to dość proste. Gdy w duże jądro atomowe uderzymy neutronem o odpowiedniej energii, to rozpada się ono, rozszczepia na mniejsze kawałki. Przy okazji uwalniana jest dość solidna porcja energii.

Ta energia bierze się z masy. Otóż atom w całości ma większą masę niż wszystkie jego elementy po rozerwaniu, gdyby je zebrać w całości. Trochę to nieintuicyjne, bo w naszym makro świecie np. wazon, który jest w całości, ma taką samą masę jak jego kawałki zebrane z podłogi po tym, gdy spadnie i się potłucze. W rzeczywistości i w tym przypadku można policzyć, o ile zmniejszy się masa połamanych kawałków. Bo nie tylko w świecie atomów ta różnica masy pomiędzy czymś w całości a czymś rozbitym „ulatuje” w postaci energii.

Odkrycia Alberta Einsteina

Przy czym to nie tak, że masa znika, a energia sama z siebie się pojawia. Einstein w jednej ze swoich prac z 1905 roku napisał i pokazał, że masa jest formą energii. A więc zamiana masy w energię jest tym samym co zamiana jednej formy energii w inną, np. potencjalnej w kinetyczną, albo sprężystości w kinetyczną, albo… tutaj można dużo przykładów podawać.

Co ciekawe, gdy Einstein pisał E = mc2 (a w zasadzie ten wzór w jego oryginalnej publikacji miał inną formę i jego autor używał innych literek), nikt nie potraktował go poważnie. I wzoru, i Alberta Einsteina. Bo kto by zwrócił uwagę na publikację nikomu nieznanego urzędnika biura patentowego, który wywraca do góry nogami cały gmach fizyki z energią, masą, czasem i grawitacją włącznie?

33 lata po tym wywróceniu, w 1938 roku, dwóch niemieckich naukowców eksperymentalnie pokazało, jak to działa w praktyce. Ale wtedy Einstein był już gwiazdą zarówno wśród naukowców, jak i laików, był laureatem Nagrody Nobla i gościem z bardzo długą listą zaproszeń od najlepszych uniwersytetów na świecie.

Sam Einstein nie brał udziału w projekcie Manhattan, ale w 1939 roku podpisał list do prezydenta USA Roosevelta, w którym on i wielu innych naukowców ostrzegało przed prowadzonymi w Niemczech próbami wybudowania nowego rodzaju potężnej broni.

Rozszczepianie atomu

Rozerwanie pojedynczego atomu nie daje dużo energii. Trzeba doprowadzić do sytuacji, w której kolejne atomy będą rozrywały się lawinowo. Z każdego rozerwania, z każdego rozszczepienia, będzie jej mało, ale w sumie zsumuje się to do ogromnej wartości.

Zrobiono to. Rozrywany, rozszczepiany atom emituje neutrony, które – nie wchodząc w detale – rozrywają kolejne ciężkie jądra atomowe. Każdy z tych kolejnych to źródło neutronów, z których część trafi w kolejne ciężkie jądra i rozerwie je. I to jest właśnie reakcja łańcuchowa, która ma miejsce podczas eksplozji bomby jądrowej, a nie może się zdarzyć w reaktorze jądrowym.

O tym dlaczego nie może się zdarzyć opowiadam w jeszcze innym filmie na Nauka To Lubię.

Einstein w 1905 roku wykazał, że masa jest formą energii. Co to w praktyce oznacza, zrozumiano dopiero w 1938 roku w Niemczech. Ale jeszcze kilka lat wcześniej sam Einstein twierdził, że wyciagnięcie energii z wnętrza atomu, choć – jego zdaniem możliwe – w praktyce będzie niewykonalne. Że będzie wymagało tak ogromnej ilości energii, że nikt taką energią nie będzie dysponował. Kilka lat później dowiedział się, jak bardzo się mylił.

Hiroszima

No dobra, zatem jaka cząstka masy zamienionej na energię zrównała z ziemią Hiroszimę? 1 gram. 80 tys. ludzi zabiła energia równoważna jednemu gramowi masy. E = mc^2. „E” to energia, „m” to masa, a „c” to prędkość światła w próżni. Trzy litery wystarczą, żeby zrozumieć że masa jest formą energii. Piękne to czy straszne? To już nie zależy od wzoru, tylko od ludzi, którzy wzorów używają.