CROSSROADS×Nagasaki  -クロスロード×長崎-

異国文化が交差した長崎を科学と情熱で探究

原子爆弾を軽~く科学する 2

今回は長崎の原子爆弾とは一体何だったのか?。また、今回も複雑な感情を抜きにして、物理的に考えられる威力と被害を書いてみます。

まずは、前回(「原子爆弾を軽~く科学する 1」)の予告通りのこの図から。Y軸がエネルギー、X軸が陽子と中性子の数です。


number of nucleons1

ここに「核分裂」と「核融合」の二つが描かれていますよね。人類が初めて経験した原爆はこのうち「核分裂」に当たります。
右端に「U 235」というのが見えますが、これが広島型原爆で使用された元素「ウラン235」です。現在は原子力発電でも使用されています。

そもそも、物質というのは不安定なのです。しかし、「Fe 56」というのを〇で囲ってますが、これがかなり安定している状態の物質、つまり「鉄」です。グラフの頂点にあります。逆に不安定なウランのような物質に、中性子を当てると、いくつかの物質に割れます。ストロンチウム90、セシウム137、ヨウ素131、またはプルトニウム、バリウムなどのいずれかになっていきます。
ストロンチウム90とセシウム137を足せば大体元のウラン235辺りになりますね。

原子爆弾核分裂


前回書いたように、ウランに中性子が当たって割れる時に、少し元の質量よりも減った分が爆破の熱エネルギーとなるのです。

・・・しかし、アインシュタインてスゴイですよね?
目に見えている物質がエネルギーという目に見えないものと実は同じ、ということに気づくあたり、さすがは天才です。

だから、皮肉にもこのアインシュタインの相対性理論によれば、物質が減った分が莫大なエネルギーになる、ということが利用されたわけです。

このウランの核分裂によって出てきた人工的な物質が「プルトニウム」なのです。これが長崎の原子爆弾「ファットマン」の原料となったのです。

そして、いかに効率よく破壊すべく、このファットマンを落とすかという実験が事前に行われました。
そこでの実験結果、物理的に最も破壊力がある高さ、これが上空「500m」でした。

図を作っておいたので流れを追ってみましょう。と、その前に長崎に原爆を落とした飛行機はコレです↓
Bockscar b29
Bockscar:Wikipedia

第一段階。
1.jpg
最適な破壊ポイントである「503m」地点でファットマンが炸裂する。

2.jpg
爆心地は↓
長崎爆心地
長崎市松山町171番地。東経129度51分47秒、北緯32度46分26秒

3.jpg
強力な衝撃波:「マッハステム」 が爆心地から半径300m地点で発生します。この「マッハステム」は上部からの爆風の広がりと地上の爆風反射が重なった点で、爆風の威力が数倍になる恐るべき衝撃波。

4.jpg
「マッハステム」の破壊力最大化。半径500m地点。

アメリカがこの「マッハステム」 を意図的に利用するよう計算していたことが最近の研究で明らかになりました。
アメリカの国立公文書館によると、1945年4月27日から開かれた「目標検討委員会」の記録で、会議の責任者であるトーマス・ファレル准将がマッハステムによる威力を事前に計算しておくよう指示していたのです。
原爆投下4か月前に開かれた極秘会議のこの資料によれば、 「爆発によって想定される被害の規模とどれくらい離れた場所にいる人間まで殺害できるのかを予測せよ」 というのです。
また、この文書によれば、放射能より爆風の効果が最も重要だと考えており、日本の都市をこの爆風で壊滅させることで、核開発の成果を確かめようとしたものでした。つまりは単なる物理実験なのです

そこで重要だったのが爆発させる「高さ」であると結論付けられました。住宅を全壊させる圧力であるのが「5 psi」。この破壊力を十分に発揮できる高さが約500mだったのです。

このマッハステムの威力は爆心地ではなく、最大化したのが爆心地から半径500m地点。ここにあったのが城山国民学校です。
城山国民学校

ファットマンの投下時、城山国民学校敷地内で事務を行っていた三菱兵器製作所職員、作業を行っていた挺身隊員、学徒報国隊員等158人のうち、生き残ったのはわずか20名。 また、校長以下の教職員31名と児童約1,400名(全校生徒の8割)が学校または家庭で爆死したと推定されています。写真の丸窓の校舎が今も保存されています。

次回は、原爆と水爆の違いなどを書きます。
           ↓
■原子爆弾を軽~く科学する 3 最終回




■原子爆弾を軽~く科学する 1

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