Studieretningsprojekt: Manhattan Projektet og bomberne over Japan
Side 1 af 37
Indholdsfortegnelse:
Abstract: ............................................................................................................................................................ 2
Forord ................................................................................................................................................................ 3
Indledning. ......................................................................................................................................................... 3
Manhattan Projektet: ........................................................................................................................................ 4
Frygten for tysk atombombe. ........................................................................................................................ 5
Manhatten Projektet blev holdt hemmeligt ................................................................................................. 5
Forskerne opfordrer til at standse Manhattan Projektet. ............................................................................. 6
Bomberne over Nagasaki og Hiroshima. ........................................................................................................... 7
Ingen vej tilbage. ........................................................................................................................................... 7
De efterfølgende konsekvenser. ....................................................................................................................... 8
Atombomben: ................................................................................................................................................. 12
Fission .......................................................................................................................................................... 12
Albert Einstein ......................................................................................................................................... 13
Energi frigjort ved fission. ........................................................................................................................ 13
Kædereaktioner: .......................................................................................................................................... 14
Radioaktivitet medfører skadelig stråling. .................................................................................................. 15
Absorption af gammastråling i vand: .............................................................................................................. 16
Absorptionsloven for gammastråling: ......................................................................................................... 16
Gammastrålingen og energi niveauerne i kernen: ...................................................................................... 17
Dosimetri, herunder strålingens virkning: ................................................................................................... 18
Halveringstiden: ........................................................................................................................................... 19
Forsøg .............................................................................................................................................................. 19
Forsøgsvejledning: ....................................................................................................................................... 19
Bestemmelse af halveringskonstanten: ...................................................................................................... 19
Bestemmelse af halveringstykkelsen: ......................................................................................................... 20
Beregninger med dosimetri i forsøget ........................................................................................................ 22
Strålingens skadelighed: .................................................................................................................................. 25
Hvad kan man gøre for at forhindre/mindske bestrålingen: ...................................................................... 27
Samlet konklusion ........................................................................................................................................... 28
Litteraturliste: .................................................................................................................................................. 30
Bilag: ................................................................................................................................................................ 31
Studieretningsprojekt: Manhattan Projektet og bomberne over Japan
Side 2 af 37
Abstract:
In this task, I found out that Japan capitulated due to the bombings of Japanese cities, and that the
Soviet government declared war against Japan. They created the Manhattan Project because it
would start with an atomic bomb project. Einstein pointed out that Germany was underway and
Einstein would not have that Germany came to possess such a weapon. After the attack on Pearl
Harbor, chose the British Prime Minister Churchill and U.S. President Roosevelt to launch the atom
bomb project as Einstein pointed out. This should be done in the U.S. and was top secret, the
course was called the Manhattan Project.
A number of researchers including Niels Bohr was opposed to the project was kept secret because
he believed that science would also like the other nations. He looked at the same time what such a
weapon could have the consequences for the world if it was used in war. For these reasons, chose
Niels Bohr invited to the Manhattan Project was stopped. This was however not
addressed. Franck-committee demonstrated against the bombs were thrown over
Japan. Government replied simply would cost too many lives to have to invade Japan to foot, that
was why they threw bombs over Japan. Subsequently the platoons split into Manhattan
Project. On the one hand, scientists, and the other policies and the military. The subsequent
implications for the bombings of Japan, ending the war for U.S. foreign policy was the Truman
Doctrine and Marshall Plan.
In physics, I found out that it is the fission occurs in a nuclear bomb, and that you solved the
problem of getting a chain reaction to proceed by a moderator or to enrich uranium. At the same
time I discovered that the radiation emitted by the atom bomb causes has serious implications for
us humans. It can lead to such deadly cancer. I did an experiment where I found out that gamma
radiation from Cs-137 with the energy 660KeV was halved after 10.65 cm, which was a percentage
difference of 25% from the correct value of 8.5 cm. Dose equivalents to the source of Cs-137 on
his stomach one day was 0.022 mSv, and from the risk model would lead to if everyone in a city
with population 1,126,282 where the average weight was 78kg would be 124 due to the
irradiation of fatal cancer
Studieretningsprojekt: Manhattan Projektet og bomberne over Japan
Side 3 af 37
Forord
Min motivering til valg at netop dette spændende emne var at jeg mange gange har hørt om
Manhattan Projektet, men egentlig aldrig nogensinde har forstået hvad det helt præcist var.
Derfor tænkte jeg, at nu skulle det være muligheden for at jeg kunne skrive om det. Jeg koblede
derfor Manhattan Projektet sammen med bomberne over Nagasaki og Hiroshima. De fag som er
repræsenteret i denne opgave er historie og fysik. I historiedelen vil jeg give en kort redegørelse
for slutningen af 2. verdenskrig og frem til Japans kapitulation. Derudover vil jeg beskrive
baggrunden til og udviklingen af Manhattan Projektet. Endvidere vil jeg ved hjælp af relevant
kildemateriale vurder de etiske overvejelser man gjorde sig om Manhattan Projektet og de
efterfølgende konsekvenser for USA’s udenrigspolitik efter man havde smidt bomberne over
Nagasaki og Hiroshima. I fysikken vil jeg komme ind på de bærende fysiske principper bag
atombomben herunder hvordan man løste problemerne med at få en kædereaktion til at forløbe.
Derudover vil jeg ved hjælp af Cs-137, som er en af de radioaktive isotoper der bliver dannet når
en atombombe eksplodere, se nærmere på skadevirkninger af strålingen, hvorefter jeg kommer
ind på emnet dosimetri. Til sidst vil jeg lave et forsøg med absorption af gammastråling i vand, for
at se hvordan strålingen herved vil blive absorberet i et menneske.
For at løse de ting og de problemstillinger jeg har stillet mig selv, vil jeg læse en del bøger som vil
give mig en forståelse af de forskellige ting. Dernæst vil jeg bruge internettet i det omfang jeg ikke
kan forstå hvad der er tale om.
Indledning.
D. 6 og 9 august 1945 blev to voldsomme bomber smidt udover Nagasaki og Hiroshima, det var for
USA’s soldater en lettelse at de ikke skulle til at invadere Japan. Disse bomber dræbte 120.000
mennesker og bagefter lige så mange pga. af bestrålingen. På én dag blev verden ændret. Denne
terrorbombning er den første og hidtil eneste gang, at atomvåben er blevet brugt i
krigshandlinger. Til trods for de mange forskere der deltog i Manhattan Projektet gjorde
opmærksom på hvor voldsomme konsekvenser en sådan bombe kunne medføre. Dette førte til
demonstrationer imod regering i at bruge bomben over Japan. Regeringens svar var blot at det
ville koste alt for mange menneskeliv at skulle invadere Japan til fods. Dette førte til at mange der
fra starten så Manhattan Projektet til et projekt hvor man kunne forske i nyt videnskab, til at være
et projekt der udelukkende gjaldt om at fremstille et våben således at USA kunne sikre sig sin
fremtid. Atombomben havde altså fået symbolet på en stor magt og en endnu større trussel for de
andre nationer. Hvorfor tingene forholdte sig sådan og hvad baggrunden til de forskellige ting var,
samt de fysiske principper bag atombomben og hvad dens betydning af bestrålingen kan få, kan
du læse i denne opgave.
Studieretningsprojekt: Manhattan Projektet og bomberne over Japan
Side 4 af 37
Manhattan Projektet:
or at forstå baggrunden for Manhattan Projektet
begyndelse skal vi kigge på Albert Einsteins brev til
USA’s præsident Roosevelt. Initiativet til dette brev
blev taget af de ungarske fysikere Leo Szilard og Eugene
Wigner. De opsøgte derfor Einstein for at få hans underskrift
på brevet, da han var den internationale berømthed inden for
fysikkens verden. Brevet blev skrevet i august 1939, men
nåede først frem til Roosevelt’s skrivebord i oktober 1939.
Efter Hitlers magtovertagelse i 1933 blev Einstein beskyldt af
nazisterne for at udvikle jødisk fysik og blev udsat for
mordtrusler som følge af det
1
. Einstein flygtede af denne
grund til USA, hvor han fik en stilling i New Jersey. Han fik senere statsborgerskab i USA i 1940. Her
arbejde han med udviklingen af atombomben, for at sikre Hitler ikke kom først med sådan et
våben. Det var at denne grund Einstein i sit brev til Roosevelt opfordrede til igangsætte et program
som skulle resultere i en produktion af atomvåben
2
.
Einstein skriver nemlig i sit brev at de har fundet ud af at: ”Grundstoffet uran kan blive udviklet til
en ny og betydningsfuld energikilde i allernærmest fremtid”
3
. Dette princip skulle senere vise sig at
kunne blive konstrueret i en bombe, som vil medføre en kæmpe eksplosion i form at stor
skadelighed: ”dette nye fænonem vil også fører til konstruktion af bomber, og det er tænkeligt
omend langt mindre sikkert, at yderst kraftige bomber af nye type således vil blive konstrueret. En
enkelt af denne type transporteret pr.skib og sprængt i havn, vil meget vel kunne ødelægge hele
havnen samt noget af det omliggende område”
4
. Da Einstein havde sent brevet fik han som
benævnt svar i oktober 1939. Præsidenten gav udtryk for interesse for sagen, men der skete altså
ikke mere på det tidspunkt. Det skyldtes bl.a. at projektet ikke forekom troværdigt nok og at ingen
kunne garantere for at ideerne ville kunne realiseres og at det var meget mere indlysende at
investere i forskning inden for radar. I 1941 fik den engelske regering af uran-kommiteen M.A.U.D.
forelagt planer for en industriel produktion af atombomber. Dog var den engelske regering bange
for at atombombeindustrien i England kunne blive bombet, eller endnu være udspioneret af
tyskerne. Derfor overvejede man fra engelsk side at flytte produktionen til USA. Den 6. december
1941, blev det i USA besluttet at gå i gang med at producere atombomber. Efter det japanske
angreb på Pearl Harbor, trådte USA for alvor ind i 2. verdenskrig og atombombe projektet blev
1
Ved jeg fra: http://da.wikipedia.org/wiki/Albert_Einstein
2
Dette brev er en primær førstehåndskilde da det er noget han selv har skrevet. Brevet har jeg fundet i: Manhattan
projektet: da videnskaben mistede uskylden, som er skrevet af Claus Christensen og Torsten Meyer. På side 47, 6.1
Einsteins brev.
3
Citat fra brevet i bogen Manhattan projektet: da videnskaben mistede uskylden,. På side 47, 6.1 Einsteins brev, linje
3-5.
4
Citat fra brevet i bogen Manhattan projektet: da videnskaben mistede uskylden,. På side 47, 6.1 Einsteins brev, linje
22-29
F
Figur 1: Billede af Einstein og Leo Szilard
som diskuterer brevet
Studieretningsprojekt: Manhattan Projektet og bomberne over Japan
Side 5 af 37
herved en realitet. Angrebet på Pearl Harbor og USA’s indtræden i 2.verdenskrig fik den betydning
at Roosevelt og Churchill i 1942 indgik en aftale om at forene kræfterne for en atombombe
produktion i USA. Projektet var under ledelse af general Groves. Administrationen blev i starten
placeret i Manhattan i New York, hvor kodeordet ”Manhattan Engineer District” opstod. Senere
blev dette til ”The Manhattan Project”. Herved fik Einstein sit ønske opfyldt ved, at man gik i gang
med et atombombe projekt.
Frygten for tysk atombombe.
Det var frygten for en tysk atombombe, der motiverede fysikerne i USA og England til at indgå i et
atombombe projekt. Svaret på Hitlers atomvåben var atomvåben i USA, der skulle kunne forhindre
brugen af dem ved hjælp at magtbalance. Man vidste dog ikke hvor langt Tyskland var nået med
uranforskning. Ved besættelsen af Tjekkoslovakiet stoppede tyskerne for salg af uran fra de
tjekkiske miner. Dette gav anledning til Einsteins brev til Roosevelt. En af de tyske fysikere, der
valgte at blive i Tyskland under krigen, var Heisenberg. Han havde bidraget til den moderne
atomfysik og var i en periode en af Niels Bohrs nærmeste medarbejdere. Heisenberg var også med
i det tyske uranprojekt. Dette var han fordi han mente at det var bedst at yde modstand imod
nazismen indefra. Da de allierede rykkede igennem Tyskland i slutningen af 1944 blev det
konstateret at tyskerne i deres uranforskning kun var nået til et forsøg på at bygge en model-
reaktor. På det tidspunkt var fysikerne i Manhattan Projektet, allerede i gang med produktionen af
atombomber. USA’s oprindelige motiv var at hindre Tyskland i at være de første til at producere
bomben, faldt bort i slutningen af krigen. Men Manhattan Projektet blev ikke stoppet, disse
bomber blev lavet, og senere brugt.
Manhatten Projektet blev holdt hemmeligt
Manhattan Projektet var hemmeligt, og selv om det meste af det som foregik, er blevet offentligt
gjort, er der stadig nogle ting der lever videre: Der var fuld politisk vilje til at producere
atombomben så snart videnskabsmændene gjorde opmærksom på, at det var muligt.
Virkeliggørelsen af projektet var et resultat af få geniale fysikeres arbejde.
Der gik to år fra Einsteins skrev brevet til projektet blev startet, men da det blev startet gik
udviklingen utrolig hurtigt. Der var mange dygtige fysikere med i projektet. Det samlede projekt
omfattede ca. 150.000 ansatte og kom til at koste ca. 2 milliarder dollars
5
. Den basale organisering
af projektet blev nøje gennemtænkt af videnskabsmændene, militærfolkene og politikerne.
Projektet blev delt op i mange centre, som lå geografisk spredt over hele USA. Dette gjorde man
fordi man frygtede at japanerne ville begynde et større bombardement af USA, dels fordi det
derved var lettere at hemmelig gøre projektet. Et af grundprincipperne i Manhattan Projektet var
opdelingen i adskilte afdelinger, hvor de ikke havde en indbyrdes kommunikation. Dvs. at
personen eller gruppen i projektet kun vidste hvad der var nødvendigt for at vedkommende kunne
udføre sin opgave. Denne organisation kaldte man compartmentalization. Dette skulle forhindre at
5
Kilderne taget fra bogen Manhattan Projekt: da videnskaben mistede uskylden. Side 53.
Studieretningsprojekt: Manhattan Projektet og bomberne over Japan
Side 6 af 37
atomhemmelighederne ikke blev røbet til tyskerne og til USA’s allierede, Sovjetunionen, idet man
tænkte på at USA i efterkrigstiden skulle bevare sit monopol på atombomben og atomenergi.
Forskerne opfordrer til at standse Manhattan Projektet.
Kort efter at Manhattan Projektet var gået i gang, fik Niels Bohr et andet syn på det, end det han
først havde. Ved projektets begyndelse betragtede han projektet som en mulighed for fysikere og
forskere at arbejde sammen og skabe nyt videnskab indenfor for fysikken. Denne holdning skulle
vise sig ikke at vare ved, fordi senere fik han den opfattelse at projektet eneste formål var holde
opdagelserne lukket for omverdenen og sikre sejren i kapløbet mod Tyskland og Japan. På
baggrund af det kontaktede Niels Bohr Englands premierminister Winston Churchill og
præsidenten for USA, Roosevelt, i et forsøg på at overtale dem til støtte et internationalt
samarbejde. Niels Bohr gjorde det klart for dem, at hemmeligheden bag Manhattan Projektet over
for andre nationer ikke gjorde andet end at forstærke atomvåbnets konsekvenser for
menneskeheden. Hans kontakt til Churchill og Roosevelt skulle dog senere vise sig at være uden
resultat, projektet forblev hemmelig. Mange fysikere fik efterhånden den samme holdning til
Manhattan Projektet som Niels Bohr gjorde. Da projektet i starten virkede som en ide til at skabe
historie indenfor fysikken, men senere kun handlede om at besejre de andre nationer.
Atomvåbnet blev i løbet af projektet et symbol på magt og en stor trussel overfor andre nationer.
Af disse grunde foreslog enkelte forskere heri blandt Enrico Fermi og den danske atomfysiker Niels
Bohr og en række andre forskere, at amerikanerne helt skulle standse de videre bestræbelser på
fremstillingen af atombomben. Forskerne gav udtryk for at de havde en god nok viden til at frygte
de fremtidige resultater af deres forsøgsarbejde i Manhattan Projektet og de kunne forstille sig de
voldsomme konsekvenser ved at gøre brug af en atombombe. Derfor opfordrede forskerne til at
stoppe projektet. Det skulle senere vise sig at man ikke lyttede til denne opfordring. Den 14. juni
modtager Det Hvide Hus en anbefaling fra Franck Komiteen
6
. Franck Komiteen demonstrerede
imod atombomben overfor Japan, før man valgte at bruge den imod dem i krigen. Disse
anbefalinger blev vurderet af det videnskabelige råd af kernefysikere heriblandt: Compton, Fermi,
Lawrence og Oppenheimer. Fysikerne her konkluderede at demonstrationen, der var blevet
foretaget af Franck Komiteen ikke ville medføre til krigens afslutning. Oppenheimer der var
direktør for Los Alamos labortoriet samt regerings repræsentant i projektet frarådede
projektledelsen at følge Franck Komiteens råd. Derfor fik videnskabsmændene ingen indflydelse
på spørgsmålet omkring brug at atombomben. Militæret ønskede at anvende bomben, fordi det
kostbare projekt ellers ikke kunne optræde som en succes, og politikerne ønskede at anvende den
for at få overtaget i den magtbalance, der var imellem USA og de andre stormagter. Heriblandt
specielt Sovjetunionen. I første omgang var det meningen at man skulle kaste en atombombe over
Tyskland før de kapitulerede, for at demonstrere at de nu var i besiddelse af en voldsom bombe.
Denne bombe man nu havde lavet i Manhattan Projektet kunne nu bruges som en magtfaktor til
6
En flok bekymret forskere anført af Leo Szilard
Studieretningsprojekt: Manhattan Projektet og bomberne over Japan
Side 7 af 37
at understrege overfor andre lande bl.a. Japan og Sovjetunionen, at amerikanerne ville kunne
være i stand til at svare et hvert angreb igen med et masseødelæggelse våben. Det skulle på denne
måde afskrække alle nationer fra at føre en krig imod Amerika i fremtiden.
Holdningerne til atombomben var blevet delt. På den ene side stod politikerne og militæret, som
ønskede en så hurtig som mulig fremstilling af bomben, de ønskede at se en ende på krigen og
ønskede at bruge atombomben til at opnå dette. På den anden side stod forskerne, som også
begyndte at finde sig et moralsk og etisk dilemma over for befolkningen, som skulle opleve de
følgende konsekvenser af brugen af atombomben.
Bomberne over Nagasaki og Hiroshima.
På akkurat den samme måde som Hitler optrådte i Europa slog den japanske regering i midten af
1930’erne ind på en imperialistisk politik
7
. Den japanske imperialistiske politik skulle sikre Japan
kontrol over olie og andre råstoffer. I 1937 begyndte Japan sine erobringer af Kina. I 1940 besatte
Japan fransk Indokina
8
. Dette var USA utilfreds med og besvarede med at standse al handel med
Japan og advarede Japan med at fortsætte deres erobringer og kontrol af valgte områder med
henblik på at styrke deres økonomi
9
. Japanernes svar på USA’s advarsel var at angribe USA’s
flådebase på Hawaii, det som vi kalder angrebet på Pearl Harbor i 1941. Det betød af Japanerne
havde sat USA’s stillehavsflåde ud af spillet, således at de uhindret kunne fortsætte sin erobring af
de asiatiske områder. I midten af 1942 kontrollerede Japan hele Sydøstasien. USA kom op på
benene igen efter nederlaget ved Pearl Harbor og gevandt hurtigt sin militære styrke i Stillehavet.
Efter kampe mellem Amerika og Japan, heriblandt kampen ved Midway, stod USA i foråret 1945
over for at skulle invadere selve Japan. Inden de tog beslutninger om at de skulle invaderer dem,
udsendte USA en advarsel, hvor de bad japanerne om at overgive sig således at det ikke ville koste
menneskeliv. Det afslog japanerne og som svar på dette valgte USA i stedet for en invasion, som
skulle koste enorme tab på begge sider og derfor valgte den amerikanske præsident Truman at
kaste atombomber over byerne Hiroshima og Nagasaki. Samtidig med at bomberne blev smidt
over Nagasaki og Hiroshima erklærede Sovjetunionen Japan krig og den 15. august 1945, måtte
den japanske kejser overgive sig. Herefter kapitulerede Japan den 15 august 1945.
Ingen vej tilbage.
Hiroshima:
Bomben sprængtes 510m over byens centrum. Den var 3m lang og vejede 400 kg.
Sprængvirkningen svarede til 20kT trotyl. 140.000 mennesker ud af byens befolkning på 350.000
døde enten med det samme eller indenfor de første måneder, som følge af bestrålingen. Senere
døde endnu flere på grund af bombens langtidsvirkning. I alt op mod 200.000.
7
Er en betegnelse for en politik, hvor magten i et land eller område forsøger at undertrykke andre lande, folkeslag
eller områder politisk eller økonomisk.
8
I dag betegnes fransk Indokina til det nuværende Vietnam, Cambodja og Laos.
9
Dette kaldes ekspansionistisk politik.
Studieretningsprojekt: Manhattan Projektet og bomberne over Japan
Side 8 af 37
Nagasaki:
En bombe med en sprængvirkning på 22 kT trotyl. 70.00 ud af en befolkning på 280.000 omkom
omgående eller inden for kort tid. Senere nærmede dødstallet sig 150.000
10
.
Det var netop disse bomber man havde arbejdet med i Manhattan Projektet, og hermed blev det
demonstreret for hele verdens befolkning hvor farlige atombomberne var. Disse tal kan vi
endvidere bruge til at vurdere forskernes etiske overvejelser omkring frygten ved brugen af
atombomben i Manhattan Projektet. Dødstallene viste hvor faretruende en bombe det var. Det
ville en stor respekt fra resten af verdenen. USA havde altså opnået en sikret fremtid, fordi de
advarede imod, at hvis der blev angrebet i USA ville man benytte atombomben. Bomben var altså
blevet et symbol på magt og en stor trussel for de andre nationer. Det var netop af disse grunde at
forskere som Niels Bohr opfordrede til at stoppe Manhattan Projektet, da det ikke var meningen
med projektet i begyndelsen og det var ikke det han gik ind for.
De efterfølgende konsekvenser.
Da Niels Bohr efter krigen vendte tilbage til Danmark sendte han et åbent brev til FN d.9 juni
1950
11
. Modtageren var ikke kun FN, men hele verden og dens statsledere. Brevet er udarbejdet i
perioden 1944 til 1948. Han udtrykker i brevet sin tænker omkring konsekvenserne af
atombomben og hvor dårligt det var at holde Manhattan Projektet hemmeligt inden for landets
grænser. Han skriver i sit brev bl.a.: ”Enhver der var tilknyttet atomenergiprojektet (Manhattan
Projektet) var sig naturligvis bevidst, hvor alvorlige problemer menneskeheden ville blive stillet
overfor så snart foretagendet var fuldført. Helt bortset fra den rolle, atomvåben kunne komme til
at spille i krigen var det klart at vedvarende alvorlige farer for verdenssikkerheden ville opstå,
medmindre man kunne opnå almindelig enighed om gennemførelse af forholdsregler til at
forhindre misbrug af de nye frygtelige ødelæggelsesmidler”
12
. Niels Bohr påpeger her at med den
bombe som der blev arbejdet på i Manhattan Projektet kunne fører til alvorlig fare for
verdenssikkerheden. Han siger at det kan løses ved at man laver nogle forholdsregler for brugen af
dem, således at man forhindre misbrug af atombomben. USA gjorde misbrug af dette våben, da de
sagde at det ville kunne sikre deres sikkerhed i fremtiden. Idet man truer med at bruge et våben
for at sætte sin egen sikkerhed i top, gør man altså misbrug af selve atombomben. Samtidig
opfordrer han også til at grænserne åbnes for udvekslingen af viden man havde opnået i
Manhattan Projektet: ”Under disse omstændigheder forekommer det mig at man på det
omhyggeligste burde overveje konsekvenserne af et tilbud, fremsat ved en velvalgt lejlighed, om
øjeblikkelige forholdsregler herimod åbenhed på gensidigt grundlag”. Han skriver at
10
Disse kilder om Hiroshima og Nagasaki, er taget fra bogen Manhattan Projektet: da videnskaben mistede uskylden,
s.78
11
Brevet kan se på hjemmesiden: http://www.nba.nbi.dk/files/gym/aabentbrev.pdf . brevet er en primær første
håndskilde, da det er skrevet af ham selv, må ses som værende troværdig idet han kommer med sine holdninger til
Atombombe Projektet
12
Side 4, på den internetside, hvor brevet står. Det står ca. i midten
Studieretningsprojekt: Manhattan Projektet og bomberne over Japan
Side 9 af 37
konsekvenserne kan blove alvorlige, men hvis der kan skabes en åbenhed på begge sider af
grænserne, kan de alvorlige konsekvenser undgås. I brevet deler han sine holdninger omkring
militærets brug af atomenergien. Han siger altså at det bliver vanskeligt at kontrollere brugen
inden for de forskellige områder, medmindre åbenhed og gensidig tillid skabes.
Fysikere både imens og efter Niels Bohr har sendt brevet, har givet udtryk for at være både
konkret og idealistisk. Derudover havde Bohr altså forudsagt af der ville ske en revolution af
kommunikation. Gennem hans brev kan man se de etiske overvejelser som forskerne har gjort sig
efter man har konstrueret atombomben i Manhattan Projektet. Mange af forskerne havde
forudsagt hvilke konsekvenser det ville kunne medføre for verden ved konstruktionen af
atombomben.
Ved slutning af 2.verdenskrig i 1945 var USA’s økonomiske dominans så stor, at landet
producerede lige så meget som resten af verden tilsammen gjorde. For at sikre forsyninger og
afsætning og hermed i sidste ende sikre den amerikanske levestandard, blev det nødvendigt at
sikre sig uhindret adgang til alverdens markeder. Således at man kunne sikre den amerikanske
valuta og dermed dæmme op for kommunismen. Som verdens førende stat antog USA den
ledende rolle inden for et netværk af internationale institutioner og militære alliancer samtidig
med at et nyt begreb ”den nationale sikkerhed”, kom til at præge det amerikanske samfund.
Efter Anden verdenskrig opbyggede man en international organisation ”De forenede nationer
(FN)” der skulle sikre freden og fremme forståelse og samarbejde mellem landende.
Organisationen kunne intet stille op over for de store konflikter mellem de to supermagter
13
. Den
kunne derimod spille en vigtig rolle i løsningen af mindre konflikter og som et sted hvor staterne
kunne tale sammen og forhandle. FN bestod ved grundlæggelsen 51 stater næsten udelukkende
fra Europa, Nord- og Sydamerika, men medlemstallet er siden steget.
Konflikten mellem de to supermagter blev bestemmende for den internationale udvikling fra
verdenskrigens afslutning til murens fald i Berlin 1989. Denne krig kaldte man den kolde krig. Den
var kold fordi de to supermagter aldrig var i direkte konflikt med hinanden. De to supermagter
USA og Sovjetunionen opbyggede under den kolde krig kæmpe lagre af kernevåben og raketter,
der kunne udslette alt liv på jorden. De blev aldrig brugt, men til gengæld medførte det at flere
lande fik adgang til teknologien og ved årtusindeskiftet havde 8 lande kernevåben.
13
De to supermagter var henholdsvis USA og Sovjetunionen.
Studieretningsprojekt: Manhattan Projektet og bomberne over Japan
Side 10 af 37
I 1947 tog USA nogle markante initiativer. Initiativet til de
forenede stater kom fra USA. Truman var ham som tog
initiativet: følgende grund kan vi se her:
”For at sikre nationernes fredelige udvikling, fri for tvang, har
de forende stater taget ledende del i oprettelsen af de
forende nationer. De forende nationer er bestemt til at gøre
en varig frihed og uafhængighed for alle dets medlemmer
mulig. Vi kan imidlertidig ikke virkeliggøre vore hensigter,
medmindre vi er villige til at hjælpe frie folk til at opretholde
deres frie institutioner og deres nationale uafhængighed mod
aggressive bevægelser som søger at påtvinge dem totalitære
styreform
14
”. Han skriver her at USA var dem som tog
initiativet til dette, fordi de herved kunne hjælpe andre
nationer mod nogle aggressive bevægelser. For at forstå disse bevægelser skal vi se på hvem USA
var i strid med. USA var i tidspunktet efter 2. verdenskrig i strid med Sovjetunionen. Efter
2.verdenskrig forsøgte USA at udbrede liberalismen. Således at folk ikke blev tvunget til det
sovjetiske styre, kommunismen. Det er disse bevægelser Truman kalder for de aggressive
bevægelser. Det var af disse grunde at USA tog stor del i oprettelsen af De Forende Nationer.
Senere i dokumentet skriver han: ”Man behøver kun at kaste et blik på kortet for at se den græske
nations overleven og uafhængighed er af største vigtighed. Hvis Grækenland kommer under
kontrol af en væbnet minoritet vil virkningen på dets nabo, Tyrkiet blive øjeblikkelig alvorlig.
Forvirring og forstyrrelse vil antagelig spredes gennem hele mellemøsten. Udslettelse af
Grækenland som uafhængig stat få dyb virkning på de andre lande i Europa, hvis folk kæmper med
store vanskeligheder for at opretholde deres frihed og uafhængighed mens de udbedrer
krigensskader
15
”. Truman påstår at overgangen til kommunistisk styre for Grækenland vil få
konsekvenser for genopbygningen af hele Europa, hvor folk altså kæmper for at opretholde deres
frihed og uafhængighed, mens de udbedre krigens skader. Truman beder derfor Kongressen om
400 mill. dollars som hjælp til disse to lande. Hans argumenter overfor kongressen er at når USA
har brugt så mange penge på verdensfreden, ville det ikke betyde noget at de skulle bruge endnu
400 millioner dollars på at hjælpe Grækenland og Tyrkiet.
Derudover var dette også en erklæring om at USA i fremtiden ville støtte de frie folk, som gør
modstand mod forsøg fra væbnede minoriteter eller tryk udefra på at undertrykke dem.
Anledningen var et kommunistisk pres mod Grækenland og Tyrkiet, og USA forpligtede sig altså til
at forsvare disse og andre lande mod kommunistisk magtovertagelse. Det var denne erklæring
som blev kaldt Truman-doktrinen.
14
Det vi på klassen har arbejdet med Truman doktrinen og Marshallplanen, her vores lærer lagt et dokument ind på
lectio, som hedder truman og marshal.pdf. Under dette har jeg taget citat på side 9.
15
Er lige som det forrige citat taget fra dokumentet truman og marshal.pdf side 10.
Figur 2: Billede af Harry S. Truman
Studieretningsprojekt: Manhattan Projektet og bomberne over Japan
Side 11 af 37
Det var ikke kun Truman-doktrinen USA tog initiativ til i 1947, som
efterfølger til Truman-doktrinen kom Marshallplanen. Følgende citat er
skrevet i marshallplanen af George Marshall:
”Jeg behøver ikke fortælle dem min herre at verdenssituationen er
meget alvorlig. Dette må være indlysende for alle forstandige
mennesker
16
”. Men hvad var der egentlig galt: ”Europa var det fysiske
tab af liv, den synlige ødelæggelse af byer, fabrikker, miner og
jernbaner korrekt vurderet, men det er blevet klart gennem de sidste
måneder at denne synlige ødelæggelse sandsynligvis var mindre
alvorlig end forrykkelsen af den europæiske økonomis hele indre
struktur
17
”. Som følge af 2.verdenskrig var der sket en økonomisk krise i
Europa. Derfor tilbød USA en økonomisk hjælpepakke til de
europæiske lande. Denne hjælpepakke skulle sikre at den europæiske økonomi kunne komme på
benene igen. Denne hjælpepakke blev kaldt Marshall-planen. Baggrunden for at kunne få den
hjælpe var at den europæiske økonomi var ved at gå i stå, og man frygtede fra USA’s side styrkelse
af de kommunistiske partier. Derfor var kravet at skulle et land have denne økonomiske hjælp
skulle de få et liberalt styre, det betød samtidig at flere og flere lande blev liberale i denne
periode. USA fik på den måde mere indflydelse på verden og derved mere magt. De fik flere og
flere på deres side, fordi de ville hjælp alle de lande som var hærget efter krigen. På den måde
sikrede de sig at flere og flere lande blev liberale. Det betød en svækkelse af de kommunistiske
partier. Et andet krav som USA havde for at lande kunne modtage hjælpepakken var at en vis
brøkdel af de penge de fik, skulle bruges til at købe varer for i USA. Det betød samtidig at USA
sikrede sig den liberale og demokratiske udbredelse, og at USA fik den europæiske økonomi på
benene igen samtidig med at de selv undgik en økonomisk krise. Sovjetunionen sagde, at de ikke
ville handle med et land, medmindre begge parter var lige stillet. De mener at USA kommer til at
se overlegne ud i Marshallplanen og derfor vil de ikke modtage hjælp fra USA.
I 1948-49 forsøgte Sovjetunionen at presse vestmagterne: USA, England, og Frankrig ud af
Vestberlin, svaret fra vestmagterne var at etablere en luftbro, der bragte forsyninger til Vestberlin.
Konflikten om Tyskland sluttede med at der i 1949 blev etableret to tyske stater. I vest blev det
forbundsrepublikken Tyskland, mens det i øst blev til Den Tyske Demokratiske Republik (DDR). Det
samme år oprettede 12 lande med USA i spidsen NATO, der var en forsvarsorganisation vendt mod
Sovjetunionen. Med Korea-krigen og opsplitningen i to blokke blev der sat gang i oprustningen,
særlig inden for kernevåben. USA var den eneste stormagt i 1945, men i 1949 havde
Sojvetunionen sprængt sin første atombombe og fire år efter havde både USA og Sovjetunionen
udviklet et endnu farligere våben end atombomben nemlig brintbomben. Brintbomben havde en
sprængkraft der var ca. 7.000 gange større end Hiroshima og Nagasaki bomben. Derudover
16
Er lige som det forrige citat taget fra dokumentet truman og marshal.pdf side 12.
17
Er lige som det forrige citat taget fra dokumentet truman og marshal.pdf side 12
Figur 3: Billede af George
Marshall
Studieretningsprojekt: Manhattan Projektet og bomberne over Japan
Side 12 af 37
udviklede begge parter raketter der kunne bringe disse masseødelæggelsesvåben frem. I
slutningen af 1950’erne havde begge supermagter udviklet raketter der kunne bringe kernevåben
fra det ene kontinent til det andet. Den kolde krig var altså blevet global.
Atombomben:
Indtil nu har jeg skrevet hvordan atombombe projektet startede, som det gjorde i Manhattan
Projektet. Efterfølgende førte dette til stor uenighed blandt forskerne. Nogen valgte at
demonstrer fordi USA ville bruge atombomben imod Japan, andre støttede regering i at bruge
atombomben. Atombomben over Nagasaki og Hiroshima førte til mange døde mennesker. Men
hvordan er atombomben egentlig opbygget, og hvad kan den radioaktive stråling medføre? Alt
dette vil du få svar på i dette kapitel.
I en atombombe spaltes uran eller plutonium til lettere kerner og neutroner, der medvirker til
spaltning af nye kerner i en kædereaktion under frigivelse af store energimængder. For at
kædereaktionen kan forløbe og udvikle sig til en eksplosion skal enten massen eller tætheden af
fissionsmaterialet være større end en vis kritisk værdi. Atombomben kan konstrueres efter to
forskellige principper. I det ene tilfælde sammenføjes to klumper uran, hvorved massen bliver
overkritisk. I det andet tilfælde sammenpresses en klump uran, hvorved tætheden bliver
overkritisk.
I de følgende afsnit vil vi se nærmere på de fysiske principper bag atombomben.
Fission
En kernespaltning kaldes fission når kerner af tunge grundstoffer spaltes i mindre dele, hvorefter
der bliver frigivet energi. De første som opdagede dette var fysikerne Hahn og Strassman i 1939.
De bombarderede uran med neutroner og de fandt ud af efter analyser at der blevet skabt en
radioaktiv isotop af barium. Det skulle senere vise sig at fysikerne Meitner og Frisch havde tolket
resultaterne korrekt, idet uran-235 var blevet spaltet i to dele. Dette kaldes spaltningsfragmenter
Man fandt senere ud af at U-238 skal rammes af hurtigere neutroner, for at fissionsprocessen kan
foregå, hvorimod U-235 skal rammes af langsomme neutroner. I atombomben bruger man U-235
og her foregå følgende spaltning:
235 1 236 * 144 89 1
6 0
235 1 236 * 140 94 1
8 0
1) 3
2) 2
U n U Ba Kr n
U n U Xe Sr n
+ → → + +
+ → → + +
Hvis vi ser på proces to, ser vi at en neutron skydes ind imod urankernen. Denne neutron bliver
herved optaget, og der opstår en compound-kerne
18
. Den er meget energirig og samtidig ustabil
tilstand og kernen spaltes i 2 lige store dele. Samtidig med dette skabes der 2 nye neutroner.
18
Teorien om compoundkernens dannelse og henfald blev fremsat i 1936 af Niels Bohr, og den forklarer, at neutronen
indfanges i stedet for at genudsendes, og at sandsynligheden for processen især er stor ved visse neutronenergier
Studieretningsprojekt: Manhattan Projektet og bomberne over Japan
Side 13 af 37
Fissionsfragmenterne fra fissionsprocesserne vil have for mange neutroner i forhold til protoner.
Det betyder at de vil skille sig af med neutronerne gennem en serie af beta-henfald, indtil en stabil
kerne er opnået. Overskuddet af disse neutroner fortæller hvorfor 2 eller 3 neutroner frigives
under selve fissionsprocessen
19
.
Det var bl.a. disse fissionsprocesser man benyttede sig af i opbyggelsen af de to bomber man
smed over henholdsvis Nagasaki og Hiroshima.
Albert Einstein
Når vi taler om fissionsprocesserne støder vi nemlig på en af de kendte navne Albert Einstein som
levede i perioden Han viste at masse og energi er nært forbundet til hinanden. Enhver
masse, svarer nemlig til en energi, som er beskrevet ud fra følgende formel:
2
E m c=
Vi kan se at jo større massen er, jo mere energi vil der blive frigivet. Dette gælder også omvendt jo
mere energi der bliver frigivet jo større er massen.
Det viser sig at summen af masserne af de protoner og neutroner, som er frigjorte ved fission, er
større end massen af den oprindelige kerne. Forskellen i masse betegnes som massedefekten og
kan beregnes af følgende formel:
()
defekt p c n atom
m Z m m N m m= + + −
Den forøgede masse skyldes at energien er blevet til massen. Det har kostet energi at løsrive
kernens bestanddele fra hinanden, nemlig kernes bindingsenergi. På tilsvarende måde får man
energi foræret, når de enkelte protoner og neutroner samles til en kerne.
Energi frigjort ved fission.
Vi kan nu beregne den energi, der er frigjort ved fissionsprocessen i reaktion 2) under fission
afsnittet. Det gøres ved hjælp af bindingsenergierne, som slås op i databogen:
Energitab ved at spalte U-235: -1784 MeV
Energigevinst ved at samle Sr-94: +808 MeV
Energigevinst ved at samle Xe-140: +1161 MeV
Samlet energigevinst ved fission: + 185 MeV
19
For at se processen i billede form, se vedlagt bilag: Fission.
Studieretningsprojekt: Manhattan Projektet og bomberne over Japan
Side 14 af 37
Det vil altså sige den energigevinst man får ved hjælp af fissionsprocesserne i atombomben er på
omkring: 185MeV
20
.
Kædereaktioner:
Ved spaltning af urankerner frigives der 2-3 neutroner. De kan bruges til at bombardere andre
urankerner med. Ikke alle frigivne neutroner skaber fission, selvom de rammer urankernen. Der
kan ske følgende tre ting:
1) Neutronen spredes på urankernen, her fortsætter neutronen efter mødet med
urankernen, dog ofte med en reduceret energi.
2) Neutronen absorberes i urankernen men bliver der, hvorefter kernen vil henfalde under
udsendelse af gamma- og betastråling.
3) Neutronen absorberes og forårsager fission.
Hvad der sker ved mødet afhænger altså af, hvilken uranisotop det drejer sig om, dels af hvilken
energi neutronen har. Hvis vi følger nogle af de langsomme neutroner efter at de er blevet
absorberet i en stor klump naturligt uran. Neutronerne vil forårsage fission i U-235, mens resten
indfanges i U-235 eller U-238. Fissionsprocesserne producerer altså neutroner, som enten er
hurtige eller meget hurtige. Nogle af de meget hurtige vil lave fission i U-238, og dette fører til at
en kædereaktion ikke vil gå i gang. Neutroner indfanges altså alle sammen i U-238, og derfor
produceres der stort set ingen langsomme neutroner, som kan holde kædereaktionen i U-235 i
gang. Dette problem skulle vise sig at blive løst i perioden juni 1939 til februar 1940 hvor fysikere i
Frankrig, England, Tyskland, USA og USSR arbejdede med problemet med at få en kædereaktion i
gang. Der opstod to ideer til at løse dette, som senere skulle vise sig at være korrekt, det var at
anvende en moderator eller foretage en berigning af naturligt uran.
Hvis man kunne få de hurtige neutroner ud af uranen, og bremse dem ned til de blev langsomme
og så få dem tilbage i uranen igen, kunne man undgå at de undervejs ville blive indfanget i U-238.
Derved ville en kædereaktion være mulig. Herefter begyndte man at lede efter et stof i hvilket
neutronernes energi neddæmpes. Et sådan stof kaldes en moderator. Dens egenskaber skal bestå
af lette kerner og disse må kun sjældent indfange neutronerne. Man fandt her tre gode moderator
nemlig: almindeligt vand, tungt vand eller grafit som bestod af kulstof. Her konstaterede man efter
en del eksperimenter at tungt vand var den bedste moderator.
20
Disse energi værdier har jeg taget direkte fra: http://matematikfysik.dk/fys/noter_tillaeg/note_kernefysik.pdf . side
41
Studieretningsprojekt: Manhattan Projektet og bomberne over Japan
Side 15 af 37
Kunne man øge andelen af U-235 i forhold til U-238 ville sandsynligheden for at en fissionsneutron
ramte U-235 blive meget større og en kædereaktion kunne derfor lade sig gøre. Denne proces
kaldes berigning af uran. Her skal man bemærke to ting. For det første er der ikke brug for en
moderator, dvs. kædeprocessen foregår meget hurtigt, fordi der ikke skal bruges tid på
nedbremsning af neutronerne. For det andet forøges hastigheden af kædereaktionen, hvis
procentdelen U-235 øges over de 25%. Disse forhold har en stor betydning ved konstruktion af
atombomber.
Det afgørende for at en kædereaktion kan foregå er at der er tilstrækkeligt med uran tilstede, man
skal have nået den kritiske masse som for U-235 er 5 kg. Neutronens energi og dermed hastighed,
har en kraftig indflydelse på de tre processer jeg nævnte i starten af kapitlet. Man fandt altså ud af
at man kunne sætte en kædereaktion i gang ved at anvende en moderator i forbindelse med
naturligt uran, eller hvis man beriger uranen dvs. forøger den procentvise andel af U-235, der
forekommer i naturligt uran
21
.
Fissionsprocesserne og kædereaktionerne er et af de bærende fysiske principper bag
atombomben. Det er disse som medfører eksplosionen og de farlige strålinger.
Radioaktivitet medfører skadelig stråling.
Radioaktivitet er kendetegnet ved energirig ioniserende stråling, som kan slå elektroner ud af et
atom, der stammer fra kernehenfald. strålingen afhænger af stråletypen – α, β og γ – hvor
sidstnævnte rækker længst.
Alfastråling:
- Består af positivt ladede helium kerner (2 protoner og 2 neutroner), der med megen stor
energi udsendes fra især tunge radioisotoper
Betastråling:
- Består af elektroner, og betegnes e-, der med stor energi udsendes fra atomkernen
Gammastråling:
- Er en elektromagnetisk stråling med meget kort bølgelængde og stor energi.
I en atombombe sker radioaktivt henfald ved brug af grundstofferne uran og plutonium. Dette
giver mange genetiske skader efter en bombeeksplosion. Dette oplevede man især efter
Hiroshima og Nagasaki bombningen under 2. verdenskrig. Ved bombesprængningerne over de
japanske byer, blev der udover den direkte stråling, spredt radioaktivt materiale. Spredning af det
radioaktive stof er skadelig for menneskers væv i knoglemarven, idet der sker en reaktion med
21
Dette bruger man til en atombombe.
Studieretningsprojekt: Manhattan Projektet og bomberne over Japan
Side 16 af 37
vandet i kroppen, hvorved vandmolekylerne spaltes og danner frie radikaler. Disse frie radikaler
går til angreb flere forskellige steder på kroppen, og derved rammes DNA-molekylerne i en celle
22
.
Skaderne af DNA i cellerne medførte skader i mennesker og dyrs genetiske materialer
Når en atombombe eksploderer slippes der mange forskellige radioaktive stoffer ud i atmosfæren,
som kan have katastrofale betydninger for os mennesker pga. af bestrålingen vi bliver udsat for.
Da jeg i denne opgave ikke kan tage højde for alle de stoffer og gå i dybden med hver enkelt af
dem, vælger jeg at gå i dybden med en af dem, nemlig den radioaktive isotop Cs-137. Den
radioaktive Isotop Cs-137 er altså blot en af de mange radioaktive isotoper som frigives ved
fissionsprocesserne når atombomben eksplodere. Cs-137 er farlig fordi den udsender
gammastråling. Jeg vil ikke beskæftige mig med hvad selve den voldsomme eksplosion medfører,
jeg vil derimod beskæftige mig med den stråling som er i området efter eksplosionen af
atombomben og hvad det kan have af konsekvenser for menneskerne i området. Alt dette vil du
kunne læse mere om de kommende afsnit
Absorption af gammastråling i vand:
Jeg vil i dette afsnit forklare teorien bag absorption af gammastråling i vand hvor isotopen Cs-137
bliver anvendt. Senere i rapporten vil jeg lave et forsøg omkring dette.
Forsøget vil omhandle hvad der sker når gammastråling bliver absorberet i vand, da det også
fortæller noget om hvordan gammastrålingen bliver absorberet i et menneske.
Absorptionsloven for gammastråling:
Ved absorption af gammastråling i et materiale, gælder der at:
For en gamma-foton med en given energi er der en bestemt sandsynlighed for, at fotonen slipper
igennem 1mm af det givne materiale
23
.
Jeg præciserer:
En såkaldt gamma stråling, er mulig at stoppe, der vil altid slippe en brøkdel igennem det såkaldte
materiale. Intensiteten af gammastråling aftager eksponentielt med tykkelsen af det absorberende
lag.
Fremskrivningsfaktoren for passage af 1mm af materialet er a (0<a<1). Her kan man sige at hvis
a=30, så betyder at 70% slipper igennem 1 millimeter af det pågældende stof, mens de sidste 30%
bliver absorberet i stoffet.
Hvis vi betragter at tykkelsen af materialet er x millimeter, så kan vi opfatte det, som om vi har at
gøre med x plader af hver 1 millimeters tykkelse, som er anbragt efter hinanden. Det vil sige at
fremskrivningsfaktoren for 1 plade er a.
22
Taget fra Taget fra: http://matematikfysik.dk/fys/noter_tillaeg/note_kernefysik.pdf. Side 26.
23
Dette er taget direkte fra: http://matematikfysik.dk/fys/noter_tillaeg/note_kernefysik.pdf. Side 30, linje: 3-4.
Studieretningsprojekt: Manhattan Projektet og bomberne over Japan
Side 17 af 37
Vi ved også at fremskrivningsfaktoren for x plader er lig med a
x
. Dette ved jeg ifølge rentesregning.
I
0
er startintensiteten af gammastrålingen. I(x) er intensiteten og den vil efter passage af x
millimeter af det pågældende stof være lig med
24
:
0
()
x
I x I a=
Intensiteten aftager altså eksponentielt med tykkelsen af stoffet. Hvis vi i denne formel erstatter a
med
e
−
, bliver formlen:
0
()
x
I x I e
−
=
, er den lineære absorptionskoefficient.
halveringstykkelsen er da
25
:
1/2
ln(2)
x
=
Et andet udtryk for intensiteten I(x), er givet ved:
1/2
0
1
()
2
x
x
I x I=
Gammastrålingen og energi niveauerne i kernen:
En atomkerne kan befinde sig i forskellige energi niveauer. Når kernen er i laveste energiniveau, så
befinder kernen sig i grundtilstanden. Hvis kernen er i et højere liggende energiniveau, så er
kernen exciteret eller befinder sig i en exciteret tilstand. Kernen kan godt lide at befinde sig i
grundtilstanden. Når en kerne falder tilbage til et lavere liggende energiniveau så udsender den
energi i form af en foton. Det er elektromagnetisk stråling. I tilfældet med en kerne er energierne
så store at der er tale om den del af det elektromagnetiske spektrum, som kaldes gammastråling.
Energien af gammafotonen er netop lig med forskellen mellem energierne af de to energiniveauer.
Fotonen frekvens kan findes ved hjælp af formlen:
foton
E h f=
h er plancks konstanten. Jo højere energi fotonens energi er jo højere er frekvens. Energimæssigt
ligger gammastråling langt over den del af det elektromagnetiske spektrum, som er synligt lys.
Gammastrålingen er farlig hvis man bliver udsat for meget af den, da den ionisere atomerne i de
menneskelige celler.
24
x er her en dimension løs størrelse, det vil sige et rent tal uden nogen enhed
25
Den lineære absorptionskoefficient svarer til henfaldskonstanten.
Studieretningsprojekt: Manhattan Projektet og bomberne over Japan
Side 18 af 37
Dosimetri, herunder strålingens virkning:
For at beskrive strålingens ioniserende virkning, indføres et par begreber fra helsefysikken. Den
absorberede dosis D betegner den strålingsenergi i pr. masseenhed der absorberes i kroppen. Som
kan beregnes ud fra formlen:
abs
E
D
m
=
Hvor m er massen og energien altså er den absorberede energi. Enheden er derfor J/kg. Man
kalder dog enheden for gray (Gy). Dvs. 1Gy = 1 J/kg.
Den biologiske virkning afhænger af, hvilken type stråling der er tale om. Også arten af det
biologiske materiale spiller ind. Forholdene er ganske komplicerede, men der er international
enighed om følgende forsimpling:
Den biologiske virkning beskrives ved dosisækvivalentet H, som beregnes fra den absorberede
dosis D ved at multiplicere med en kvalitetsfaktor Q, der afhænger af strålingstypen.
H Q D=
Dosisækvivalentens enhed er J/kg. H har enheden Sv (Sievert) dvs. 1 Sv = 1 J/kg
26
.
Ved beregning af dosisækvivalent vælger man ofte at lade som om bestrålingen er jævnt fordelt
over hele det på gældende organ eller over hele kroppen.
De tre vigtigste strålingstyper:
1) Alfa-paratikler: Mister energi ved vekselvirkning med atomernes elektroner. Herved bliver
atomerne exciteret eller ioniseret. Alfa-paratiklerne skaber mange ioniseringer på en kort
afstand. Rækkevidden i luft er 5-10cm. De har en kvalitetsfaktor på 20, hvilket vil sige det
er farligt for os mennesker. Alfa-paratiklernes skadevirkning sker ved indånding i lungerne,
hvor vævsoverfladen er stor.
2) Betaparatikler: Vekselvirker også med atomerne, som de derved exciterer og ioniser. De
rammer sjældent en elektron og bevæger sig derfor længere ind i stoffer end alfa-
paratiklerne før de har mistet deres energi. Rækkevidden i luft er ca. 1 meter. I væv
trænger de langt ind, men skader ikke så meget da kvalitetsfaktoren er 1.
3) Gamma-stråling: Vekselvirker som de andre strålingstyper med elektroner. Det kan ske ved
3 forskellige processer. Enten aflevere gammakvantet noget af sin energi til elektronen i
atomerne, som derved exciteres. Dette kaldes Compton-effekten eller comptonspredning.
Eller gammakvantet kan løsrive elektroner fra materialet, hvorved det aflevere hele sin
energi til elektronen. Denne proces kaldes Fotoelektrisk effekt. Endelig kan fotonen
forsvinde i en proces, hvor gammakvantets energi omdannes til en elektron og en såkaldt
positron der positivt ladet elektron. Denne proces kaldes pardannelse processen.
Man kan med andre ord sige at der foregår tre processer ved absorption af gammastråling:
fotoelektisk effekt, comptonspredning, pardannelse
27
.
26
Kvalitetsfaktoren kan ses under bilag: kvalitetsfaktor.
Studieretningsprojekt: Manhattan Projektet og bomberne over Japan
Side 19 af 37
Halveringstiden:
Formlen for beregning af halveringstiden er:
1/2
ln(2)
T
k
=
Halveringstiden angiver den tid, som det varer at få omdannet halvdelen af en givet mængde
radioaktive kerner til deres datterkerner. Halveringstiden er uafhængig af antallet af atomer
samtidig med at den er uafhængig af alle kendte fysiske og kemiske påvirkninger, herunder:
kemiske reaktioner, tryk, temperatur m.m.
Forsøg
I kapitel 8 beskrev jeg den teoretiske del bag det forsøg jeg vil lave. Jeg skrev som sagt jeg ville se
hvad der ske når gammastrålingen fra Cs-137 bliver absorberet i vand. Da mennesker består 72%
vand, vil forsøget også fortælle noget om hvordan det bliver absorberet i et menneske.
Forsøgsvejledning:
I forsøget anbragte jeg 4 Cs-137 kilder under et kar med vand
28
. Oven over karret anbragte jeg et
GM-rør, som jeg tilsluttede til en Geiger-Müller tæller. Det var vigtigt, at GM-røret, kom så tæt på
vandoverfladen, som muligt, da det vil give et støre tælletal. Jeg målte nu med tidsintervaller på
100 sekunder forskellige vandtykkelser. Vandtykkelserne tog jeg så langt op til GM-røret som
overhovedet muligt, det var 21 cm. Intervallerne jeg målte vandtykkelserne var på: 1,2,3,4…21cm.
Efter jeg havde målt henholdsvis 100 sekunder for vandtykkelserne på 1,2..21 cm fik jeg for hver
cm vandtykkelse et tælletal. Dette tælletal skulle korrigeres for baggrundsstrålingen. Det vil sige at
jeg skulle måle baggrundsstrålingen og trække det fra tælletallet, for at det blev så præcist som
muligt. Det korrigerede tælletal, som funktion af vandtykkelsen x afsatte jeg på et
enkeltlogaritmisk skala i LoggerPro
29
.
Bestemmelse af halveringskonstanten:
For at se hvordan jeg fik skemaet i LoggerPro, skal du se mit bilag under punktet graf.
Dette indtastede jeg nu i LoggerPro, hvorefter jeg fik følgende grafen:
27
For at se billede af disse processer: se bilag under: De tre processer af absorption for gammastråling
28
Jeg anbragte 4 Cs-kilder for at få et så stort tælle tal som muligt.
29
Forsøg opstillingen kan se i bilag under: billede af forsøget.
Studieretningsprojekt: Manhattan Projektet og bomberne over Japan
Side 20 af 37
Figur 4: Grafen over de indtastede værdier fra skemaet
Min fremgangsmåde i LoggerPro var simpel og effektiv. Det første jeg gjorde var at indtaste
værdierne for x-aksen som altså var vandtykkelsen i cm. Dernæst tog jeg det korrigerede tælletal
fra mit skema, som er i mit bilag. Herefter gik jeg ind i ”graph options” og valgte ”log axis”, dette
gjorde jeg af den baggrund at punkterne skulle indtegnes på en enkelt logaritmisk graf.
Herefter kunne jeg kun, se de røde punkter, som ses på grafen. Som jeg nævnte i teoridelen var
absorptionsloven for gammastråling:
0
()
x
I x I e
−
=
For at vise dette skulle grafen være eksponentiel aftagende. For at lave sådan et curve fit i
LoggerPro skal man lave et ”curvefit” på grafen. Her er det vigtig at benævne at ”curvefitet”, skal
være indtastes, som følgende i LoggerPro:
exp( )y b c x= −
Dernæst aflæste jeg vores c som ses på grafen til at være: 0,06510, som er halveringskonstanten.
Med andre ord kan man også sige at det er den lineære absorptionskoefficient.
Bestemmelse af halveringstykkelsen:
Da jeg i forrige afsnit bestemte halveringskonstanten som var 0,06510, kan jeg altså bestemme
halveringstykkelsen ved at sige:
1/2
ln(2) ln(2)
10,65
0,06510
x cm
= = =
Det vil altså sige hvis strålingen går igennem 10,65 cm vand vil strålingen blive halveret. Sagt med
andre ord hvis vi har et menneske og man modtager denne stråling som Cs-137 kilden i dette
forsøg udsender, vil strålingen blive halveret efter den er gået 10,65 cm igennem et menneske.
Studieretningsprojekt: Manhattan Projektet og bomberne over Japan
Side 21 af 37
Via grafen i kernefysik side 31, kan man bestemme halveringstykkelsen for gammastråling i vand
ved hjælp aflæsning fra en graf
30
. Jeg ved at energien af en gammafoton fra Cs-137 er på 0,66
MeV. Dette kan man finde ud af på to måder. Da jeg stillede forsøget op, brugte jeg som benævnt
kilden Cs-137, hvis du kigger på den står der at dens energi er på 0,66MeV.
Den anden måde vi kan finde ud af det på er at Cæsium henfalder ved betastråling enten til en
exciteret Barium (Ba
*
) eller direkte til Barium i grundtilstanden. Det er imidlertid gamma-henfaldet
fra den exciterede Barium vi måler i dette forsøg. Vi ser altså at gammafotonen har en energi på
0,66MeV
31
.
Via grafen for halveringstykkelsen for gammastråling i vand med energien 660KeV kan jeg
konkludere at den er 8,5cm
32
. Det vil altså sige at det er en form for tabelværdi for
halveringstykkelse af gammastråling i vand, med den radioaktive isotop Cs-137. Procentafvigelsen
bliver derfor:
10,65 8,5
100 25%
8,5
cm cm
cm
−
Dette er dog umiddelbart ret højt, men stadig en acceptabel værdi. Jeg vil senere komme ind på
fejlkilderne omkring dette. Tallet 25% virker måske også ret højt, det skyldes at tallet 8,5 ikke er
særlig højt og af denne grund skal man ikke ligge meget til før man stiger i procent afvigelsen.
Man kan med andre ord sige som følge af atombombe sprængning vil den radioaktive isotop Cs-
137 fremkomme. Gammastrålingen som Cs-137 udsender, vil blive halveret når den er gået
igennem 8,5 cm i et menneske.
Endvidere kan jeg nu konkludere på baggrund af min antagelser og at der kun er tale om at
forsøgsværdien 10,65cm, hvor tabelværdien er 8,5cm har en afvigelse på 25%. Ud fra dette og de
andre antagelser kan jeg konkludere, at det korrigerede tælletal aftager eksponentielt med
vandtykkelsen. Altså er der tale om en eksponentiel aftagende funktion som er i
overensstemmelse med absorptionsloven for gammastråling:
0
()
x
I x I e
−
=
.
Af forsøget kan vi også sige at der tale om en comptonspredning
33
.
En radioaktiv kernes henfald, er et tilfældigt henfald. Det vil sige at det er umuligt at forudsige
hvilke kerner der er den næste til at henfalde. Selvom det er umuligt at forudsige hvilke kerner der
30
http://matematikfysik.dk/fys/noter_tillaeg/note_kernefysik.pdf. side 31. For at se hvordan jeg gjort det, se under
bilag: halveringstykkelsen for vand.
31
Se hvordan processen foregår under bilag: energi niveauer:
32
Hvordan jeg har gjort dette kan du se under bilag: halveringstykkelsen.
33
Min argumentation for at der tale om dette, finder du under bilag: hvilken type absorption er der tale om.
Studieretningsprojekt: Manhattan Projektet og bomberne over Japan
Side 22 af 37
henfalder næste gang, er det stadig et system i henfaldene. Dette er bl.a. en af grundene til at
antallet af tællingerne i forsøget ikke ligger på en perfekt linje – punkterne ”hopper og danser
lidt”.
Kort skitsering af mulige fejlkilder: Der tages i forsøget ikke højde for luftens absorption af den
ioniserende stråling. Desuden er der altid en vis usikkerhed ved arbejde med radioaktive kilder,
som henfalder i tilfældige intervaller. Selvom vi har taget vores forholdsregler ved at korrigere for
baggrundsstråling og tage gennemsnittet af disse målinger, viser tælletallene stadig en vis
variation. Derudover kan jeg heller ikke vide hvor gamle kilderne med Cs-137 var i forsøget. Hvis
de har ligget i 30 år vil strålingen som den udsender være halveret pga. af halveringstiden. Vi
antager dog at den ikke har det.
Beregninger med dosimetri i forsøget
Kilden Cs-137 har en aktivitet på
370.000A Bq=
34
. Jeg antager derudover at personen vejer 78 kg,
og kilden er placeret på personens mave i et døgn. Hvor stor en absorberet dosis vil personen her
modtage? Og hvor stor er dosisækvivalenten?
Den måde kilden er placeret på personen kan du se på dette billede, som jeg har tegnet i paint:
Ud fra billedet kan man se at strålingerne fra Cs-137 isotopen, vil gå ud i alle retninger. Derudover
ser vi at halvdelen af strålingen ikke rammer personen. Men hvad så med den sidste halvdel? Den
sidste halvdel vil 100% strålingen blive absorberet i personens krop. Det skyldes at Cs-137 har en
halveringstykkelse på 8,5 cm, så betyder det at strålingen vil blive halveret efter 8,5 cm. Med
andre ord vil det betyde at strålingen vil blive halveret så mange gange at den ikke når at gå
igennem personens krop, derved antager vi at 100% bliver absorberet personens krop.
Der er dog en fejlkilde ved det her, fordi noget af gammastrålingen slipper igennem personen,
men dette tager jeg ikke højde for, fordi det vil være umuligt for mig at regne ud.
Vi ved at Cs-137 har en gammaenergi på 0,66MeV dvs. 660KeV. Halveringstiden for Cs-137 er på
30 år og af den grund antager vi at aktiviteten for Cs-137 er konstant. Samtidig ved vi aktiviteten er
370.000Bq da det står på vores skole kilde for Cs-137. Den kilde jeg brugte i forsøget. Der
henfalder altså 370.000Bq kerner pr.sek. Vi antager altså kildens aktivitet er konstant lig med
370.000Bq
på et døgn. Samtidig ved vi at halvdelen af disse kerner rammer personen, og den
sidste halvdel rammer ikke, altså skal det deles med to:
34
Dette kunne jeg aflæse på kilden i forsøget
Studieretningsprojekt: Manhattan Projektet og bomberne over Japan
Side 23 af 37
370.000
185000
2
Bq=
Det vil sige kilden konstant i et døgn udsender
185.000
gamma-kvanter hvert sekund. Vi ved at der
på en time går 3600 sekunder, på et døgn går der altså:
400sek=
. Det vil sige der
udsendes:
000000sek=
gammakvanter pr.døgn.
Jeg kan nu regne antallet af y-kvanter der rammer og absorberes i personen idet jeg ved at de
000
gammakvanter bliver 100% absorberet.
4000000=
gammakvanter.
idet jeg ved at:
19
1 1,602 10eV J
−
=
bliver energien af hvert gamma-kvant:
19 13
0 1,602 10 1,057 10keV eV J J
−−
= =
Energien af alle y-kvanter som absorberes, finder vi ved at gange antallet af absorberede kvanter
med energien af 1 kvant:
13
000 1,057 10 0,00169JJ
−
=
Det vil altså sige at der bliver absorberet 0,00169 J pr.dag i personens krop.
Da jeg som før benævnt skrev at personens vægt var 78 kg kan jeg nu sige:
0,00169
0,000022 0,022
78
abs
E
J
D Gy mGy
m kg
= = = =
Kvalitetsfaktoren for gammastråling er 1, der bliver dosisækvivalentet:
1 0,022 0,022H Q D mGy mSv= = =
Den tilladte dosis i året er 5mSv
35
. Det vil sige de strålinger, som Cs-137 vil forårsage
dosisækvivalenten en dag vil være: 0,022mSv. På et år vil dosissen altså være 8,03mSv. Det vil sige
at man overskrider den tilladte dosis, så fremt man har kilden på maven et helt år. Derudover ved
jeg at når Cs-17 har en halveringstid på 30 år, dvs. efter 30 år er kildens aktivitet halveret. Hvis vi
antager at kilden har lagt siden 1977, kan man ved hjælp af henfaldsloven bestemme hvor meget
35
http://matematikfysik.dk/fys/noter_tillaeg/note_the_manhattan_project_og_atombomben.pdf side 22.
Studieretningsprojekt: Manhattan Projektet og bomberne over Japan
Side 24 af 37
der er tilbage af en kilde efter tiden t. Det vil sige så er aktiviteten da kilden har lagt fra 1977-
2010=33 år:
9
33 1,041410
8
30 9,567110
1/2
5
0
11
370.000 1,7261 10
22
år s
år s
t
T
N N Bq
=
=
= = =
Dette giver klart et billede af hvis kilden har lagt i så lang tid vil aktiviteten være halveret, altså
være faldet til 172.610Bq fra 370.000Bq. Vi har dog i forsøget antaget at kilden er helt ny. Så det
vil sige der altså er en fejlkilde ved at vi ikke ved hvor lang tid kilden har lagt på skolen, da
aktiviteten af den grund så kan være faldet.
Vi antager nu at kilden ikke ligger på ens mave, men der er en 15 cm betonmur imellem personen
og kilden. Hvor meget vil strålingen så blive reduceret?
Startintensiteten behøver vi ikke bruge for at besvare dette. Vi kalder blot startintensiteten for
100%. Halveringstykkelsen for en betonmur med energien 660 er 4 cm. Vi kan nu sige:
1/2
15 15
44
0
1 1 1
( ) (15) 100% 100 7,43%
2 2 2
x
x
I x I I= = = =
Dvs. at strålingen bliver reduceret til 7,43% og dermed reduceret med 100%-7,43=92,55% hvis du
befinder dig bag en 15 cm beton mur.
Det vil sige at hvis der en 15cm betonmur mellem personen og den radioaktive kilde Cs-137, vil
strålingen blive reduceret med 7,43%.
Det er faktisk ikke meget af strålingen der bliver reduceret, hvis du tager forbehold for at du er bag
en 15 cm beton mur. Det kan endvidere give et større indtryk af hvor farlig gammastrålinger er.
Jeg vil nu prøve at se hvad der sker hvis vi ændrer aktiviteten til end højere værdi end den værdi vi
brugte i forsøget.
Hvis Cs-137 har aktiviteten
7
0
8,5 10A Bq=
, vil strålingsdosen være høj se blot her:
7
7
7 19
8,5 10
4,25 10
2
( 24 3600 4,25 10 ) 660000 1,602 10 0,38813
0,38813
0,004976 4,976
78
1 4,976 4,976
abs
Bq
Bq
Bq eV J J
E
J
D Gy mGy
m kg
H Q D mGy mSv
−
=
=
= = = =
= = =
Studieretningsprojekt: Manhattan Projektet og bomberne over Japan
Side 25 af 37
Dette giver klart et billede af at nu højere aktiviteten er, jo mere dosis vil blive absorberet i
personens krop pr. dag. Da man allerede på en dag, har opnået den dosisækvivalent man må have
på et helt år. Dette giver et godt indtryk af hvor farlige strålingerne er, som den radioaktive isotop
Cs-137 udsender. Disse strålinger er farlige for mennesker da det kan medføre strålingssyge og i
værste tilfælde kræft.
Cs-137 har en så lang halveringstid, at den stadig vil være farlig i området i mange år efter
atombomben er eksploderet, da den har en halveringstid på 30 år.
Med andre ord kan man sige at nu større isotopens aktivitet er, jo større mængder stråling bliver
der udsendt. I det kommende afsnit vil jeg se nærmere på hvad sådanne strålinger kan få af
konsekvenser for bl.a. dem som befandt sig i byerne Nagasaki og Hiroshima.
Strålingens skadelighed:
Strålingerne efter en atombombe er eksploderet, kan medføre skader op til 20-50 år efter
36
. Man
ved ikke hvilke mekanismerne der virker, eller ikke virker, men man kan konstatere at der er en
forøget risiko for kræft. Hvis man vil undersøge en befolkningsgruppe der har været udsat for en
stråling, og som altså har en forøget risiko for kræftsygdomme, foretager man statistisk
undersøgelse
37
.
En undersøgelse af 283.500 mennesker viser at dem som befandt sig i Nagasaki og Hiroshima da
atombomben faldt i 1945, havde man forventet at der ville være 196 tilfælde af leukæmi, men det
faktiske tal var 387 mennesker. Hvilket vil sige at der var mange flere der døde af leukæmi end
man havde forventet
38
.
Derudover havde man forventet at 10.085 vil blive ramt af cancer, men resultatet blev at 10.421
fik cancer, som følge at strålingerne efter atombomben.
Når vi læser beregninger om hvor mange mennesker der vil dø af kræft hvis en atombombe
springer, kræver det kendskab til sammenhængen mellem graden af bestråling og
sygdomsrisikoen. For store stråledoser kender man sammenhængen ret nøjagtigt, bl.a. ud fra
undersøgelserne omkring Hiroshima og Nagasaki. For små og mellemstore doser er
undersøgelserne meget upræcise og man kender ikke en sammenhæng mellem dosis og risiko.
Graferne for hvordan Cancer risikoen er ved lave doser kan ses under bilag: ”cancer risiko”.
På dette billede ses cancerrisiko i afhængighed af dosis.
36
Disse kaldes stokatiske skader.
37
For at denne undersøgelse skal give så sikre resultater som muligt, skal gruppen være meget stor eller den skal have
været udsat for meget store strålingsdoser.
38
Tallene taget fra: fysik for 2.g Esper Fogh og Knud Erik Nielsen. Side 109.
Studieretningsprojekt: Manhattan Projektet og bomberne over Japan
Side 26 af 37
Som regel bruger vi den lineære risikomodel. Man
antager at grafen her er lineær hele vejen. Endvidere
antager man også at risikoen er uafhængig af det
tidsrum, hvori strålingen modtages. Det kan give os
følgende model:
% 5% /Cancer risikoi Sv H=
Jeg kan nu beregne cancer risikoen for mit forsøg med den kilde jeg brugte og med den anden
hvor jeg ændrede aktiviteten til
7
0
8,5 10A Bq=
. Jeg tager udgangspunkt i byen Hiroshima.
Indbyggertallet i Hiroshima er 1.126.282
39
, det skal her siges jeg tager udgangspunkt i
indbyggertallet i dag og ikke som det var dengang. Jeg fandt ud af med skolekilden Cs-137 blev
dosisækvivalenten på en dag:
0,022mSv
. Derudover tager jeg højde for at gennemsnitsvægten for
alle indbyggerne er på 78 kg. For at gøre dette lettere kan vi antage at hvis alle de 1.126.282
indbygger, har en sådan kilde placeret på maven en dag, og har dosisækvivalent
0,022mSv
, kan vi
bruge risikomodellen ovenfor til at bestemme hvor mange af indbyggerne der vil få dødelig kræft
som følge af bestrålingen:
% 5% /
5% / 0,000022
0,00011%
Cancer risikoi Sv H
Sv Sv
=
=
=
For hver person er der altså en sandsynlighed på 0,00011% for at dødelig cancer på grund af
bestrålingen. Da der er tale om 1.126.282 personer bliver det forventede dødstal:
,00011% 124 .personer personer pr dag=
Det vil sige hvis alle indbyggerne har anbragt kilden Cs-137 på maven en hel dag, vil 124 af dem få
dødelig cancer.
39
Taget fra: http://da.wikipedia.org/wiki/Hiroshima
Figur 5: Grafen over den linæere risikomodel
Studieretningsprojekt: Manhattan Projektet og bomberne over Japan
Side 27 af 37
Hvorimod hvis Cs-137 har aktiviteten:
7
0
8,5 10A Bq=
vil det blive:
5% / 0,004976 0,02488%
,02488% 28022 .
Sv Sv
personer personer pr dag
=
=
Dette er meget større end den anden, dette skyldes at aktiviteten her er noget højere. Her kan vi
se at 28.022 personer pr. dag vil få dødelig cancer.
Disse beregninger giver endvidere et indtryk af hvor farlig Cs-137’s strålinger er, når de bliver
dannet ved atombombens eksplosion. Atombomben medfører ikke kun til den radioaktive isotop
Cs-137, men også andre radioaktive isotoper. Jeg har blot beskæftiget mig med en af dem. Jeg kan
konstatere at denne isotop og dens strålinger og specielt, gammastrålingen er meget farlige og
risikoen for at få dødelig cancer er stor. Hvis alle indbyggere i Hiroshima var i nærheden af denne
isotop i en hel dag og med den aktivitet som det var i forsøget ville 124 personer få dødelig cancer.
Ved det ændrede aktivitet ville 28.022 personer få dødelig chancer. Disse beregninger giver
endvidere et meget godt indtryk af hvor stor risiko der for at få dødelig kraft, som følge af
bestrålingen fra Cs-137, den må antages for at være høj.
Hvis man tager højde for alle de andre isotoper og radioaktive stoffer i området efter en
atombombe sprængning som dengang da man smed bomberne over Nagasaki og Hiroshima, vil
man hurtigt finde ud af at 10.041 ville få dødelig cancer som følge at atombombens radioaktive
strålinger.
Hvad kan man gøre for at forhindre/mindske bestrålingen:
I dette afsnit skal vi kiggere nærmere på, hvad man i realiteten kan gøre for at undgå skaderne fra
en atombombe. Herunder også hvad menneskerne kunne have gjort i Nagasaki og Hiroshima.
Der er tre vigtige forholdsregler når man snakker om radioaktivt dette er: afstand, tid og
afskærmning.
Afstand:
- Hold afstand til den radioaktive kilder.
Tid:
- Hvis aktiviteten er konstant, så er den modtagne dosis proportional med tiden, man er
udsat for strålingen. Begræns derfor tiden.
Afskærmning:
- Afskærmning kan kraftig reducere den modtagne stråling.
Man skal passe meget på med ikke at spise eller på nogen anden måde indtage radioaktive stoffer.
Fordi det er sværere at gardere sig mod indre stråling. Her kan man være nødsaget til at vente på
Studieretningsprojekt: Manhattan Projektet og bomberne over Japan
Side 28 af 37
en biologisk udskillelse eller vente på at alle de radioaktive kerner er henfaldet. Ved lave
strålingsdoser mærker personen ikke noget. Risikoen for at få kræft på et senere tidspunkt er dog
øget.
Ved lave strålingsdoser mærker personen ikke noget. Risikoen for at få kræft på et senere
tidspunkt er øget. Det er imidlertidig meget svært at forudsige hvor stor sandsynligheden for
cancer er.
Akut strålesyge opstår ved en kortvarig og stor ækvivalentdosis på 1sV=1000mSv. Det er især de
bloddannede organer og tarmenes slimhinder, som skades. Efter få timer bliver den ramte dårlig
med kvalme og opkastninger. Dagen efter føler han sig rask igen, men bliver syg igen efter 2-3
uger. Antallet af blodlegemer er faldet stærkt og kroppens modstandskraft mod infektioner er
nedsat. Personen bliver dog normalt rask igen efter nogen tid. Ved 3 Sv dør halvdelen efter
yderligere et par uger. Ved 5Sv dør næsten alle.
Samlet konklusion
I denne opgave har jeg fundet ud af en del ting. Jeg har fundet ud af at de første initiativtagere til
Manhattan Projektet var Einstein og Leo Szilard. De ønskede ikke at Tyskland skulle komme først
med en atombombe, og de blev dømt af nazisterne til at lave jødisk fysik og derfor flygtede de til
USA. Her gik de sammen om at skrive et brev til USA’s præsident om at de skulle starte et projekt,
således at man kunne forhindre Tyskland i at være de første, der kom i besiddelse af sådan et
våben. Roosevelt svarede at interessen var stor, men at projektet ikke var troværdigt nok. Efter
angrebet på Pearl Harbor, fandt England og USA ud af at de skulle indgå i atombombe projektet,
nemlig Manhattan Projektet. Derved fik Einstein sit ønske opfyldt. Projektet skulle have hjemplads
i USA, og det var netop af disse grunde at samtlige af verdens fysikere på dette tidspunkt var
samlet i USA. Niels Bohr samt en del andre fysikere fik et andet syn på Manhattan Projektet. Da
man ved begyndelse anså en mulighed for at forskere kunne skabe noget ny videnskab. Senere
skulle det vise sig at projektet eneste formål var at holde opdagelserne lukket for omverdenen og
sikre sejren i kapløbet mod Tyskland og Japan. Efter et stykke tid i Manhattan Projektet gik det op
for mange at atombomben som de havde arbejdet på i havde fået et symbol på magt og var derfor
en stor trussel for andre nationer. Herved opfordrede en del forskere til at man skulle stoppe
fremstillingen af atombomben, da man kunne se de voldsomme konsekvenser det ville have den
blev brugt. Politikkerne og militæret ville ikke stoppe Projektet. Derfor gik Franck Komiteen i en
demonstration mod at man ikke skulle bruge bomben over Japan. Ledelsen valgte ikke at følge
Franck komiteens råd. Derved fik videnskabsmændene ingen indflydelse på spørgsmålet omkring
brug af atombomben. Dette betød at holdningerne til atombomben var delt. På den ene side stod
politikkerne og militæret og på den anden side stod forskerne.
Efter USA havde fået genopbygget sin flåde efter angrebet på Pearl Harbor trådte de for alvor ind i
krigen. Derefter vandt amerikanerne efter mange hårde kampe den ene efter den anden af
Studieretningsprojekt: Manhattan Projektet og bomberne over Japan
Side 29 af 37
Stillehavsøerne tilbage, indtil de i foråret 1945 stod over for at skulle invadere selve Japan. Da man
vidste at en invasion ville koste utallige menneske liv heriblandt især de amerikanske soldater,
valgte den amerikanske præsident i august 1945 at smide bomberne over Nagasaki og Hiroshima.
Hvorefter Japan kapitulerede d. 15 august 1945.
De efterfølgende konsekvenser for USA’s udenrigspolitik, var at USA tog to markante initiativer,
nemlig Truman-doktrinen ved at støtte det frie folk. Herunder en kæmpe sum penge til
Grækenland og Tyrkiet da man frygtede de ville gå over til et kommunistisk styre. Derudover var
Europa i en økonomisk krise, for at sikre USA ikke kom i en økonomisk krise, gav man en
hjælpepakke til de europæiske lande som en økonomisk hjælp. Kravet var blot af de fik et
demokratisk styre og blev liberale. Samtidig med at en brøkdel af den sum penge de fik, skulle gå
til at købe vare for i USA. Det var dette der blev kaldt Marshallplanen.
Endvidere fandt jeg ud af at de fysiske principper bag en atombombe var fissionsprocesserne og
kædereaktionerne. Kædereaktioner og fissionsprocesserne er altså med til at skabe den
voldsomme eksplosion som sker ved en atombombe sprængning. Samt dette fandt jeg også ud at
man kunne løse problemet med at få en kædereaktion til at forløbe ved at anvende en moderator
i forbindelse med naturligt uran, eller hvis man beriger uranen, altså man forøger den procentvise
andel af U-235, der forekommer i naturligt uran.
Forsøget jeg lavede forløb rigtig godt og fandt ud af at halveringstykkelsen for gammastråling i
vand i mit forsøg var 10,65cm. Hvilket havde en procentafgivelse på 25% fra det oprindelige
8,5cm. Endvidere fortæller dette at når gammastrålingen fra Cs-137 er passeret 10,65cm eller helt
præcist 8,5 cm igennem et menneske vil strålingen være halveret. Samtidig kunne jeg konkludere
at der var tale om en eksponentiel aftagende funktion, som var i overensstemmelse med
absorptionsloven for gammastråling.
Til sidst fandt jeg ud af efter beregninger med dosimetri at dosisækvivalent pr. dag var 0,022 mSv,
med kilden Cs-137 hvor aktiviteten er 370.000Bq. Hvis man har kilden anbragt på maven en hel
dag. Ved den ændrede aktivitet var det noget højere 4,9 mSv. Den tilladte dosis i året er 5 mSv. Jeg
kan konkludere at de 0,022 mSv ikke er meget i forhold til de 4,9 mSv. Det vil sige jo højere
aktiviteten er jo mere stråling absorberes der i ens krop. Derudover fandt jeg ud af at strålingen
ville blive reduceret med næsten 8% hvis der var 15cm mellem dig og den anbragte kilde Cs-137.
Det næste jeg gjorde var at jeg tog indbygger tallet i Hiroshima som det er i dag, og antog at de
havde en gennemsnitsvægt på 78 kg, samt at de alle sammen havde anbragt kilden på maven en
hel dag. Ved disse antagelser kunne jeg ved hjælp af risiko modellen beregne hvor mange der som
følge af bestrålingen ville få dødelig cancer. Det var 124 personer ud af 1.126.282 personer der
ville få dødelig cancer når dosisækvivalent pr. dag er 0,022mSv. Ved den højere aktivitet var det
28.022 personer der ville få dødelig cancer. Jeg kan derfor konkludere at den stråling som kilden
Cs-137 udsender, vil medføre en mellemstor risiko for at få kræft.
Studieretningsprojekt: Manhattan Projektet og bomberne over Japan
Side 30 af 37
I opgaven har jeg altså kun taget højde for en af de mange radioaktive isotoper som i området
efter en atombombe er sprunget. Dette giver endvidere et godt indtryk af hvor farlig
bestrålingerne er for os mennesker, efter en atombombe eksploderet. Da det også er andre
radioaktive isotoper end Cs-137 der vil medføre til bestråling. Det allersidste jeg fandt ud var at
man kunne forhindre noget at strålingen ved: tiden, afstanden og afskærmning til den radioaktive
kilde.
Efter jeg har fuldført mit arbejde omkring denne opgave, kan jeg perspektivere til AT-forløbet den
kolde krig. Her arbejdede jeg bl.a. i kort omfang med Marshallplanen og hvad den kolde krig betød
for den globale verden. Jeg kan derudover også perspektivere til AT-forløbet ”Tro og Viden” her
arbejdede jeg bl.a. med omvæltninger inde for fysikken da man fik nogle nye erkendelser,
herunder Einsteins erkendelser, som man benyttede sig af under arbejdet i Manhattan Projektet.
Litteraturliste:
I forbindelse med historie delen har jeg brugt følgende bøger:
1. Ole Karup Pedersen: Krig og fred i verden fra 1945 til i dag. Munksgaard forlaget 1986 1.
udgave.
2. Ulrik Grubb, Knud Helles og Bente Thomsen: Overblik, verdenshistorien i korte træk.
Gyldendal Forlag 2008: 1 udgave, 6 oplag.
3. John Svendsen og Leif Vangdrup: USA, samfund og ressourcer i politisk perspektiv.
Munksgaard forlaget 1989.
4. Ole Helmer Jensen: Den anden verdenskrig – fra begyndelsen til enden. Munksgaard
forlaget 1990.
5. Erling Bjøl: Politikens USA historie. Politikens forlag 1988.
Fysik:
1. Morten Brydensholt, Tommy Gjøe, Claus Jessen, Ole Keller, Jan Møller og Jens Vaaben:
Orbit C og Orbit BA. Systime forlag og
2. Esper Fogh og Knud Erik Nielsen: Fysik for 2.G. Forlag HAX-DATA 2 udgave, 2 oplag 1995.
3. Erik Strandgård Andersen, Paul Jespersgaard og Ove G. Østergaard: Databog, i fysik og
kemi. F og K forlaget 11 udgave, 3 oplag 2009.
4. Fysik i Overblik: Kompendium i fysik. Fysikforlaget 2009.
Bøger brugt i begge fag:
1. Claus Christensen og Torsten Meyer: Manhattan Projektet, da videnskaben mistede
uskylden .Munksgaard forlag 1994: 1, udgave, 6 oplag.
Studieretningsprojekt: Manhattan Projektet og bomberne over Japan
Side 31 af 37
Figurer jeg har brugt i selve brødteksten er taget:
Figur 1: billede taget fra: http://www.google.dk/images?q=manhattan%20projektet&um=1&ie=UTF-
8&source=og&sa=N&hl=da&tab=wi&biw=1280&bih=699
Figur 2: billede taget fra: http://www.google.dk/images?q=truman&um=1&ie=UTF-
8&source=og&sa=N&hl=da&tab=wi&biw=1280&bih=663
Figur 3: billede taget fra: http://www.google.dk/images?hl=da&q=George%20Marshall&um=1&ie=UTF-
8&source=og&sa=N&tab=wi&biw=1280&bih=663
Figur 4: Lavet i LopperPro.
Figur 5: Figur Taget fra bogen: fysik for 2.g Esper Fogh og Knud Erik Nielsen. Side 111.
Bilag:
Hvor jeg har taget billederne fra i disse bilag, kan du se under slutnote.
Fission
i
:
Gammastrålingen
ii
:
Studieretningsprojekt: Manhattan Projektet og bomberne over Japan
Side 32 af 37
De tre processer af
absorption for
gammastråling
iii
:
Energi niveaur
iv
:
Studieretningsprojekt: Manhattan Projektet og bomberne over Japan
Side 33 af 37
Billedet af forsøget
v
:
Halveringstykkelsen for
gammastrålingen i
vand
vi
:
Hvilken type absorption
er der tale om
vii
:
Cancerisiko
viii
:
Lille risiko ved lave doser:
Studieretningsprojekt: Manhattan Projektet og bomberne over Japan
Side 34 af 37
Stor risiko ved lave doser:
Graf skema:
Målte baggrundsstrålingen 6 gange og tog gennemsnittet af det.
Baggrundstråling: (69+77+71+75+56+88)/3 = 73
Vandtykkelse i cm
Tælletal
Korrigeret tælletal.
1
1146
1073
2
1023
950
3
885
812
4
893
820
5
786
713
6
714
641
7
732
659
8
628
555
9
663
590
10
582
509
Studieretningsprojekt: Manhattan Projektet og bomberne over Japan
Side 35 af 37
11
555
482
12
580
507
13
516
443
14
529
456
15
582
409
16
486
413
17
438
365
18
413
340
19
414
341
20
366
293
21
328
255
Kvalitetsfaktor:
Strålingens art
Kvalitetsfaktor Q
Alfa
20
Neutron
10
Beta, gamma og røntgen
1
Studieretningsprojekt: Manhattan Projektet og bomberne over Japan
Side 36 af 37
Har brugt følgende internetsider:
Marshallplanen:
- http://da.wikipedia.org/wiki/Marshallplanen
Trumandok-trinen:
- http://da.wikipedia.org/wiki/Trumandoktrinen
I marshallplanen og truman-doktrinen brugte jeg et dokument, dette dokument ligger inde på Lectio, under
historie og så truman-doktrinen og marshallplanen.pdf.
Niels Bohrs åbne brev:
- http://www.nba.nbi.dk/files/gym/aabentbrev.pdf
Bomberne over Nagaski og Hiroshima:
- http://da.wikipedia.org/wiki/Atombomberne_over_Hiroshima_og_Nagasaki
Manhattan Projektet:
- http://en.wikipedia.org/wiki/Manhattan_Project
Atombombens opbygning:
- http://da.wikipedia.org/wiki/Kernev%C3%A5ben
- http://da.wikipedia.org/wiki/Fission
- http://da.wikipedia.org/wiki/Fusion
- http://da.wikipedia.org/wiki/Albert_Einstein
- Engelsk: http://en.wikipedia.org/wiki/Albert_Einstein
- http://da.wikipedia.org/wiki/K%C3%A6dereaktion
- http://www.denstoredanske.dk/It,_teknik_og_naturvidenskab/Elektricitet/Kernekraft_og_kernetek
nik/berigning
I forbindelse med forsøget og dosimetri:
- http://www2.bio.ku.dk/isotopkursus/Emne/Detaljer/Helsefysik/dosimetri.shtml
- Helsefysik:
http://www.denstoredanske.dk/Krop,_psyke_og_sundhed/Sundhedsvidenskab/Klinisk_fysiologi_o
g_nuklearmedicin/helsefysik
Studieretningsprojekt: Manhattan Projektet og bomberne over Japan
Side 37 af 37
- http://da.wikipedia.org/wiki/Radioaktivitet
- http://www.akraft.dk/radioakt.htm
- http://www.nbi.ku.dk/spoerg_om_fysik/fysik/absorption/
Billederne i bilaget har jeg taget fra:
i
Taget fra http://www.google.dk/imgres?imgurl=http://www.knutsford-
scibar.co.uk/webimages/fission.jpg&imgrefurl=http://www.knutsford-
scibar.co.uk/SciBAr%2520Archive&usg=__qt7n7rXu0J6w6QOFiyRyn-
Y5JgA=&h=799&w=1400&sz=233&hl=da&start=0&zoom=1&tbnid=D2SwPtM560yGLM:&tbnh=96&tbnw=169&prev=/i
mages%3Fq%3Dfission%26um%3D1%26hl%3Dda%26sa%3DN%26biw%3D1280%26bih%3D663%26tbs%3Disch:1&um=
1&itbs=1&iact=hc&vpx=466&vpy=81&dur=2002&hovh=169&hovw=297&tx=141&ty=114&ei=jpsLTdj_I4Gt8gP35IjCDQ
&oei=jpsLTdj_I4Gt8gP35IjCDQ&esq=1&page=1&ndsp=27&ved=1t:429,r:2,s:0
ii
Taget fra http://www.google.dk/images?q=gammastr%C3%A5ling&um=1&ie=UTF-
8&source=og&sa=N&hl=da&tab=wi&biw=1280&bih=699
iii
Figur Taget fra bogen: fysik for 2.g Esper Fogh og Knud Erik Nielsen. Side 101. side 111.
iv
Taget fra: http://matematikfysik.dk/fys/noter_tillaeg/note_kernefysik.pdf. Side 21.
v
Billede taget på tlf.
vi
Taget fra: http://matematikfysik.dk/fys/noter_tillaeg/note_kernefysik.pdf. Side 31
vii
Figur Taget fra bogen: fysik for 2.g Esper Fogh og Knud Erik Nielsen. Side 101.
viii
Figur Taget fra bogen: fysik for 2.g Esper Fogh og Knud Erik Nielsen. Side 101. side 111.