原爆、核兵器に関する質問2点

Question

「原子爆弾のエネルギーは、原子が核分裂反応するときに放出するエネルギーである」ということですが、これ、一番最初に発見した人って、どうしてそれが分かったのでしょうか？
まさか、普通の理科の実験みたいに、
「ためしにやってみたら、本当にそうなった」
ってわけじゃないですよね。

それから先日、某映画の試写会に行きました。
原子力発電所のエネルギー源としての核燃料（ウランだかプルトニウムだか、どっちか忘れました）をタンカーで運んでいる最中にテロリストからシージャックされました。
積んである核燃料に向けて高温を発生させる巨大ロケットエンジンみたいなものを噴射して、核爆発を起こし、東京を滅亡させよう、という計画が行われましたが、警察などの活躍で、すんでのところで危機は回避されました、っていう映画なんですが、
「核燃料に高温のロケットエンジンの噴射を浴びせたら、核爆発が起こる」
って、実際にそうなんでしょうか？

check-svc · Accepted Answer

＞博士も助手も研究室も何もかも跡形もなく吹き飛んでしまい、周囲数十キロは死の街と化しました。
●ですから、ウラン２３５が高濃縮で、なおかつ一定の量が揃わないと核爆発しません。
核爆発と核分裂を混同しちゃダメです。
ウラン２３５は中性子をぶつけると核分裂しますが、これは爆発ではありません。

check-svc · Answer

アインシュタインが質量はエネルギーであるということを提唱したのです。
それに基づき、核分裂しやすい元素（ウラン２３５というウランの同位元素）で実験したところ、それが立証できたということ。

原子力発電の核燃料は濃縮率が５％程度（だったと思う）に対し、原子爆弾は９９％という高濃縮率の核燃料でないと核爆発という連鎖反応は起こせません。
原爆を作る技術というのは、まさにウランの濃縮技術にかかわってくるわけです。
つまり、原子力発電の核燃料では核爆発させることはできません。

銀鱗 · Answer

広島や長崎に投下された原子爆弾に積まれた同じ量のウランやらプルトニウムを使って実験するわけがない。
初期の実験というものは小規模で行うものだ。
水素の燃焼実験でドラム缶数本分を一瞬で燃やすヴァカはいないだろ。

核分裂は熱で促進できるが爆発には至らない。なにせ燃料が薄いからだ。
また爆発してもたかが知れている。燃料を包んでいる容器が爆発にいたるまでの高圧に耐えられず比較的低圧で容器が破損する。
熱するだけではせいぜいダーティボム（核物質散布による放射能汚染を目的とした爆弾）になるのが限界。
自分が知っているくらいだからここに書いても大丈夫だろうが、
核爆弾は核物質同士を勢いよくぶつけることで急激な核反応を起こさせ、発生する熱とそれに伴い発生する圧力を高圧容器に閉じ込め一気に開放することで周囲に熱と衝撃波を浴びせるものだ。

映画「ピースメーカー」で最後に核爆弾の時限装置を解除できなくて、
この勢いよくぶつけるための炸薬（プラスチック爆弾？）を詰めているシェルをこじ開けて炸薬の爆破を外に向け
核物質同士をぶつけないようにして回避するシーンがある。（これ、解説なしにこのシーンを見ただけで理解できる人って何人いるんだろうと疑問に思った。クライマックスだぞ、このシーン。）
こういった知識があるとちょっと楽しめる映画だ。
（そのほかスパイが使うハイテク機器…今ではすでにローテク…についても知っていると更に楽しめる）

hayasitti · Answer

＞「原子爆弾のエネルギーは、原子が核分裂反応するときに放出するエネルギーである」ということですが、これ、一番最初に発見した人って、どうしてそれが分かったのでしょうか？
＞まさか、普通の理科の実験みたいに、
＞ 「ためしにやってみたら、本当にそうなった」
＞ってわけじゃないですよね。
実験てのはとどのつまりは「ためしにやってみる」ことですよ。
もちろん、最初っから吹っ飛ばすような実験はしませんよ。
というより、研究者たちは、もともと原子爆弾を作ろうとしていたわけではなく、ウラン原子の特性について研究していたんですね。
そのときの研究では、少量のウランに中性子をぶつけて発生する物質やそのエネルギーを分析装置で観測して、理論と比較していたんです。
http://www.rist.or.jp/atomica/data/dat_detail.php?Title_Key=16-03-03-11
で、科学者たちは「ウランは中性子をぶつけると核分裂反応を起こす。これは莫大なエネルギーを放出する反応だ。」と知ったわけです。
そしてさらに「この現象（核分裂反応と連鎖反応）を爆弾、兵器に応用すれば恐ろしい威力を持つ兵器が出来るんじゃないか」と予測したんですね。
これが原子爆弾の発端なわけです。
（つまり、いきなり原子爆弾を作ろうとしていたわけではなく、核分裂反応を発見して、これを兵器に応用しようと考えたわけです。）

ちなみに、連鎖反応の実験も必要ですが、これも当然爆発が伴う実験なんかはやりません。
たとえば「ウランの金属管をつくって、その穴にウランの棒を落として、棒が穴を通り過ぎている一瞬だけ臨界量に到達するようにする」なんてやり方をしていたそうです。
これなら連鎖反応は極一瞬なので、金属管などの形を工夫すれば、爆発するだけのエネルギーは発生しません。

プルトニウムについてはもっと有名なものがあり、通称「デーモンコア」とよばれるプルトニウムの球状コアがありました。
これは単純に言うと「フタ（中性子反射材）をはずせば臨界しないが、フタをすれば臨界になる」というものでした。
実際に実験時の操作ミスで数名の研究者が命を落としています。（爆発はしていませんが、短期間に多量の中性子を浴びてしまい、急性放射線障害でなくなりました。）
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%87%E3%83%BC%E3%83%A2%E3%83%B3%E3%83%BB%E3%82%B3%E3%82%A2

＞積んである核燃料に向けて高温を発生させる巨大ロケットエンジンみたいなものを噴射して、核爆発を起こし、東京を滅亡させよう、という計画が行われましたが、警察などの活躍で、すんでのところ＞で危機は回避されました、っていう映画なんですが、
＞ 「核燃料に高温のロケットエンジンの噴射を浴びせたら、核爆発が起こる」
＞って、実際にそうなんでしょうか？
ロケットエンジンの熱であぶっても核爆発は起こせませんよ。
理由は二つ。

まず一つ目。原子力発電所の燃料は濃縮度の関係から、それだけでは不純物が多すぎて臨界反応は起こせません。
なので、そもそも原子力発電に使われる核燃料だけでは核爆発（核分裂の連鎖反応による爆発）は起こりえません。
原子炉という連鎖反応を発生させる装置に組み込まれて、初めて連鎖反応を起こせるのです。
（というより、自発的に連鎖反応を起こしてしまうようでは、危険すぎてとてもじゃないが扱えませんし、そんな危なっかしい設計なんかするわけがありません。）

二つ目。ロケットエンジンによる加熱はせいぜい数千℃～1万℃程度と予測されるので、核燃料を熱で融かすことは出来ると思いますが、核爆発とは関係がありません。
核爆発に必要な鍵は、連鎖反応にかかわる元素（ウランとかプルトニウムとかね）の量と純度・密度、そして核分裂反応を起こす引き金となる中性子です。
そして、数千度程度の温度では、これらが変化することはありません。

ただし、「融解させた核燃料をロケットエンジンとともに大爆発させて大気中に飛散させる」というならばテロとして脅威にはなるでしょう。
実際に概念としては存在しており、放射性物質を拡散させる爆弾、通称「汚い爆弾」といわれるものです。
ただ、繰り返しますが、これは従来の意味での核爆発（核分裂の連鎖反応による爆発）とは意味が違うものです。
放射能汚染を目的にしているものであって、爆発の物理的な威力自体は通常の爆弾と同程度です。

独歩 · Answer

下記の方々ほど知識はないですが、確か前にTVでウランの実験をしていた博士が爆発させたのではなくウラン自体でなんか実験してときに不手際で被爆してしまい助手に自分がどうなるかを記録させ威力がどれほどやばいか確認させたみたいのしてました

Walkure1500 · Answer

最初は理論の組み立てだけで手探りで実験製造されたと聞いてますが、

第一回の爆発実験はネバダの砂漠で挙行された、
名だたる映画俳優や映画監督、著名な実業家や政治家が招待されて、
よく冷えたビール・ワイン・バーボンを片手に花火見物を見るような感覚で、

距離が大きく取られて無かったようで、皆さん放射性チリを沢山浴びて目出度くご帰還になられたとか、
見事な爆発を褒め称えながら、

１０数年後辺りから公表はされてませんが歯が抜けるように続々と旅立たれたと聞き及んでます。

dpdr4 · Answer

https://ja.m.wikipedia.org/wiki/%E8%87%A8%E7%95%8C%E4%BA%8B%E6%95%85#/media/%D5%A1%A4%EB:Godiva-after-scrammed.jpg

上のページの写真で1954年の核分裂実験装置が載ってました。

専門家でもないので、分かりませんが、原子核は見えないのでごく微量のウランに中性子発生装置で中性子ビームでも照射させてエネルギーが出るならこれくらいでその分質量が減ったことを計測したのか、極々微量のエネルギーを測定したのか？

物理学の実験は、理論に基づく仮定からの推論で装置を準備して、失敗と理論の再構築を繰り返して来たような気がします。

cat-food · Answer

＞「ためしにやってみたら、本当にそうなった」わけじゃないですよね。
いいえ、実際にやってみたらそうなったんです。ただし、最初は非常に規模の小さな実験でしたから、試験管内の温度が少し上がっただけで、ドカンと爆発と言うほどじゃなかっただけです。それを最初にやったのはドイツ人でした。ウランに中性子をあててみたら核分裂を起こすことを発見したわけです。しかも、核分裂によって新たに２～３倍の中性子が作られることも発見しました。

ここからが理論物理学者の頭がいいところで、ではその新しく作り出された中性子をまたウランに当てたらどうなるかを考えたのです。そうすれば、またウランが核分裂をおこし、中性子を出し、その中性子がウランを核分裂させて中性子を出し…ということが永遠に続くはずだと考えたのです。

最初のドイツの実験ではウランが少なすぎて、中性子が逃げてしまっていたのです。物理学者が計算したところ、数キログラムの濃縮ウランを作れば、中性子が逃げるよりも核分裂に使われる方が多くなって、核分裂が次々に起こることになります（この量を臨界量といいます）。これが原子爆弾です。その理論に基づいてアメリカでは数キログラムの濃縮ウランを作る計画（マンハッタン計画）が進められ、最初の原爆は人の住まない砂漠の中で爆発させられました。

つまり核分裂は実験で確かめられましたが、原子爆弾は理論で考えられたのです。ですから、原子爆弾の発明者が爆弾で吹っ飛んだということはありません。

ちなみに原子爆弾を爆発させるのはある意味簡単です。臨界量以上の濃縮ウラン（あるいはプルトニウム）を集めれば、勝手に爆発するのです。逆に臨界量に達していなければ巨大ロケットエンジンで噴射しようがどうしようが爆発することはありません。かえって濃縮ウランがばらばらになって中性子が逃げてしまい、爆発を抑えることになるでしょう。

tknakamuri · Answer

核分裂の発見はハーンとマイトナーですね。
当時物質に中性子を当ててどうなるのかを試す実験が流行してました。
ハーンが実験を行ない、結果の解釈をハーンがマイトナーに頼み
マイトナーはそれが核分裂の結果であると結論付けました。

ハーンはこの功績によりノーベル化学賞を受賞しましたが
マイトナーはユダヤ人だったため、ナチスの圧力により
受賞を逃しました。

で、核分裂は一定の量の核燃料を一ヶ所集めるだけでおこります。
但し、爆発させるには核燃料全体で同時に核分裂が起こることが
必要で、均一に核分裂が起きなければ燃料が四散するだけです。

原爆の点火に爆縮を使うのはこのためです。
ロケットエンジンの噴射ではまるで上手く行かないでしょう。
しょせんフィクションです。

ryuitimotomura · Answer

回答は9件有るのでそれに譲りますが、シージャックでは無くハイジャックが正解です。
ハイジャック（Hijack）は、元来、乗物や運送中の貨物を強奪することで、1920年代
のアメリカで密造酒を輸送するトラックや船舶から積荷を強奪する行為を指す言葉でした。

原爆、核兵器に関する質問2点

アインシュタインが質量はエネルギーであるということを提唱したのです。

＞博士も助手も研究室も何もかも跡形もなく吹き飛んでしまい、周囲数十キロは死の街と化しました。

広島や長崎に投下された原子爆弾に積まれた同じ量のウランやらプルトニウムを使って実験するわけがない。

＞「原子爆弾のエネルギーは、原子が核分裂反応するときに放出するエネルギーである」ということですが、これ、一番最初に発見した人って、どうしてそれが分かったのでしょうか？

下記の方々ほど知識はないですが、確か前にTVでウランの実験をしていた博士が爆発させたのではなくウラン自体でなんか実験してときに不手

最初は理論の組み立てだけで手探りで実験製造されたと聞いてますが、

＞「ためしにやってみたら、本当にそうなった」わけじゃないですよね。

核分裂の発見はハーンとマイトナーですね。

回答は9件有るのでそれに譲りますが、シージャックでは無くハイジャックが正解です。

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