9. Atoombom, doden met één gram uranium

Op 6 augustus 1945 vloog de Enola Gay (type B-29 zware bommenwerper) over Hiroshima en liet een kernbom met een lengte van amper drie meter en een doorsnede van 70 cm vallen. De explosie verwoestte de hele stad in een paar seconden. 80 duizend mensen waren op slag dood; eind 1945 was het aantal doden opgelopen tot 140.000 en in de tientallen jaren daarna steeg het totale dodental naar 237.000. De wereld reageerde verbijsterd, niemand wist van het bestaan van zo’n allesvernietigend wapen. Minder bekend is de oorzaak van de enorme explosie: minder dan één gram massa werd in energie omgezet.


Het feit dat zo weinig zo verwoestend kan zijn wordt verklaard met de bekende formule van Einstein, E= mc2. Deze formule heeft praktisch een cultstatus verkregen. De inhoud is dan ook zeer opvallend. In woorden stelt de formule dat energie gelijk is aan massa maal de lichtsnelheid in het kwadraat. Massa en energie zijn dus eigenlijk hetzelfde. Omdat de lichtsnelheid heel groot is (300.000 km/s) komt weinig massa dus overeen met heel veel energie. Één gram massa staat gelijk aan de hoeveelheid energie die vrijkomt bij een explosie van 21,5 miljoen kilogram TNT. De bom op Hiroshima had een kracht van 15 miljoen kilogram TNT. Een enorm verschil in efficiëntie dus.

Er zijn twee manieren waarop een meetbare hoeveelheid massa in energie omgezet kan worden: kernfusie en kernsplijting. Kernfusie is het proces waardoor de zon licht geeft. Twee lichtere atoomkernen smelten samen en vormen één nieuw atoom. Een deel van de massa gaat verloren, althans die wordt in energie omgezet volgens E= mc2. Waterstofbommen, de meest verwoestende kernbommen ooit, werken op basis van kernfusie.

Bij kernsplijting gebeurt het tegenovergestelde, een zware atoomkern wordt gespleten in twee lichtere kernen. Bij elkaar opgeteld zijn die kernen minder zwaar dan het eerste atoom. Weer is er dus massa verdwenen en energie vrijgekomen. Splijten is het proces waarop de atoombom van Hiroshima gebaseerd was en waarop kerncentrales werken.

Een atoomkern is opgebouwd uit neutronen en protonen. Bij kernsplijting botst een neutron met de kern van een zwaar atoom, uranium of plutonium. De uraniumkern splitst in twee lichtere kernen en een paar neutronen, een klein deel van de massa wordt in energie omgezet. Als een van de neutronen vervolgens botst met een andere atoomkern zal deze weer splitsen in twee lichtere en zal er weer energie vrijkomen. Om dit tot een zichzelf versterkend proces te maken moet gemiddeld meer dan één neutron botsen met een volgende kern. Als een stuk uranium boven de zogeheten kritische massa is, een bol van 50 kilogram, zal de kettingreactie zichzelf versterken, en komt er binnen korte tijd heel veel energie vrij. De bom op Hiroshima werd tot ontploffing gebracht door simpelweg twee stukken uranium van 26 en 38 kilo tegen elkaar aan te schieten.

Voor kernreacties zoals hierboven beschreven is zeldzaam licht uranium nodig, dat in zeer kleine hoeveelheden in natuurlijk uraniumerts voorkomt. Praktisch alle technologie voor het maken van een splijtingsbom is gericht op het verkrijgen van dit lichte uranium. Met behulp van centrifuges wordt het zware van het lichte uranium gescheiden. De Pakistaanse atoomgeleerde Abdul Kahn wist ontwerpen van centrifuges te stelen van URENCO, een uranium verrijkingsbedrijf in Almelo. Aan hem heeft Pakistan de kennis en haar kernbom te danken.

Het idee dat massa in energie kan worden omgezet was natuurlijk sinds de publicatie van Einsteins formule, in 1905, bekend. Maar zelfs de grote geleerde zelf zag massa niet als een energiebron. Men dacht dat het meer energie zou kosten om een kern te splijten dan het op zou leveren.

Pas in 1939 opperde Leo Szilard het principe van de kettingreactie. De van Joodse afkomst Hongaarse natuurkundige was voor de Duitsers naar de VS gevlucht. Hij wist dat fysici in Duitsland(Meitner,Hahn en Strassman) ontdekt hadden dat uranium splitste in lichtere kernen als er neutronen op werden geschoten. Szilard besefte dat daarbij ook meer losse neutronen vrij komen en dat dit een kettingreactie zou kunnen veroorzaken. Hij was doodsbang dat het de nazi’s zou lukken om dit principe in een bom te gebruiken.

Szilard stuurde samen met Einstein een brief naar de toenmalige president van de Verenigde Staten, Franklin D. Roosevelt. Zij informeerden de president over het mogelijke gevaar en vroegen om financiële steun voor onderzoek naar een kernwapen. Roosevelt ondernam niet meteen actie. Maar uiteindelijk trok hij 2 miljard dollar (vergelijkbaar met 20 miljard dollar nu) uit voor het grootste wetenschappelijke project ooit; Het Manhattan project. 130 duizend mensen werkten eraan mee, onder wie 21 Nobelprijswinnaars! Overigens bleek na de capitulatie dat de Duitsers nooit dichtbij een operationele kernbom geweest zijn.

Vier jaar na de tweede wereldoorlog beschikten de Russen wel over een kernbom. Er volgde een wapenwedloop van onverwachte omvang. In totaal zijn er nu 30 duizend kernbommen op de wereld, 28 duizend zijn in het bezit van Amerika en Rusland samen. De rest is in handen van de zes andere staten die ondertussen kernwapens hebben. Vijftig bommen zijn overigens ‘kwijt’, het is onduidelijk of ze vernietigd of gestolen zijn, of dat men gewoon de tel kwijt is geraakt.

Er werd niet alleen een enorm aantal bommen geproduceerd, maar hun verwoestende kracht werd ook steeds groter. In 1961 explodeerde op Nova Zembla de grootste kernbom ooit, de Russische Tsar Bomba. Deze fusiebom was ruim 3500 keer sterker dan de bom op Hiroshima. De explosie veroorzaakte schade in een straal van honderden kilometers en de schokgolf in de atmosfeer is drie keer de aarde rondgegaan.

De escalerende wedloop kwam in 1968 tot een einde met het opstellen van het non-proliferatieverdrag, dat de verspreiding en groei van het aantal kernbommen over de wereld terug probeert te dringen. Overigens verbiedt het verdrag niet om kernproeven te doen: de landen met kennis van kernwapens willen hun nucleaire macht niet snel uit handen geven.

Niemand had de problemen voorzien die de ‘fall-out’, geeft, de radioactieve stofwolken die vrijkomen bij een kernexplosie. In 1954 was een waterstofbom getest op het Bikini eiland in de Stille Zuidzee (enkele dagen later werd op een modeshow de ons bekende bikini geïntroduceerd, het kledingstuk werd zo genoemd vanwege de verwoestende impact die het zou hebben). Het radioactieve stof dat bij deze explosie vrijkwam verspreidde zich door de wind over een ovaal gebied dat zich 500 kilometer over de zee uitstrekte. Het hele gebied werd daarmee onbegaanbaar. Tot op vandaag is niet echt onderzocht wat dit heeft betekend voor de huidige klimaatverandering.

Het was wel bekend dat radioactiviteit menselijk weefsel beschadigt. Maar door de twee kernbommen op Japan en de vele kernproeven die volgden werd pas echt duidelijk hoe gevaarlijk radioactieve straling kan zijn. Nog steeds is de bevolking in Hiroshima verminderd vruchtbaar.

Het gevaar van de atoombom en de escalerende wapenwedloop bracht al in 1955 een groep wetenschappers bij elkaar die fel tegen kernwapens waren. Zestien jaar nadat Einstein Roosevelt verzocht had een atoombom te bouwen, schreef hij samen met Bertrand Russell, Nobelprijswinnaar voor de literatuur, een manifest tegen het gebruik van kernwapens. Zij wezen op de allesvernietigende kracht van kernwapens. Een kernoorlog zou weleens het einde van de mensheid kunnen betekenen. In het manifest vroegen zij zich ook af wat de rol van de wetenschap in gewapende conflicten zou moeten zijn.

Het manifest leeft voort in de jaarlijkse Pugwash conferentie, die in 1995 werd bekroond met de Nobelprijs voor de vrede. Na al die Nobelprijswinnaars die de bom maakten en de tegenstanders die een ook met een Nobelprijs beloond werden, zijn er dus heel wat slimme mensen betrokken geweest bij de kernwapens.