16 lipca 1945 r. W amerykańskiej bazie lotniczej w Nowym Meksyku wydarzyło się wydarzenie, które zmieniło całą późniejszą historię ludzkości. W 5 godzin i 30 minut czasu lokalnego wybuchł tutaj pierwszy na świecie gadżet z bombą atomową o pojemności 20 kiloton w sieci TNT. Według naocznych świadków, jasność eksplozji znacznie przekroczyła światło słoneczne w południe, a kształt grzyba w kształcie chmurki w zaledwie pięć minut osiągnął wysokość 11 kilometrów. Te udane próby były początkiem nowej ery ludzkości - nuklearnej. W ciągu zaledwie kilku miesięcy mieszkańcy Hiroszimy i Nagasaki w pełni doświadczy siły i wściekłości stworzonej broni.
Amerykanie przez długi czas nie mieli monopolu na bomby atomowe, a następne cztery dziesięciolecia stały się okresem ostrej konfrontacji między USA a ZSRR, zawartej w książkach historycznych nazywanych Zimną Wojną. Broń jądrowa jest dziś najważniejszym strategicznym czynnikiem, z którym wszyscy muszą się liczyć. Dziś elitarny klub nuklearny obejmuje obecnie osiem państw, kilka kolejnych państw poważnie angażuje się w tworzenie broni jądrowej. Większość opłat znajduje się w arsenale Stanów Zjednoczonych i Rosji.
Czym jest wybuch jądrowy? Jakie one są i jaka jest fizyka wybuchu jądrowego? Czy współczesna broń jądrowa różni się od tych, które zostały zarzucone japońskim miastom siedemdziesiąt lat temu? No i najważniejsze: jakie są główne czynniki wybuchu jądrowego i czy można obronić się przed ich wpływem? Wszystko to zostanie omówione w tym materiale.
Z historii tego wydania
Koniec XIX i pierwsza ćwierć XX wieku stał się dla fizyki jądrowej okresem bezprecedensowych przełomów i niesamowitych osiągnięć. W połowie lat 30. XX wieku naukowcy dokonali prawie wszystkich teoretycznych odkryć, które umożliwiły stworzenie ładunku jądrowego. We wczesnych latach trzydziestych jądro atomowe zostało najpierw rozdzielone, aw 1934 r. Węgierski fizyk Silard opatentował projekt reaktora jądrowego.
W 1938 roku trzej niemieccy naukowcy - Fritz Strassmann, Otto Hahn i Lisa Meitner - odkryli proces rozszczepienia uranu podczas bombardowania neutronami. Był to ostatni przystanek w drodze do Hiroszimy, wkrótce francuski fizyk Frederic Joliot-Curie otrzymał patent na projekt bomby uranowej. W 1941 r. Fermi uzupełnił teorię reakcji łańcuchowej nuklearnej.
W tym czasie świat nieuchronnie wszedł w nową wojnę globalną, więc badania naukowców zmierzające do stworzenia broni o niespotykanej dotąd sile zgniatania nie mogły pozostać niezauważone. Duże zainteresowanie takimi badaniami pokazało przywództwo hitlerowskich Niemiec. Posiadając doskonałą szkołę naukową, kraj ten może być pierwszym, który stworzy broń jądrową. Ta perspektywa bardzo zaniepokoiła czołowych naukowców, z których większość była skrajnie antyniemiecka. W sierpniu 1939 r., Na prośbę swojego przyjaciela Sylarda, Albert Einstein napisał list do prezydenta Stanów Zjednoczonych, wskazując na niebezpieczeństwo wybuchu bomby atomowej w Hitlerze. Rezultatem tej korespondencji był najpierw Komitet Uranu, a następnie Projekt Manhattan, który doprowadził do stworzenia amerykańskiej broni jądrowej. W 1945 roku Stany Zjednoczone miały już trzy bomby: pluton "drobiazg" (gadżet) i "grubas" (grubas), a także uran "Mały chłopiec" (mały chłopiec). "Rodzicami" amerykańskich NW są naukowcy Fermi i Oppenheimer.
16 lipca 1945 roku w miejscu w Nowym Meksyku podważyło "małe rzeczy", aw sierpniu "Kid" i "Fat Man" spadły na japońskie miasta. Wyniki bombardowania przekroczyły wszelkie oczekiwania wojska.
W 1949 r. Broń atomowa pojawiła się w Związku Radzieckim. W 1952 r. Amerykanie najpierw przetestowali pierwsze urządzenie, które oparte było na fuzji jądrowej, a nie na rozpadzie. Wkrótce została stworzona bomba termojądrowa w ZSRR.
W 1954 r. Amerykanie wysadzili urządzenie trinitrotoluenowe o mocy 15 megaton. Ale najpotężniejsza eksplozja nuklearna w historii miała miejsce kilka lat później - na Nowej Zemly wysadzono 50-megaton Tsar-Bomba.
Na szczęście zarówno w ZSRR, jak iw USA szybko zrozumieli, do czego może doprowadzić wojna nuklearna na dużą skalę. Dlatego w 1967 r. Supermocarstwa podpisały Układ o nierozprzestrzenianiu broni jądrowej. Później opracowano szereg umów dotyczących tego obszaru: SALT-I i SALT-II, START-I i START-II, itp.
Wybuchy jądrowe w ZSRR zostały przeprowadzone na Nowej Ziemi i w Kazachstanie, Amerykanie przetestowali swoją broń nuklearną na miejscu testowym w stanie Nevada. W 1996 r. Zaakceptowaliśmy porozumienie w sprawie zakazu testowania broni jądrowej.
Jak działa bomba atomowa?
Wybuch jądrowy jest chaotycznym procesem uwalniania ogromnej ilości energii powstałej w wyniku reakcji rozszczepienia jądrowego lub syntezy jądrowej. Podobne i porównywalne procesy energetyczne występują w głębinach gwiazd.
Jądro jakiejkolwiek substancji jest podzielone, gdy neutrony są pochłaniane, ale dla większości elementów układu okresowego wymaga to znacznej energii. Są jednak elementy zdolne do takiej reakcji pod wpływem neutronów, które mają jakąkolwiek - nawet minimalną - energię. Nazywa się je rozszczepialnym.
Uran-235 lub izotopy plutonu-239 są używane do tworzenia broni jądrowych. Pierwszy pierwiastek znajduje się w skorupie ziemskiej, można go wyizolować z naturalnego uranu (wzbogacenie), a pluton klasy uzbrojenia otrzymuje się sztucznie w reaktorach jądrowych. Istnieją również inne pierwiastki rozszczepialne, które teoretycznie mogą być użyte w broni jądrowej, ale ich przyjmowanie wiąże się z dużymi trudnościami i kosztami, więc prawie nigdy nie są używane.
Główną cechą reakcji jądrowej jest jej łańcuch, czyli samopodtrzymująca się natura. Kiedy atom zostaje napromieniowany neutronami, rozpada się na dwa fragmenty z uwolnieniem dużej ilości energii, a także dwa neutrony wtórne, które z kolei mogą powodować rozszczepienie sąsiednich jąder. Tak więc proces staje się kaskadowy. W wyniku nuklearnej reakcji łańcuchowej w krótkim okresie czasu ogromna ilość "fragmentów" rozpadających się jąder i atomów w postaci osocza wysokotemperaturowego: neutrony, elektrony i kwanty promieniowania elektromagnetycznego tworzą się w bardzo ograniczonej objętości. Ten skrzep gwałtownie się rozszerza, tworząc falę uderzeniową o niesamowitej sile niszczącej.
Przytłaczająca większość współczesnej broni jądrowej nie działa w oparciu o reakcję zaniku łańcucha, ale z powodu połączenia jąder pierwiastków lekkich, które rozpoczynają się w wysokich temperaturach i wysokim ciśnieniu. W tym przypadku uwalniana jest jeszcze większa ilość energii niż podczas rozpadu jąder takich jak uran lub pluton, ale w zasadzie wynik się nie zmienia - powstaje obszar plazmy wysokotemperaturowej. Takie transformacje nazywane są reakcjami termojądrowymi, a ładunki, w których są stosowane, są termojądrowe.
Osobno należy powiedzieć o specjalnych rodzajach broni jądrowej, w których większość energii rozszczepienia (lub syntezy) jest kierowana do jednego z czynników uszkodzeń. Należą do nich amunicja neutronowa, która wytwarza strumień twardego promieniowania, a także tzw. Bomba kobaltowa, która daje maksymalne zanieczyszczenie promieniowaniem tego obszaru.
Jakie są wybuchy jądrowe?
Istnieją dwie główne klasyfikacje wybuchów jądrowych:
- o mocy;
- według lokalizacji (punkt ładowania) w chwili wybuchu.
Moc jest cechą charakterystyczną wybuchu jądrowego. Zależy od promienia strefy całkowitego zniszczenia, jak również od wielkości terytorium skażonego promieniowaniem.
Aby oszacować ten parametr, używany jest ekwiwalent TNT. Pokazuje, jak bardzo trzeba wydmuchać trinitrotoluen, aby uzyskać porównywalną energię. Zgodnie z tą klasyfikacją istnieją następujące rodzaje wybuchów jądrowych:
- bardzo mały;
- mały;
- średni;
- duży;
- bardzo duży.
Przy wybuchu ultralekim (do 1 kT) powstaje kula ognista o średnicy nie większej niż 200 metrów i chmury grzybowej o wysokości 3,5 km. Super-duże mają moc ponad 1 mT, ich ognista kulka przekracza 2 km, a wysokość chmury to 8,5 km.
Równie ważną cechą jest lokalizacja ładunku jądrowego przed wybuchem, a także środowisko, w którym występuje. Na tej podstawie rozróżnia się następujące typy eksplozji jądrowych:
- Atmosferyczny. Jego środek może znajdować się na wysokości od kilku metrów do dziesiątek, a nawet setek kilometrów nad ziemią. W tym drugim przypadku należy do kategorii wysokościowych (od 15 do 100 km). Antena jądrowa ma sferyczny kształt błysku;
- Kosmiczne. Aby należeć do tej kategorii, musi mieć wysokość większą niż 100 km;
- Ziemia. Ta grupa obejmuje nie tylko eksplozje na powierzchni ziemi, ale także na wysokości kilku metrów nad nią. Mijają wraz z uwolnieniem ziemi i bez niej;
- Underground. Po podpisaniu traktatu o zakazie testowania broni jądrowej w atmosferze, na ziemi, pod wodą iw kosmosie (1963), ten typ był jedynym możliwym sposobem testowania broni jądrowej. Przeprowadza się go na różnych głębokościach, od kilkudziesięciu do setek metrów. Pod grubością ziemi powstaje wnęka lub kolumna zwalniająca, siła fali uderzeniowej jest znacznie osłabiona (zależnie od głębokości);
- Powierzchnia W zależności od wysokości może być bezstykowy i kontaktowy. W tym drugim przypadku powstanie podwodna fala uderzeniowa;
- Podwodne. Jego głębokość jest inna, od dziesiątek do setek metrów. Na tej podstawie ma swoją własną charakterystykę: obecność lub brak "sułtana", charakter skażenia radioaktywnego itp.
Co dzieje się w eksplozji nuklearnej?
Po rozpoczęciu reakcji znaczna ilość ciepła i energii promieniowania emitowana jest w krótkim okresie czasu i w bardzo ograniczonej objętości. W rezultacie temperatura i ciśnienie wzrastają w centrum wybuchu jądrowego do ogromnych wartości. Z daleka faza ta jest postrzegana jako bardzo jasna kropka świetlna. Na tym etapie większość energii jest przetwarzana na promieniowanie elektromagnetyczne, głównie w części widma promieniowania rentgenowskiego. Nazywa się to pierwotnym.
Powietrze otoczenia jest ogrzewane i wydmuchiwane z punktu wybuchu z prędkością naddźwiękową. Powstaje chmura i powstaje fala uderzeniowa, która jest od niej odłączana. Następuje to około 0,1 milisekundy po rozpoczęciu reakcji. Gdy się ochładza, chmura rośnie i zaczyna rosnąć, ciągnąc za sobą zainfekowane cząstki gleby i powietrze. W epicentrum powstawania lejka od wybuchu jądrowego.
Reakcje jądrowe zachodzące w tym czasie stają się źródłem wielu różnych promieniowań, od promieni gamma i neutronów do wysokoenergetycznych elektronów i jąder atomowych. Tak powstaje przenikliwe promieniowanie wybuchu jądrowego - jeden z głównych szkodliwych czynników broni jądrowej. Ponadto promieniowanie to wpływa na atomy otaczającej substancji, zamieniając je w radioaktywne izotopy, które infekują dany obszar.
Promieniowanie gamma jonizuje atomy otoczenia, wytwarzając impuls elektromagnetyczny (EMP), który wyłącza wszelkie znajdujące się w pobliżu urządzenia elektroniczne. Impuls elektromagnetyczny wybuchów atmosferycznych o dużej wysokości rozprzestrzenia się na znacznie większy obszar niż z ziemią lub na małej wysokości.
Co to jest niebezpieczna broń atomowa i jak się przed nią chronić?
Główne czynniki uderzeniowe wybuchu jądrowego:
- emisja światła;
- fala uderzeniowa;
- promieniowanie przenikliwe;
- zanieczyszczenie obszaru;
- impuls elektromagnetyczny.
Jeśli mówimy o eksplozji naziemnej, połowa jej energii (50%) idzie na tworzenie fali uderzeniowej i lejka, około 30% pochodzi z promieniowania wybuchu jądrowego, 5% z impulsu elektromagnetycznego i promieniowania penetrującego, a 15% z zanieczyszczenia ziemi.
Promieniowanie świetlne wybuchu jądrowego jest jednym z głównych szkodliwych czynników broni jądrowej. Jest to potężny strumień energii promieniowania, który obejmuje promieniowanie z ultrafioletu, podczerwieni i widzialnych części widma. Jego źródłem jest chmura eksplozji we wczesnych stadiach istnienia (kula ognista). W tej chwili ma temperaturę od 6 do 8 tysięcy ° C.
Promieniowanie świetlne rozchodzi się niemal natychmiast, czas trwania tego współczynnika jest obliczany w sekundach (maksymalnie do 20 sekund). Jednak pomimo krótkiego czasu, promieniowanie świetlne jest bardzo niebezpieczne. W niewielkiej odległości od epicentrum spala wszystkie materiały palne, a na odległość prowadzi do pożarów i pożarów na dużą skalę. Nawet w znacznej odległości od wybuchu może uszkodzić narządy wzroku i oparzenia skóry.
Ponieważ promieniowanie rozprzestrzenia się w linii prostej, każda nieprzejrzysta bariera może stać się obroną przeciwko niemu. Ten szkodliwy czynnik jest znacznie osłabiony w obecności dymu, mgły lub pyłu.
Fala uderzeniowa wybuchu jądrowego jest najbardziej niebezpiecznym czynnikiem broni jądrowej. Większość szkód dla ludzi, a także zniszczenia i uszkodzenia obiektów ma miejsce właśnie z powodu ich wpływu. Fala uderzeniowa to obszar ostrej kompresji ośrodka (wody, ziemi lub powietrza), który porusza się we wszystkich kierunkach z epicentrum. Jeśli mówimy o eksplozji atmosferycznej, prędkość fali uderzeniowej wynosi 350 m / s. Wraz ze wzrostem odległości prędkość spada gwałtownie.
Ten szkodliwy czynnik ma bezpośredni skutek ze względu na nadmierną presję i szybkość, a także osoba może cierpieć z powodu różnych śmieci, które niesie. Bliżej epicentrum fali powoduje poważne wibracje sejsmiczne, które mogą doprowadzić do podziemnych urządzeń i komunikacji.
Należy rozumieć, że ani budynki, ani specjalne schrony nie będą w stanie ochronić przed falą uderzeniową w bezpośrednim sąsiedztwie epicentrum. Są one jednak dość skuteczne w znacznej odległości od niego. Destrukcyjna siła tego czynnika znacząco zmniejsza fałdy terenu.
Promieniowanie przenikliwe. Ten szkodliwy czynnik stanowi strumień twardego promieniowania, na który składają się neutrony i promienie gamma emitowane z epicentrum eksplozji. Jego działanie, podobnie jak światło, trwa krótko, ponieważ jest silnie pochłaniane przez atmosferę. Przenikliwe promieniowanie jest niebezpieczne przez 10-15 sekund po eksplozji jądrowej. Z tego samego powodu może dotknąć człowieka tylko w stosunkowo niewielkiej odległości od epicentrum - 2-3 km. Po usunięciu z niego poziom ekspozycji na promieniowanie szybko spada.
Przechodząc przez tkanki naszego ciała, przepływ cząsteczek jonizuje cząsteczki, zakłócając normalny przepływ procesów biologicznych, co prowadzi do niepowodzenia najważniejszych układów ciała. W ciężkich zmianach pojawia się choroba popromienna. Ten czynnik ma niszczący wpływ na niektóre materiały, a także zakłóca działanie urządzeń elektronicznych i optycznych.
Aby chronić przed przenikliwym promieniowaniem, stosuje się materiały pochłaniające. W przypadku promieniowania gamma są to ciężkie pierwiastki o znacznej masie atomowej: na przykład ołów lub żelazo. Jednak te substancje słabo wychwytują neutrony, ponadto te cząstki powodują indukowaną radioaktywność w metalach. Neutrony z kolei są dobrze pochłaniane przez lekkie pierwiastki, takie jak lit lub wodór. W celu kompleksowej ochrony obiektów lub sprzętu wojskowego stosuje się wielowarstwowe materiały. Na przykład kierownik instalacji kopalnianych MBR skontrolowany ze zbrojonego betonu i zbiorników z litem. Podczas budowy schronów przeciwatomowych bor jest często dodawany do materiałów budowlanych.
Impuls elektromagnetyczny. Uderzający czynnik, który nie wpływa na zdrowie ludzi lub zwierząt, ale wyłącza urządzenia elektroniczne.
Silne pole elektromagnetyczne pojawia się po eksplozji jądrowej w wyniku ekspozycji na twarde atomy w środowisku. Jego efekt jest krótki (kilka milisekund), ale wystarcza również do uszkodzenia sprzętu i linii energetycznych. Silna jonizacja powietrza zakłóca normalne funkcjonowanie łączności radiowej i stacji radarowych, więc strzelanie z broni nuklearnej służy do oślepiania systemu ostrzegania przed atakiem rakietowym.
Skutecznym sposobem ochrony przed EMR jest ekranowanie urządzeń elektronicznych. Jest stosowany w praktyce od wielu dziesięcioleci.
Zanieczyszczenie radiacyjne. Źródłem tego współczynnika uszkodzenia są produkty reakcji jądrowych, niewykorzystana część ładunku, a także indukowane promieniowanie. Infekcja w wybuchu jądrowym stanowi poważne zagrożenie dla ludzkiego zdrowia, zwłaszcza, że okres półtrwania wielu izotopów jest bardzo długi.
Infekcja powietrza, terenu i przedmiotów następuje w wyniku osadzania się substancji radioaktywnych. Są one deponowane po drodze, tworząc ślad radioaktywny. Co więcej, wraz ze spadkiem odległości od epicentrum, niebezpieczeństwo maleje. I, oczywiście, obszar samej eksplozji staje się obszarem infekcji. Większość niebezpiecznych substancji spada w postaci opadów w ciągu 12-24 godzin po eksplozji.
Основными параметрами этого фактора является доза облучения и его мощность.
Радиоактивные продукты способны испускать три вида частиц: альфа, бета и гамма. Первые два не обладают серьезной проникающей способностью, поэтому представляют меньшую угрозу. Наибольшую опасность представляет возможное попадание радиоактивных веществ внутрь организма вместе с воздухом, пищей и водой.
Лучший способ защиты от радиоактивных продуктов - это полная изоляция людей от их воздействия. После применения ЯО должна быть создана карта местности с указанием наиболее загрязненных областей, посещение которых строго запрещено. Необходимо создать условия, препятствующие попаданию нежелательных веществ в воду или пищу. Люди и техника, посещающая загрязненные участки, обязательно должны проходить дезактивационные процедуры. Еще одним эффективным способом являются индивидуальные средства защиты: противогазы, респираторы, костюмы ОЗК.
Правдой является то, что различные способы защиты от ядерного взрыва могут спасти жизнь только, если вы находитесь достаточно далеко от его эпицентра. В непосредственной близости от него все будет превращено в мелкий оплавленный щебень, а любые убежища уничтожены сейсмическими колебаниями.
Кроме того, ядерная атака непременно приведет к разрушению инфраструктуры, панике, развитию инфекционных заболеваний. Подобные явления можно назвать вторичным поражающим фактором ЯО. К еще более тяжелым результатам способен привести ядерный взрыв на атомной электростанции. В этом случае в окружающую среду будут выброшены тонны радиоактивных изотопов, часть из которых имеет длительный период полураспада.
Как показал трагический опыт Хиросимы и Нагасаки, ядерный взрыв не только убивает людей и калечит их тела, но и наносит жертвам сильнейшие психологические травмы. Апокалиптические зрелища постядерного ландшафта, масштабные пожары и разрушения, обилие тел и стоны обугленных умирающих вызывают у человека ни с чем не сравнимые душевные страдания. Многие из переживших кошмар ядерных бомбардировок в будущем так и не смогли избавиться от серьезных разладов психики. В Японии для этой категории придумали специальное название - "Хибакуся".
Атом в мирных целях
Энергия цепной ядерной реакции - это самая мощная сила, доступная сегодня человеку. Неудивительно, что ее попытались приспособить для выполнения мирных задач. Особенно много подобных проектов разрабатывалось в СССР. Из 135 взрывов, проведенных в Советском Союзе с 1965 по 1988 год, 124 относились к "мирным", а остальные были выполнены в интересах военных.
С помощью подземных ядерных взрывов планировали сооружать водохранилища, а также емкости для сберегания природного газа и токсичных отходов. Водоемы, созданные подобным способом, должны были иметь значительную глубину и сравнительно небольшую площадь зеркала, что считалось важным преимуществом.
Их хотели использовать для поворота сибирских рек на юг страны, с их помощью собирались рыть каналы. Правда, для подобных проектов думали пустить в дело небольшие по мощности "чистые" заряды, создать которые так и не получилось.
В СССР разрабатывались десятки проектов подземных ядерных взрывов для добычи полезных ископаемых. Их намеревались использовать для повышения отдачи нефтеносных месторождений. Таким же образом хотели перекрывать аварийные скважины. В Донбассе провели подземный взрыв для удаления метана из угленосных слоев.
Ядерные взрывы послужили и на благо теоретической науки. С их помощью изучалось строение Земли, различные сейсмические процессы, происходящие в ее недрах. Были предложения путем подрыва ЯО бороться с землетрясениями.
Мощь, скрытая в атоме, привлекала не только советских ученых. В США разрабатывался проект космического корабля, тягу которого должна была создавать энергия атома: до реализации дело не дошло.
До сих пор значение советских экспериментов в этой области не оценено по достоинству. Информация о ядерных взрывах в СССР по большей части закрыта, о некоторых подобных проектах мы почти ничего не знаем. Сложно определить их научное значение, а также возможную опасность для окружающей среды.
В последние годы с помощью ЯО планируют бороться с космической угрозой - возможным ударом астероида или кометы.
Ядерное оружие - это самое страшное изобретение человечества, а его взрыв - наиболее "инфернальное" средство уничтожения из всех существующих на земле. Создав его, человечество приблизилось к черте, за которой может быть конец нашей цивилизации. И пускай сегодня нет напряженности Холодной войны, но угроза от этого не стала меньшей.
В наши дни самая большая опасность - это дальнейшее бесконтрольное распространение ядерного оружия. Чем больше государств будут им обладать, тем выше вероятность, что кто-то не выдержит и нажмет пресловутую "красную кнопку". Тем более, что сегодня заполучить бомбу пытаются наиболее агрессивные и маргинальные режимы на планете.
