1945. július 16-án az Egyesült Államok Légierő-bázisán New Mexico-ban történt olyan esemény, amely megváltoztatta az egész emberiség történetét. 5 óra 30 percig helyi idő szerint a világ első nukleáris bombája, a TNT-ben 20 kilotonnás kapacitással, felrobbant. A szemtanúk szerint a robbanás fényereje délben jelentősen meghaladta a napfényt, és a felhő alakú gombaforma mindössze öt perc alatt elérte a 11 kilométeres magasságot. Ezek a sikeres kísérletek az emberiség új korszakának kezdetét jelentették - a nukleáris. Néhány hónap múlva Hirosima és Nagasaki népe teljes mértékben megtapasztalja a létrehozott fegyver hatalmát és dühét.
Az amerikaiaknak sokáig nem volt monopóliuma egy nukleáris bombán, és a következő négy évtizedben az Egyesült Államok és a Szovjetunió közötti nehéz konfrontáció időszakává vált, amely a hidegháborúnak nevezett történelemkönyvekben szerepelt. A nukleáris fegyverek ma a legfontosabb stratégiai tényező, amelyet mindenkinek figyelembe kell vennie. Ma az elit nukleáris klub valójában nyolc államot tartalmaz, még több ország komolyan részt vesz a nukleáris fegyverek létrehozásában. A díjak nagy része az Egyesült Államok és Oroszország arzenáljában található.
Mi a nukleáris robbanás? Milyenek vagyunk, és mi a nukleáris robbanás fizikája? A modern nukleáris fegyverek különböznek a japán városokban hetven évvel ezelőtt leesett díjaktól? Nos, és a legfontosabb dolog: melyek a nukleáris robbanás főbb feltűnő tényezői és lehetséges-e megvédeni a hatásuk ellen? Mindezt ebben az anyagban tárgyaljuk.
E kérdés történetéből
A 19. század vége és a 20. század első negyedévében a nukleáris fizika számára példátlan áttörések és csodálatos teljesítmények álltak. Az 1930-as évek közepére a tudósok majdnem minden elméleti felfedezést tettek, ami lehetővé tette a nukleáris díj létrehozását. Az 1930-as évek elején az atommag eloszlott, és 1934-ben Silard szabadalmaztatta a nukleáris reaktor tervezését.
1938-ban három német tudós - Fritz Strassmann, Otto Hahn és Lisa Meitner - felfedezte az urán hasadási folyamatát a neutron bombázás során. Ez volt az utolsó megálló Hirosima felé, hamarosan Frederic Joliot-Curie francia fizikus szabadalmat kapott egy uránbomba tervezéséről. 1941-ben Fermi befejezte a nukleáris láncreakció elméletét.
Ebben az időben a világ feltétlenül új globális háborúba sodoródott, így a tudósok kutatása, amelynek célja a példa nélküli zúzódó fegyverek létrehozása, nem maradhat észrevétlenül. Az ilyen tanulmányok iránti nagy érdeklődés Hitler Németország vezetését mutatta. Kiváló tudományos iskolával rendelkezik, ez az ország lehet az első, aki nukleáris fegyvereket hoz létre. Ez a kilátás nagy mértékben megzavarta a vezető tudósokat, akiknek többsége rendkívül németellenes volt. 1939 augusztusában Sylard barátjának kérésére Albert Einstein levelet írt az Egyesült Államok elnökének, jelezve a nukleáris bomba veszélyét Hitlerben. Ennek a levelezésnek az eredménye először az uránbizottság, majd a Manhattan-projekt volt, amely az amerikai nukleáris fegyverek létrehozásához vezetett. 1945-ben az Egyesült Államokban már három bomba volt: a plutónium "kis dolog" (Gadget) és a "kövér ember" (Fat boy), valamint az "Little boy" (kisfiú) urán. Az amerikai NW "szülõi" a Fermi és Oppenheimer tudósok.
1945. július 16. az új-mexikói helyszínen aláássa a "kis dolgokat", és augusztusban a "Kid" és a "Fat Man" a japán városokra esett. A bombázás eredményei meghaladták a katonaság minden elvárását.
1949-ben a nukleáris fegyverek megjelentek a Szovjetunióban. 1952-ben az amerikaiak először tesztelték az első eszközt, amely a nukleáris fúzióra épült, nem pedig a bomlásra. Hamarosan a nukleáris bomba létrejött a Szovjetunióban.
1954-ben az amerikaiak felrobbantottak egy 15 megatronos trinitrotoluolos eszközt. De a történelem legerősebb nukleáris robbanása néhány évvel később történt - egy 50 megatonos cár-bomba felrobbantották a Novaya Zemlyán.
Szerencsére mind a Szovjetunióban, mind az USA-ban gyorsan megértették, hogy mi lehet egy nagyszabású nukleáris háború. Ezért 1967-ben a nagyhatalmak aláírták az atomsorompó-szerzıdést. Később számos, az e területre vonatkozó megállapodást dolgoztak ki: SALT-I és SALT-II, START-I és START-II stb.
A Szovjetunióban a nukleáris robbanások a Novaya Zemlyán és Kazahsztánban zajlottak, az amerikaiak nukleáris fegyvereiket egy nevadai állam teszthelyén tesztelték. 1996-ban megállapodást fogadtunk el a nukleáris fegyverek tesztelésének tilalmáról.
Hogy van az atombomba?
A nukleáris robbanás egy kaotikus folyamat, amely egy hatalmas mennyiségű energiát szabadít fel, amelyet egy nukleáris hasadási vagy szintézis reakció eredményeként alakítanak ki. A csillagok mélyén hasonló és hasonló teljesítményfolyamatok fordulnak elő.
Bármely anyag atomjának magja megoszlik, amikor a neutronok elnyelődnek, de a periódusos rendszer legtöbb eleméhez ez jelentős energiafogyasztást igényel. Vannak azonban olyan elemek, amelyek képesek egy ilyen reakcióra a neutronok hatására, amelyek bármilyen, még minimális energiájúak. Ezeket hasadónak nevezik.
Uranium-235 vagy plutónium-239 izotópokat használnak nukleáris fegyverek létrehozására. Az első elem a földkéregben található, a természetes uránból (dúsítás) izolálható, és a nukleáris reaktorokban mesterségesen kapható fegyveres plutónium. Vannak más hasadó elemek is, amelyek elméletileg felhasználhatók a nukleáris fegyverekben, de átvételeik nagy nehézségekkel és költségekkel járnak, így szinte soha nem használják őket.
A nukleáris reakció fő jellemzője a lánc, azaz az önfenntartó természet. Amikor egy atom neutronokkal besugározódik, akkor két darabra bomlik, nagy mennyiségű energiával, valamint két másodlagos neutronnal, amelyek viszont a szomszédos magok hasadását okozhatják. Így a folyamat lépcsőzetes lesz. Egy rövid ideig tartó nukleáris láncreakció eredményeképpen egy nagyon korlátozott térfogatban nagy mennyiségű plazma: neutronok, elektronok és elektromágneses sugárzás kvantuma alkotja a lebomló magok és atomok „töredékeit”. Ez a vérrög gyorsan bővül, és hatalmas romboló hatású sokkhullámot képez.
A modern nukleáris fegyverek túlnyomó többsége nem működik lánccsökkentési reakció alapján, hanem a magas hőmérsékleten és magas nyomáson kezdődő fényelemek magjainak fúziója miatt. Ebben az esetben még nagyobb mennyiségű energiát szabadítanak fel, mint az atommagok, például az urán vagy a plutónium bomlása során, de elvben az eredmény nem változik - a magas hőmérsékletű plazma régiója képződik. Az ilyen transzformációkat termonukleáris fúziós reakcióknak nevezzük, és a felhasznált töltetek termonukleárisak.
Különben is meg kell mondani a nukleáris fegyverek különleges típusairól, amelyekben a hasadás (vagy a szintézis) nagy része a károsodás egyik tényezőjére irányul. Ezek közé tartoznak a neutron lövedékek, amelyek kemény sugárzást hoznak létre, valamint az úgynevezett kobalt bomba, amely a terület legnagyobb sugárzási szennyeződését adja.
Mik a nukleáris robbanások?
A nukleáris robbanásoknak két fő osztályozása van:
- a hatalomra;
- a robbanás idején a helyszín (töltési pont) szerint.
A hatalom a nukleáris robbanás meghatározó jellemzője. Ez a teljes megsemmisülés zónájának sugárától, valamint a sugárzással szennyezett terület méretétől függ.
Ennek a paraméternek a becsléséhez a TNT egyenértéket használjuk. Azt mutatja, hogy mennyi trinitrotoluolt kell felrobbantani ahhoz, hogy összehasonlítható energiát kapjunk. E besorolás szerint a következő típusú nukleáris robbanások vannak:
- ultra kicsi;
- kicsi;
- közeg;
- nagy;
- extra nagy.
Az ultralow (legfeljebb 1 kT) robbanásnál egy tűzgolyó alakul ki, amelynek átmérője legfeljebb 200 méter, és a gombafelhő 3,5 km magasságban. A szuper nagyok teljesítménye több mint 1 mT, tűzgolyója meghaladja a 2 km-t, a felhő magassága 8,5 km.
Ugyanilyen fontos jellemzője a nukleáris töltésnek a robbanás előtti elhelyezkedése, valamint a környezet, amelyben előfordul. Ennek alapján megkülönböztetjük a következő típusú nukleáris robbanásokat:
- A leszívott. Központja több méteres magasságban lehet tízre, vagy akár több száz kilométerre a talaj felett. Ez utóbbi esetben a magas tengerszint feletti magasságba tartozik (15-100 km). A légi nukleáris robbanásnak gömb alakú vaku alakja van;
- Tér. Ebbe a kategóriába beletartozik, hogy a magassága 100 km-nél nagyobb legyen;
- Földre. Ez a csoport nemcsak a föld felszínén lévő robbanásokat tartalmaz, hanem több méteres magasságban is. Elhaladnak a talaj kibocsátásával és anélkül;
- Underground. A nukleáris fegyverek légkörben, földön, víz alatt és térben történő tesztelésének tilalmáról szóló szerződés (1963) aláírása után ez a fajta típus volt az egyetlen lehetséges módja a nukleáris fegyverek tesztelésének. Különböző mélységben, több tíztől száz méterig terjed. A föld vastagsága alatt egy üreg vagy összeomlási oszlop alakul ki, a lökéshullám ereje jelentősen gyengül (a mélységtől függően);
- Overwater. A magasságtól függően érintésmentes és érintkező lehet. Az utóbbi esetben a víz alatti lökéshullám kialakulása;
- Víz alatti. Mélysége más, tíztől több száz méterig terjed. Ennek alapján saját jellemzői vannak: a "szultán" jelenléte vagy hiánya, a radioaktív szennyeződés jellege stb.
Mi történik a nukleáris robbanásban?
A reakció megkezdése után rövid idő alatt és nagyon korlátozott térfogatban jelentős mennyiségű hőt és sugárzó energiát bocsát ki. Ennek eredményeként a hőmérséklet és a nyomás a nukleáris robbanás középpontjában óriási értékekre emelkedik. Távolról ez a fázis nagyon fényes fénypontként érzékelhető. Ebben a szakaszban az energia nagy része elektromágneses sugárzássá alakul, főleg a spektrum röntgen részében. Ez az elsődleges.
A környezeti levegőt szuperszonikus sebességgel melegítik és kiürítik a robbanáspontból. Felhő képződik, és ütéshullám képződik, amely leválik. Ez a reakció kezdete után kb. 0,1 msec-en megy végbe. Amikor lehűl, a felhő növekszik és elkezd emelkedni, húzva a fertőzött talajrészecskéket és a levegőt. A nukleáris robbanásból származó tölcsér kialakulásának epicentruma.
Az ebben az időben bekövetkező nukleáris reakciók számos különböző sugárzás forrásává válnak, a gamma sugaraktól és a neutronoktól a nagy energiájú elektronokig és az atommagokig. Így keletkezik egy nukleáris robbanás sugárzó sugárzása - amely a nukleáris fegyverek egyik legfontosabb károsító tényezője. Ezenkívül ez a sugárzás hatással van a környező anyag atomjaira, és radioaktív izotópokká alakítja őket, amelyek megfertőzik a területet.
A gamma-sugárzás ionizálja a környezet atomjait, létrehozva egy elektromágneses impulzust (EMP), amely letiltja a közeli elektronikus eszközöket. A nagy magasságú légköri robbanások elektromágneses impulzusa sokkal nagyobb területre terjed ki, mint a föld vagy a magas magasság.
Mi a veszélyes atomfegyverek és hogyan kell megvédeni?
A nukleáris robbanás fő feltűnő tényezői:
- fénykibocsátás;
- sokkhullám;
- behatoló sugárzás;
- a terület szennyeződése;
- elektromágneses impulzus.
Ha egy talajrobbantásról beszélünk, akkor az energia fele (50%) egy lökéshullám és egy tölcsér kialakulásához vezet, mintegy 30% -a nukleáris robbanás sugárzásából, 5% -a elektromágneses impulzusból és behatoló sugárzásból és 15% -aa terep szennyeződéséből származik.
A nukleáris robbanás könnyű sugárzása a nukleáris fegyverek egyik fő károsító tényezője. Ez a sugárzó energia erőteljes fluxusa, amely magában foglalja a spektrum ultraibolya, infravörös és látható részeinek sugárzását. A forrása a robbanásfelhő a létezés korai szakaszában (tűzgolyó). Ekkor a hőmérséklete 6-8000 ° C.
A fénysugárzás szinte azonnal terjed, ennek a tényezőnek a időtartama másodpercben (legfeljebb 20 másodpercig) számítható. De a rövid időtartam ellenére a fénysugárzás nagyon veszélyes. Az epicentrumtól rövid távolságra minden éghető anyagot éget, és távolról nagy tüzeket és tüzeket okoz. Még a robbanás jelentős távolsága is károsíthatja a látásszerveket és a bőrégést.
Mivel a sugárzás egyenes vonalban terjed, bármely nem átlátszó gát védővé válhat. Ez a károsító tényező jelentősen gyengül a füst, köd vagy por jelenlétében.
A nukleáris robbanás sokkhullája a nukleáris fegyverek legveszélyesebb tényezője. A legtöbb embernek okozott kár, valamint a tárgyak megsemmisítése és károsodása pontosan annak hatása miatt következik be. A lökéshullám a közeg (víz, talaj vagy levegő) éles összenyomódása, amely minden irányban mozog az epicentrumból. Ha a légköri robbanásról beszélünk, akkor a lökéshullám sebessége 350 m / s. A növekvő távolsággal a sebessége gyorsan csökken.
Ez a károsító tényezőnek közvetlen hatása van a túlzott nyomás és sebesség miatt, valamint egy személy különböző törmelékeket szenvedhet. A hullám epicentrumához szorosabb, súlyos szeizmikus rezgéseket okoz, amelyek csökkenthetik a földalatti létesítményeket és a kommunikációt.
Nyilvánvaló, hogy sem az épületek, sem a különleges menedékhelyek nem képesek megvédeni az epicentrum közvetlen közelében lévő sokkhullámot. Ugyanakkor igen messze vannak azoktól a távolságoktól. Ennek a tényezőnek a pusztító ereje jelentősen csökkenti a terep hajtogatásait.
Áthatoló sugárzás. Ez a káros tényező a kemény sugárzás áramlata, amely a robbanás epicentruma által kibocsátott neutronokból és gamma sugarakból áll. A fény, mint a fény hatása, rövid ideig tart, mert erősen felszívódik a légkörben. A nukleáris robbanás után 10-15 másodpercig veszélyes a behatoló sugárzás. Ugyanezen oknál fogva csak egy viszonylag rövid távolságra érheti az embert az epicentrumtól - 2-3 km. Ha eltávolítják, a sugárterhelés szintje gyorsan csökken.
A testünk szövetén áthaladva a részecskék áramlása ionizálja a molekulákat, megzavarva a biológiai folyamatok normális áramlását, ami a test legfontosabb rendszereinek meghibásodásához vezet. Súlyos elváltozások esetén sugárbetegség jelentkezik. Ez a tényező pusztító hatást gyakorol néhány anyagra, és megzavarja az elektronikus és optikai eszközöket is.
A behatoló sugárzás elleni védelemhez az elnyelő anyagokat használják. A gamma-sugárzásnál ezek a nehéz elemek jelentős atomtömegűek, például ólom vagy vas. Ezek az anyagok azonban rosszul ragadják meg a neutronokat, sőt ezek a részecskék a fémekben indukált radioaktivitást okoznak. A semlegesek viszont könnyen elnyelődnek a könnyű elemek, például a lítium vagy a hidrogén által. A tárgyak vagy katonai felszerelések komplex védelméhez több rétegű anyagokat használnak. Például az MBR bányavezetőjének vezetője vasbeton és lítium tartályokkal szűrt. A nukleáris menedékházak építésekor a bór gyakran hozzáadódik az építőanyagokhoz.
Elektromágneses impulzus. A feltűnő tényező, amely nem érinti az emberi vagy állati egészséget, de letiltja az elektronikus eszközöket.
Erős elektromágneses mező fordul elő, miután a nukleáris robbanás következett be a környezetben lévő kemény atomok miatt. Hatása rövid (néhány milliszekundum), de elegendő a berendezések és a távvezetékek károsodása is. A levegő erős ionizációja megzavarja a rádiós kommunikáció és a radarállomások normális működését, így a nukleáris fegyverek robbantását használják a rakétatámadás figyelmeztető rendszerének vakolására.
Az EMR elleni hatékony védelem az elektronikus berendezések árnyékolása. A gyakorlatban évtizedek óta használják.
Sugárzás szennyeződése. Ennek a károsodási tényezőnek a forrása a nukleáris reakciók termékei, a töltés fel nem használt része, valamint az indukált sugárzás. A nukleáris robbanás fertőzése komoly veszélyt jelent az emberi egészségre, különösen mivel sok izotóp felezési ideje nagyon hosszú.
A radioaktív anyagok lerakódása következtében a levegő, a terep és a tárgyak fertőzése lép fel. Az út mentén letétbe kerülnek, radioaktív nyomokat képezve. Továbbá, mivel az epicentrumtól való távolság csökken, a veszély csökken. Természetesen maga a robbanás területe a fertőzés területe. A veszélyes anyagok nagy része a robbanás utáni 12-24 órás csapadékként esik.
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.
