Kilotonska groza ali kaj je jedrska eksplozija?

Jedrsko orožje - najstrašnejše sredstvo za uničenje umetnega materiala

16. julija 1945 v ameriški letalski bazi v Novi Mehiki se je zgodil dogodek, ki je spremenil celotno kasnejšo zgodovino človeštva. Ob 5 urah in 30 minutah po lokalnem času je bil na svetu eksplodiran prvi Gadget za jedrsko bombo s kapaciteto 20 kiloton v TNT. Po mnenju očividcev je svetloba eksplozije bistveno presegla sončno svetlobo opoldne, oblika oblaka v samo petih minutah pa je dosegla višino 11 kilometrov. Ti uspešni poskusi so bili začetek nove dobe človeštva - jedrske. V samo nekaj mesecih bodo prebivalci Hirošime in Nagasakija v celoti izkusili moč in bes narejenega orožja.

Američani dolgo časa niso imeli monopola nad jedrsko bombo, naslednja štiri desetletja pa so postala obdobje težkega spopada med ZDA in ZSSR, ki je bil vključen v zgodovinske knjige, imenovane hladna vojna. Jedrsko orožje je danes najpomembnejši strateški dejavnik, s katerim mora vsakdo računati. Danes v elitnem jedrskem klubu dejansko deluje osem držav, več držav pa se resno ukvarja z ustvarjanjem jedrskega orožja. Večina obtožb je v arzenalu ZDA in Rusije.

Kaj je jedrska eksplozija? Kakšne so in kakšna je fizika jedrske eksplozije? Ali je sodobno jedrsko orožje drugačno od obtožb, ki so bile padle na japonska mesta pred 70 leti? No, in glavna stvar: kaj so glavni presenetljivi dejavniki jedrske eksplozije in ali je mogoče braniti pred njihovim vplivom? Vse to bo obravnavano v tem gradivu.

Iz zgodovine tega vprašanja

Konec 19. in prva četrtina 20. stoletja je za jedrsko fiziko postal obdobje brez primere in neverjetnih dosežkov. Sredi tridesetih let 20. stoletja so znanstveniki naredili skoraj vsa teoretična odkritja, ki so omogočila ustvarjanje jedrskega naboja. V začetku tridesetih let prejšnjega stoletja se je atomsko jedro prvič razdelilo, leta 1934 pa je madžarski fizik Silard patentiral zasnovo jedrskega reaktorja.

Leta 1938 so trije nemški znanstveniki - Fritz Strassmann, Otto Hahn in Lisa Meitner - odkrili proces cepitve urana med nevtronskim bombardiranjem. To je bila zadnja postaja na poti v Hirošimo, kmalu pa je francoski fizik Frederic Joliot-Curie prejel patent za oblikovanje uranove bombe. Leta 1941 je Fermi dokončal teorijo jedrske verižne reakcije.

Robert Oppenheimer - oče ameriške jedrske bombe

V tem času je svet neizprosno prešel v novo svetovno vojno, tako da raziskave znanstvenikov, katerih cilj je bilo ustvarjanje orožja brez primere sile drobljenja, niso mogle ostati neopažene. Veliko zanimanje za take študije je pokazalo vodstvo Hitlerjeve Nemčije. Imela je odlično znanstveno šolo, ta država pa bi lahko bila prva, ki bi ustvarila jedrsko orožje. Ta možnost je močno vznemirila vodilne znanstvenike, od katerih je bila večina izjemno nemško. Avgusta 1939 je Albert Einstein na zahtevo svojega prijatelja Sylarda napisal pismo predsedniku Združenih držav, v katerem je navedel nevarnost jedrske bombe v Hitlerju. Rezultat tega dopisovanja je bil najprej odbor za uran, nato pa projekt Manhattan, ki je privedel do oblikovanja ameriškega jedrskega orožja. Leta 1945 so Združene države že imele tri bombe: plutonij "malo stvar" (Gadget) in "debel človek" (Fat boy), in tudi uran "Mali fant" (Mali fant). "Starši" ameriške SZ so znanstveniki Fermi in Oppenheimer.

16. julij 1945 na mestu v Novi Mehiki, spodkopala "malo stvari", in avgusta, "Kid" in "Debeli Man" padla na japonskih mestih. Rezultati bombardiranja so presegli vsa pričakovanja vojske.

Leta 1949 se je v Sovjetski zvezi pojavilo jedrsko orožje. Američani so leta 1952 prvič preskusili prvo napravo, ki je temeljila na jedrski fuziji, ne pa na razpadanju. Kmalu je bila v ZSSR ustvarjena termonuklearna bomba.

Leta 1954 so Američani razstrelili 15-megatonski trinitrotoluen. Toda najmočnejša jedrska eksplozija v zgodovini se je zgodila nekaj let kasneje - na Novi Zemli je razneslo 50-megatonski Tsar-Bomba.

Na srečo, tako v ZSSR kot tudi v ZDA, so hitro razumeli, do česa bi lahko vodila obsežna jedrska vojna. Zato so leta 1967 velesile podpisale Pogodbo o neširjenju jedrskega orožja. Kasneje so bili razviti številni sporazumi na tem področju: SALT-I in SALT-II, START-I in START-II itd.

Sovjetska "Tsar Bomb" AN 602 z zmogljivostjo 58 megatonov je eksplodirala 30. oktobra 1961 na Novi Zemli.

Jedrske eksplozije v ZSSR so bile izvedene na Novi Zemli in v Kazahstanu, Američani so testirali svoje jedrsko orožje na testni lokaciji v državi Nevada. Leta 1996 smo sprejeli sporazum o prepovedi testiranja jedrskega orožja.

Kako je atomska bomba?

Jedrska eksplozija je kaotičen proces sproščanja ogromne količine energije, ki nastane kot posledica jedrske fisije ali reakcije sinteze. Podobni in primerljivi procesi moči se pojavljajo v globinah zvezd.

Jedro atoma katere koli snovi je razdeljeno, ko se nevtroni absorbirajo, toda za večino elementov periodnega sistema to zahteva precejšnjo porabo energije. Vendar pa obstajajo elementi, ki so sposobni takšne reakcije pod vplivom nevtronov, ki imajo kakršno koli - celo minimalno - energijo. Imenujejo se cepljivi.

Izotopi urana 235 ali plutonija 239 se uporabljajo za izdelavo jedrskega orožja. Prvi element najdemo v zemeljski skorji, lahko ga izoliramo od naravnega urana (obogatitev), plutonij orožja pa umetno pridobimo v jedrskih reaktorjih. Obstajajo tudi drugi cepljivi elementi, ki jih je teoretično mogoče uporabiti pri jedrskem orožju, vendar je njihovo prejemanje povezano z velikimi težavami in stroški, zato se skoraj nikoli ne uporabljajo.

Glavna značilnost jedrske reakcije je njena veriga, to je samozadostna narava. Ko je atom obsevan z nevtroni, se razgradi na dva fragmenta z sproščanjem velike količine energije in tudi dvema sekundarnima nevtronima, kar lahko povzroči fisijo sosednjih jeder. Postopek postane kaskadni. Zaradi jedrske verižne reakcije v kratkem času se v zelo omejenem obsegu tvori ogromna količina »fragmentov« razpadajočih jeder in atomov v obliki visoke temperature: nevtroni, elektroni in kvanti elektromagnetnega sevanja. Ta strdek se hitro širi in tvori udarni val ogromne destruktivne moči.

Naprava prve sovjetske jedrske bombe

Velika večina sodobnega jedrskega orožja ne deluje na podlagi verižne reakcije, temveč zaradi zlivanja jedrnih elementov, ki se začnejo pri visokih temperaturah in visokem tlaku. V tem primeru se sprosti še večja količina energije kot pri razpadu jeder, kot je uran ali plutonij, vendar se rezultat načeloma ne spremeni - nastane območje visoke temperature. Takšne transformacije se imenujejo termonuklearne fuzijske reakcije, stroški, v katerih se uporabljajo, pa so termonuklearni.

Poleg tega je treba povedati o posebnih vrstah jedrskega orožja, v katerem je večina energije cepitve (ali sinteze) usmerjena v enega od dejavnikov škode. Med njimi so nevtronska streliva, ki ustvarjajo tok trdega sevanja, in tako imenovano kobaltno bombo, ki daje največjo možno kontaminacijo območja.

Kaj so jedrske eksplozije?

Obstajata dve glavni klasifikaciji jedrskih eksplozij:

  • o moči;
  • glede na lokacijo (točko napajanja) v času eksplozije.

Moč je značilna značilnost jedrske eksplozije. To je odvisno od polmera območja popolnega uničenja, kot tudi velikosti ozemlja, onesnaženega z sevanjem.

Za oceno tega parametra se uporablja ekvivalent TNT. Prikazuje, koliko trinitrotoluena je treba razneti, da bi dobili primerljivo energijo. Po tej klasifikaciji obstajajo naslednje vrste jedrskih eksplozij:

  • ultra majhna;
  • majhna;
  • medij;
  • velika;
  • zelo velike.

Ob ultra nizki (do 1 kT) eksploziji nastane ognjena krogla s premerom največ 200 metrov in oblakom gob z nadmorsko višino 3,5 km. Super velike imajo moč več kot 1 mT, njihova ognjena krogla presega 2 km, višina oblaka pa je 8,5 km.

Različne vrste jedrskih eksplozij

Enako pomembna značilnost je lokacija jedrnega naboja pred eksplozijo, kakor tudi okolje, v katerem se pojavi. Na tej podlagi se razlikujejo naslednje vrste jedrskih eksplozij:

  • Atmosferski. Njegovo središče je lahko na višini več metrov do deset ali celo sto kilometrov nad tlemi. V slednjem primeru spada v kategorijo visoke nadmorske višine (od 15 do 100 km). Zračna jedrska eksplozija ima sferično obliko bliskavice;
  • Kozmični. Za uvrstitev v to kategorijo mora biti višina večja od 100 km;
  • Ground. Ta skupina ne vključuje samo eksplozij na površini zemlje, temveč tudi na višini nekaj metrov nad njo. Prehajata s sprostitvijo zemlje in brez nje;
  • Underground. Po podpisu Pogodbe o prepovedi testiranja jedrskega orožja v atmosferi, na Zemlji, pod vodo in v vesolju (1963) je bila ta vrsta edini možni način za testiranje jedrskega orožja. Izvaja se na različnih globinah, od nekaj deset do sto metrov. Pod debelino zemlje se tvori votlina ali kolona, ​​sila udarnega vala je občutno oslabljena (odvisno od globine);
  • Površina Odvisno od višine je lahko brezkontaktna in kontaktna. V slednjem primeru nastane podvodni udarni val;
  • Pod vodo. Njegova globina je drugačna, od desetine do več sto metrov. Na tej podlagi ima svoje značilnosti: prisotnost ali odsotnost sultana, naravo radioaktivne kontaminacije itd.

Kaj se zgodi v jedrski eksploziji?

Po začetku reakcije se v kratkem času in v zelo omejenem obsegu oddaja znatna količina toplote in sevalne energije. Posledično se temperatura in pritisk v središču jedrske eksplozije zvišata na ogromne vrednosti. Od daleč se ta faza dojema kot zelo svetla svetleča pika. Na tej stopnji se večina energije pretvori v elektromagnetno sevanje, predvsem v rentgenski del spektra. Imenuje se primarni.

Zunanji zrak se segreje in izloči iz točke eksplozije pri nadzvočnih hitrostih. Oblikuje se oblak in tvori udarni val, ki se ga loči od njega. To se pojavi približno 0,1 milisekund po začetku reakcije. Ob segrevanju oblak raste in se začne dvigovati po okuženih delcih zemlje in zraka. Na epicentru tvorjenja lijaka iz jedrske eksplozije.

Jedrske reakcije, ki se pojavljajo v tem času, postanejo vir številnih različnih sevanj, od gama žarkov in nevtronov do visokoenergetskih elektronov in atomskih jeder. Tako nastane prodorno sevanje jedrske eksplozije - eden od glavnih škodljivih dejavnikov jedrskega orožja. Poleg tega to sevanje vpliva na atome okoliške snovi in ​​jih spremeni v radioaktivne izotope, ki okužijo območje.

Gama sevanje ionizira atome okolja in ustvarja elektromagnetni impulz (EMP), ki onemogoča vse elektronske naprave v bližini. Elektromagnetni impulz visokih atmosferskih eksplozij se širi na veliko večje območje kot z zemljo ali nizko nadmorsko višino.

Kaj je nevarno atomsko orožje in kako ga zaščititi?

Glavni presenetljivi dejavniki jedrske eksplozije:

  • emisija svetlobe;
  • udarni val;
  • penetracijsko sevanje;
  • kontaminacija območja;
  • elektromagnetni impulz.

Če govorimo o eksploziji tal, se polovica njene energije (50%) nanaša na nastanek udarnega vala in lijak, približno 30% prihaja iz sevanja jedrske eksplozije, 5% iz elektromagnetnega impulza in prodirajočega sevanja ter 15% onesnaženja terena.

Hirošima po bombardiranju

Svetlobno sevanje jedrske eksplozije je eden od glavnih škodljivih dejavnikov jedrskega orožja. To je močan tok sevalne energije, ki vključuje sevanje iz ultravijoličnega, infrardečega in vidnega dela spektra. Njegov izvor je oblak eksplozije v zgodnjih fazah obstoja (ognjena krogla). V tem času ima temperaturo od 6 do 8 tisoč ° C.

Svetlobno sevanje se širi skoraj v trenutku, trajanje tega faktorja se izračuna v sekundah (do največ 20 sekund). Toda kljub kratkotrajnosti je svetlobno sevanje zelo nevarno. Na kratki razdalji od epicentra sežge vse vnetljive materiale in na daljavo vodi do velikih požarov in požarov. Tudi na precejšnji razdalji od eksplozije lahko poškodujemo organe vida in opekline kože.

Ker se sevanje razširja v ravni črti, lahko vsaka netransparentna pregrada postane obramba pred njim. Ta škodljiv dejavnik je občutno oslabljen v prisotnosti dima, meglice ali prahu.

Udarni val jedrske eksplozije je najnevarnejši dejavnik jedrskega orožja. Večina poškodb ljudi, kakor tudi uničenje in poškodovanje predmetov se zgodi prav zaradi njenega vpliva. Udarni val je območje ostrega stiskanja medija (vode, zemlje ali zraka), ki se premika v vseh smereh iz epicentra. Če govorimo o atmosferski eksploziji, je hitrost udarnega vala 350 m / s. S povečanjem razdalje se hitrost hitro zmanjšuje.

Šokovni val jedrske eksplozije se ustavi. Posnetki med vadbo

Ta škodljiv dejavnik ima neposreden učinek zaradi prekomernega pritiska in hitrosti, prav tako pa lahko oseba trpi zaradi različnih ostankov, ki jih nosi. Bližje epicentru vala povzroča resne seizmične vibracije, ki lahko znižajo podzemne objekte in komunikacije.

Razumeti je treba, da niti zgradbe niti celo posebna zavetišča ne bodo mogli zaščititi pred udarnim valom v neposredni bližini epicentra. Vendar pa so precej učinkoviti na precej oddaljenosti od njega. Uničujoča moč tega faktorja znatno zmanjšuje pregibe terena.

Prodorno sevanje. Ta škodljiv dejavnik je tok trdega sevanja, ki je sestavljen iz nevtronov in gama žarkov, ki se oddajajo iz epicentra eksplozije. Njegov učinek, kot je svetloba, je kratkotrajen, ker ga atmosfera močno absorbira. Prodorno sevanje je nevarno 10-15 sekund po jedrski eksploziji. Iz istega razloga lahko vpliva na osebo le na relativno kratki razdalji od epicentra - 2-3 km. Ko ga odstranimo, se stopnja izpostavljenosti sevanju hitro zmanjša.

Skozi tkiva našega telesa pretok delcev ionizira molekule, kar moti normalen pretok bioloških procesov, kar vodi do odpovedi najpomembnejših sistemov telesa. Pri hudih poškodbah pride do sevalne bolezni. Ta dejavnik ima uničujoč učinek na nekatere materiale, prav tako pa moti elektronske in optične naprave.

Za zaščito pred penetracijskim sevanjem se uporabljajo absorpcijski materiali. Pri gama sevanju so to težki elementi z veliko atomsko maso: npr. Svinec ali železo. Vendar pa te snovi slabo zajemajo nevtrone, poleg tega ti delci povzročajo inducirano radioaktivnost v kovinah. Nevtroni pa se dobro absorbirajo v lahke elemente, kot je litij ali vodik. Za kompleksno zaščito predmetov ali vojaške opreme se uporabljajo večplastni materiali. Na primer, vodja rudnika MBR je oklopljen z armiranim betonom in rezervoarji z litijem. Pri gradnji proti-jedrskih zatočišč se gradbenim materialom pogosto dodaja bor.

Elektromagnetni impulz. Osupljiv dejavnik, ki ne vpliva na zdravje ljudi ali živali, ampak onemogoča elektronske naprave.

Močno elektromagnetno polje se po jedrski eksploziji pojavi zaradi izpostavljenosti trdim atomom v okolju. Njegov učinek je kratek (nekaj milisekund), vendar je dovolj tudi za poškodbe opreme in električnih vodov. Močna ionizacija zraka moti normalno delovanje radijskih komunikacij in radarskih postaj, zato se razstreljevanje jedrskega orožja uporablja za slepitev opozorilnega sistema.

Učinkovit način za zaščito pred EMR je zaščita elektronske opreme. V praksi se uporablja že več desetletij.

Kontaminacija sevanja. Vir tega škodnega faktorja so produkti jedrskih reakcij, neuporabljeni del naboja in inducirano sevanje. Okužba v jedrski eksploziji predstavlja resno nevarnost za zdravje ljudi, zlasti ker je razpolovna doba mnogih izotopov zelo dolga.

Okužba zraka, terena in objektov je posledica odlaganja radioaktivnih snovi. Na poti se odlagajo in tvorijo radioaktivno sled. Poleg tega se z zmanjševanjem razdalje od epicentra zmanjšuje nevarnost. Seveda pa območje eksplozije postane območje okužbe. Večina nevarnih snovi pada kot padavina v 12-24 urah po eksploziji.

Glavni parametri tega faktorja so doza sevanja in njena moč.

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.

Чернобыльская АЭС - место самой страшной техногенной аварии в истории человечества

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.

Карта «мирных» ядерных взрывов на территории СССР

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.