16. července 1945 v americké letecké základně v Novém Mexiku došlo k události, která změnila celou historii lidstva. Za 5 hodin a 30 minut místního času explodovala první světová jaderná bomba Gadget s kapacitou 20 kilotun v TNT. Podle očitých svědků jasnost výbuchu výrazně překročila sluneční světlo v poledne a tvar mraky ve tvaru mraku za pouhých pět minut dosáhl výšky 11 kilometrů. Tyto úspěšné zkoušky byly začátkem nové éry lidstva - jaderné. Za pouhých pár měsíců budou lidé z Hirošimy a Nagasaki plně zažívat sílu a zuřivost vytvořené zbraně.
Američané neměli dlouhou dobu monopol na jadernou bombu a další čtyři desetiletí se stala obdobím tvrdé konfrontace mezi USA a SSSR, která byla zahrnuta do historických knih zvané Studená válka. Jaderné zbraně jsou dnes nejdůležitějším strategickým faktorem, s nímž si každý musí myslet. Dnes elitní jaderný klub vlastně zahrnuje osm států, několik dalších zemí se vážně zabývá tvorbou jaderných zbraní. Většina obvinění je v arzenálu Spojených států a Ruska.
Co je to jaderný výbuch? Jaké to jsou a jaká je fyzika jaderného výbuchu? Jsou moderní jaderné zbraně odlišné od poplatků, které byly propuštěny před japonskými městy před sedmi lety? No a hlavní věc: Jaké jsou hlavní nápadné faktory jaderného výbuchu a je možné je bránit proti jejich vlivu? To vše bude popsáno v tomto materiálu.
Z historie této problematiky
Koncem 19. a první čtvrtě 20. století se pro jadernou fyziku stal období bezprecedentních průlomů a úžasných úspěchů. Do poloviny třicátých let vědci provedli téměř všechny teoretické objevy, které umožnily vytvoření jaderného náboje. Na počátku třicátých let atomové jádro bylo nejprve rozděleno a v roce 1934 maďarský fyzik Silard patentoval návrh jaderného reaktoru.
V roce 1938 objevili tři němečtí vědci - Fritz Strassmann, Otto Hahn a Lisa Meitner - proces štěpení uranu při bombardování neutrony. Byla to poslední zastávka na cestě do Hirošimy, brzy získal francouzský fyzik Frederic Joliot-Curie patent na návrh uranové bomby. V roce 1941 dokončil Fermi teorii jaderné řetězové reakce.
V tomto okamžiku se svět neúprosně proměnil v novou globální válku, takže výzkum vědců zaměřený na vytvoření zbraní nebývalé drticí síly nemohl zůstat bez povšimnutí. Velký zájem o takové studie ukázal vedení Hitlera v Německu. Mít vynikající vědeckou školu, tato země by mohla být první, kdo by vytvořil jaderné zbraně. Tato vyhlídka značně narušila vedoucí vědce, z nichž většina byla extrémně anti-německá. V srpnu 1939 Albert Einstein na žádost svého přítele Sylarda napsal dopis prezidentovi Spojených států, v němž uvedl nebezpečí jaderné bomby v Hitlerovi. Výsledkem této korespondence byla nejprve Uranovská komise a poté Manhattanský projekt, který vedl k vytvoření amerických jaderných zbraní. V roce 1945 měly Spojené státy tři bomby: plutonium "malá věc" (Gadget) a "tlustý muž" (Fat boy) a také uran "Malý chlapec". "Rodiče" amerického severozápadu jsou vědci Fermi a Oppenheimer.
16. července 1945 na místě v Novém Mexiku podkopal "malé věci" av srpnu klesl "Kid" a "Fat Man" na japonská města. Výsledky bombardování přesáhly všechna očekávání armády.
V roce 1949 se v Sovětském svazu objevily jaderné zbraně. V roce 1952 Američané nejprve testovali první zařízení, které bylo založeno na jaderné fúzi, nikoliv rozpadu. Brzy byla v SSSR vytvořena termonukleární bomba.
V roce 1954 Američané vypálili 15 megatonové trinitrotoluenové zařízení. Ale nejsilnější jaderná exploze v historii se odehrála o několik let později - na městečku Novaya Zemlya byl vyhozen 50-megatonský Tsar-Bomba.
Naštěstí, jak v SSSR, tak v USA rychle pochopili, co by mohlo vést k rozsáhlé jaderné válce. V roce 1967 tedy superpohony podepsaly Smlouvu o nešíření jaderných zbraní. Později se rozvinula řada dohod týkajících se této oblasti: SALT-I a SALT-II, START-I a START-II atd.
Jaderné výbuchy v SSSR byly prováděny na Novaya Zemlya a v Kazachstánu, Američané testovali své jaderné zbraně na zkušebním místě ve státě Nevada. V roce 1996 jsme přijali dohodu o zákazu testování jaderných zbraní.
Jaká je atomová bomba?
Jaderná exploze je chaotický proces uvolňování obrovského množství energie, které vzniká v důsledku jaderného štěpení nebo reakce syntézy. Podobné a srovnatelné energetické procesy se vyskytují v hlubinách hvězd.
Jádro atomu jakékoliv látky je rozděleno, když jsou absorbovány neutrony, ale pro většinu prvků periodické tabulky to vyžaduje vynaložení značné energie. Existují však prvky schopné takové reakce pod vlivem neutronů, které mají nějakou - dokonce minimální - energii. Jsou nazývány štěpnými.
Izotopy uranu-235 nebo plutonia-239 se používají k výrobě jaderných zbraní. První prvek se nachází v zemské kůře, lze ji izolovat z přírodního uranu (obohacování) a plutonium zbraňového typu se získává uměle v jaderných reaktorech. Existují další štěpné prvky, které mohou teoreticky být použity v jaderných zbraních, ale jejich příjem je spojen s velkými obtížemi a náklady, takže se téměř nikdy nepoužívají.
Hlavním rysem jaderné reakce je její řetězec, tj. Soběstačná povaha. Když je atom ozářen neutrony, rozpadá se na dva fragmenty s uvolněním velkého množství energie a také dvěma sekundárními neutrony, což může způsobit štěpení sousedních jader. Proces se tak stává kaskádovitým. Výsledkem jaderné řetězové reakce v krátkém časovém úseku je obrovské množství "fragmentů" rozkládajících se jader a atomů ve formě vysokoteplotní plazmy: neutrony, elektrony a kvantové elektromagnetické záření se tvoří ve velmi omezeném objemu. Tato sraženina se rychle rozšiřuje a vytváří šokovou vlnu obrovské destruktivní síly.
Převážná většina moderních jaderných zbraní nefunguje na základě řetězové rozpadové reakce, ale díky splynutí jader lehkých prvků, které začínají při vysokých teplotách a vysokém tlaku. V tomto případě se uvolňuje ještě větší množství energie než během rozpadu jader, jako je uran nebo plutonium, ale v zásadě se výsledek nemění - vzniká oblast vysokoteplotní plazmy. Takové transformace se nazývají termonukleární fúzní reakce a náboje, ve kterých se používají, jsou termonukleární.
Samostatně by se mělo říkat o speciálních typech jaderných zbraní, u nichž je většina energie štěpení (nebo syntézy) zaměřena na jeden z faktorů poškození. Patří mezi ně neutronová munice, která vytváří proud tvrdého záření, stejně jako takzvaná kobaltová bomba, která poskytuje maximální záření záření oblasti.
Jaké jsou jaderné výbuchy?
Existují dvě hlavní klasifikace jaderných výbuchů:
- na síle;
- podle místa (místa nabití) v době výbuchu.
Výkon je charakteristickou vlastností jaderného výbuchu. Závisí to na poloměru zóny úplného zničení, stejně jako na velikosti území kontaminovaného zářením.
Pro odhad tohoto parametru se používá ekvivalent TNT. Ukazuje, kolik trinitrotoluenu potřebuje vyfuknout, aby získal srovnatelnou energii. Podle této klasifikace existují následující typy jaderných výbuchů:
- ultra malý;
- malé;
- médium;
- velký;
- extra velký.
Při výbuchu ultralow (až 1 kT) se vytvoří ohnivá koule o průměru nejvýše 200 metrů a hřib hřib s nadmořskou výškou 3,5 km. Velmi velké mají sílu větší než 1 mT, jejich ohnivá koule přesahuje 2 km a výška oblaku je 8,5 km.
Stejně důležitou vlastností je umístění jaderného náboje před výbuchem, stejně jako prostředí, ve kterém se vyskytuje. Na tomto základě se rozlišují následující typy jaderných výbuchů:
- Atmosférické. Jeho střed může být ve výšce několika metrů až desítek, nebo dokonce stovek kilometrů nad zemí. V druhém případě patří do kategorie vysoké nadmořské výšky (od 15 do 100 km). Anténní jaderný výbuch má sférický zábleskový tvar;
- Cosmic. Pro zařazení do této kategorie musí mít výšku větší než 100 km;
- Zem. Tato skupina zahrnuje nejen výbuchy na povrchu země, ale také ve výšce několika metrů nad ní. Projíždí uvolněním půdy a bez ní;
- Podzemní. Po podpisu Smlouvy o zákazu testování jaderných zbraní v atmosféře, na Zemi, pod vodou a ve vesmíru (1963) byl tento typ jediným možným způsobem testování jaderných zbraní. Provádí se v různých hloubkách, od několika desítek do stovek metrů. Pod tloušťkou země se vytváří dutina nebo sloupec kolapsu, síla rázové vlny je výrazně oslabena (v závislosti na hloubce);
- Povrch V závislosti na výšce může být bezkontaktní a kontaktu. V druhém případě se vytvoří podvodní nárazová vlna;
- Pod vodou. Jeho hloubka je odlišná od desítek až po řadu stovek metrů. Na tomto základě má své vlastní vlastnosti: přítomnost nebo nepřítomnost "sultána", povahu radioaktivní kontaminace atd.
Co se stane při jaderné explozi?
Po zahájení reakce se v krátkém časovém úseku a ve velmi omezeném objemu vyzařuje značné množství tepla a sálavé energie. V důsledku toho se teplota a tlak zvyšují v centru jaderného výbuchu na obrovské hodnoty. Z dálky je tato fáze vnímána jako velmi jasná světelná tečka. V této fázi se většina energie převádí na elektromagnetické záření, zejména v rentgenové části spektra. Nazývá se primární.
Okolní vzduch je vyhříván a vytlačován z místa výbuchu při nadzvukových rychlostech. Vytvoří se oblak a vytvoří se rázová vlna, která se od ní odděluje. K tomu dochází přibližně po 0,1 ms po zahájení reakce. Jak se ochladí, oblak roste a začíná stoupat, táhne se po infikovaných částech půdy a vzduchu. Na epicentru vzniku nálevky z jaderného výbuchu.
Jaderné reakce, které se vyskytují v tomto okamžiku, se stávají zdrojem řady různých záření, od záření gama a neutronů po vysoce energetické elektrony a atomová jádra. Tak vzniká pronikavé záření jaderného výbuchu - jedním z hlavních škodlivých faktorů jaderných zbraní. Kromě toho toto záření ovlivňuje atomy okolní látky a přeměňuje je na radioaktivní izotopy, které infikují oblast.
Gama záření ionizuje atomy prostředí, vytváří elektromagnetický puls (EMP), který vypíná veškerá elektronická zařízení v okolí. Elektromagnetický puls výskytu vysokohorských atmosférických výbuchů se rozšiřuje na mnohem větší plochu než na zemi nebo na nízké nadmořské výšce.
Co jsou nebezpečné atomové zbraně a jak je chránit?
Hlavní nápadné faktory jaderného výbuchu:
- emise světla;
- šoková vlna;
- pronikající záření;
- znečištění oblasti;
- elektromagnetický puls.
Když hovoříme o zemní explozi, polovina energie (50%) jde do vzniku rázové vlny a trychtýře, asi 30% pochází ze záření jaderného výbuchu, 5% z elektromagnetického impulzu a pronikajícího záření a 15% z kontaminace terénu.
Světlo záření jaderného výbuchu je jedním z hlavních škodlivých faktorů jaderných zbraní. Jedná se o silný tok sálavé energie, který zahrnuje záření z ultrafialové, infračervené a viditelné části spektra. Jejím zdrojem je mrak výbuchu v raných stádiích existence (ohnivá koule). V této době má teplotu od 6 do 8000 ° C.
Světelné záření se šíří téměř okamžitě, doba trvání tohoto faktoru se vypočítá v sekundách (maximálně 20 sekund). Ale i přes krátké trvání je světlo záření velmi nebezpečné. V krátké vzdálenosti od epicentra hoří všechny hořlavé materiály a ve vzdálenosti vede k rozsáhlým požárům a požárům. Dokonce i ve značné vzdálenosti od výbuchu mohou poškodit zrakové orgány a popáleniny kůže.
Vzhledem k tomu, že záření se šíří v přímce, jakákoli netransparentní bariéra se může stát obranou proti ní. Tento škodlivý faktor je výrazně oslaben za přítomnosti kouře, mlhy nebo prachu.
Šoková vlna jaderného výbuchu je nejnebezpečnějším faktorem jaderných zbraní. Většina poškození lidí, stejně jako zničení a poškození objektů nastává přesně kvůli jeho dopadu. Šoková vlna je oblast ostrého stlačování média (voda, půda nebo vzduch), která se pohybuje ve všech směrech od epicentra. Když hovoříme o atmosférické explozi, pak rychlost rázové vlny je 350 m / s. S rostoucí vzdáleností rychlost rychle klesá.
Tento škodlivý faktor má přímý účinek kvůli nadměrnému tlaku a rychlosti, stejně jako člověk může trpět různými nečistotami, které nese. Bližší k epicentru vlny způsobuje vážné seizmické vibrace, které mohou snižovat podzemní zařízení a komunikaci.
Mělo by být zřejmé, že ani budovy, ani zvláštní úkryty nebudou schopny chránit před rázovou vlnou v bezprostřední blízkosti epicentra. Jsou však docela účinné z velké vzdálenosti od ní. Deštrukční síla tohoto faktoru výrazně snižuje záhyby terénu.
Přetrvávající záření. Tento škodlivý faktor je proud tvrdého záření, který se skládá z neutronů a záření gama vyzařovaných z epicentra výbuchu. Jeho účinek, stejně jako ten světla, je krátký, protože je silně absorbován atmosférou. Přetrvávající záření je nebezpečné 10-15 sekund po jaderném výbuchu. Ze stejného důvodu může postihnout osobu jen relativně krátkou vzdálenost od epicentra - 2-3 km. Když se z ní odstraní, hladina radiační expozice rychle klesá.
Při průchodu tkáněmi našeho těla proudění částic ionizuje molekuly a narušuje normální tok biologických procesů, což vede k selhání nejdůležitějších systémů těla. Při závažných lézích dochází k radiační nemoci. Tento faktor má na některé materiály zničující účinek a narušuje také elektronická a optická zařízení.
Pro ochranu před pronikajícím zářením se používají absorbční materiály. Pro gama záření jsou to těžké prvky s významnou atomovou hmotností: například olovo nebo železo. Tyto látky však špatně zachycují neutrony, navíc tyto částice způsobují indukovanou radioaktivitu v kovu. Neutrony jsou naopak dobře absorbovány lehkými prvky, jako je lithium nebo vodík. Pro komplexní ochranu objektů nebo vojenského vybavení se používají vícevrstvé materiály. Například hlava důlní instalace MBR stíněná železobetonem a nádrže s lithiem. Při stavbě protizánětlivých přístřešů je často přidáván do stavebních materiálů bór.
Elektromagnetický impuls. Výrazný faktor, který neovlivňuje zdraví lidí a zvířat, ale blokuje elektronická zařízení.
Silné elektromagnetické pole se objeví po jaderné explozi v důsledku vystavení těžkým atomům v životním prostředí. Jeho efekt je krátký (několik milisekund), ale je také dostačující k poškození zařízení a elektrických vedení. Silná ionizace vzduchu narušuje normální provoz radiokomunikací a radarových stanic, takže otryskávání jaderných zbraní slouží k zaslepení varovného systému raketových útoků.
Efektivní ochranou proti EMR je stínění elektronických zařízení. To bylo používáno v praxi po mnoho desetiletí.
Radiační kontaminace. Zdrojem tohoto škodlivého faktoru jsou produkty jaderné reakce, nevyužitá část náboje a indukované záření. Infekce při jaderné explozi představuje vážné nebezpečí pro lidské zdraví, zejména proto, že poločas mnoha izotopů je velmi dlouhý.
Infekce vzduchu, terénu a předmětů nastává v důsledku uložení radioaktivních látek. Jsou uloženy po cestě a tvoří radioaktivní stopu. Kromě toho, protože vzdálenost od epicentra klesá, nebezpečí klesá. A samozřejmě oblast výbuchu se stává oblastí infekce. Většina nebezpečných látek spadá jako srážky do 12-24 hodin po explozi.
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.
