Op 16 juli 1945 op de Amerikaanse luchtmachtbasis in New Mexico vond een gebeurtenis plaats die de hele latere geschiedenis van de mensheid veranderde. Op 5 uur en 30 minuten lokale tijd is 's werelds eerste kernbommengadget met een capaciteit van 20 kiloton in TNT hier geëxplodeerd. Volgens ooggetuigen overschreed de helderheid van de explosie het zonlicht aanzienlijk op het middaguur, en de wolkvormige paddestoelvorm in slechts vijf minuten bereikte een hoogte van 11 kilometer. Deze succesvolle processen waren het begin van een nieuw tijdperk van de mensheid - nucleair. In slechts een paar maanden zullen de inwoners van Hiroshima en Nagasaki de kracht en de woede van het gecreëerde wapen ten volle ervaren.
De Amerikanen hadden lange tijd geen monopolie op een atoombom en de daaropvolgende vier decennia werden een periode van harde confrontaties tussen de VS en de USSR, die werd opgenomen in geschiedenisboeken genaamd de Koude Oorlog. Nucleaire wapens zijn tegenwoordig de belangrijkste strategische factor waarmee iedereen rekening moet houden. Vandaag omvat de elite-kernclub feitelijk acht staten, en verscheidene andere landen zijn serieus bezig met het creëren van nucleaire wapens. De meeste beschuldigingen liggen in het arsenaal van de Verenigde Staten en Rusland.
Wat is een nucleaire explosie? Hoe zijn ze en wat is de fysica van een nucleaire explosie? Zijn moderne kernwapens anders dan de beschuldigingen die zeventig jaar geleden op Japanse steden zijn gevallen? Nou en het belangrijkste: wat zijn de belangrijkste opvallende factoren van een nucleaire explosie en is het mogelijk om te verdedigen tegen de impact ervan? Dit alles zal in dit materiaal worden besproken.
Uit de geschiedenis van dit nummer
Het einde van het 19e en het eerste kwart van de 20e eeuw werd voor kernfysica een periode van ongekende doorbraken en verbazingwekkende prestaties. Halverwege de jaren dertig hadden wetenschappers bijna alle theoretische ontdekkingen gedaan die het mogelijk maakten om een nucleaire lading te creëren. In de vroege jaren 1930 werd de atoomkern voor het eerst gesplitst en in 1934 patenteerde de Hongaarse fysicus Silard het ontwerp van een kernreactor.
In 1938 ontdekten drie Duitse wetenschappers - Fritz Strassmann, Otto Hahn en Lisa Meitner - het proces van splijting van uranium tijdens neutronenbombardementen. Dit was de laatste halte op weg naar Hiroshima, spoedig kreeg de Franse natuurkundige Frederic Joliot-Curie een patent op het ontwerp van een uraniumbom. In 1941 voltooide Fermi de kernketenreactietheorie.
Op dit moment rolde de wereld onverbiddelijk in een nieuwe wereldwijde oorlog, dus het onderzoek van wetenschappers gericht op het maken van wapens met ongekende verpletterende kracht kon niet onopgemerkt blijven. Grote belangstelling voor dergelijke studies toonde de leiding van Hitler's Duitsland. Met een uitstekende wetenschappelijke school zou dit land wel eens de eerste kunnen zijn die kernwapens maakt. Dit vooruitzicht verontrustte de vooraanstaande wetenschappers, van wie de meesten buitengewoon anti-Duits waren. In augustus 1939 schreef Albert Einstein op verzoek van zijn vriend Sylard een brief aan de president van de Verenigde Staten, waarin het gevaar van een atoombom in Hitler werd aangegeven. Het resultaat van deze correspondentie was eerst de Uranium-commissie en vervolgens het Manhattan-project, dat leidde tot de oprichting van Amerikaanse kernwapens. In 1945 hadden de Verenigde Staten al drie bommen: het plutonium "kleine ding" (Gadget) en de "dikke man" (dikke jongen), en ook de uranium "kleine jongen" (kleine jongen). De 'ouders' van het Amerikaanse NW zijn de wetenschappers Fermi en Oppenheimer.
16 juli 1945 op de site in New Mexico, ondermijnde de "kleine dingen", en in augustus dropten "Kid" en "Fat Man" op Japanse steden. De resultaten van het bombardement overtroffen alle verwachtingen van het leger.
In 1949 verschenen er kernwapens in de Sovjet-Unie. In 1952 testten de Amerikanen eerst het eerste apparaat, dat was gebaseerd op kernfusie, niet op verval. Al snel werd de thermonucleaire bom gecreëerd in de USSR.
In 1954 bliezen de Amerikanen een 15-megaton trinitrotolueen-apparaat op. Maar de krachtigste nucleaire explosie in de geschiedenis vond een paar jaar later plaats - een Tsaton-bom van 50 megaton werd opgeblazen op Novaya Zemlya.
Gelukkig begrepen ze zowel in de USSR als in de VS snel wat een grootschalige nucleaire oorlog kon veroorzaken. Daarom ondertekenden de supermachten in 1967 het Non-proliferatieverdrag van het Non-proliferatieverdrag. Later werden een aantal overeenkomsten met betrekking tot dit gebied ontwikkeld: SALT-I en SALT-II, START-I en START-II, enz.
Nucleaire explosies in de USSR werden uitgevoerd op Novaya Zemlya en in Kazachstan, testten de Amerikanen hun kernwapens op een testlocatie in de staat Nevada. In 1996 hebben we een overeenkomst aanvaard om het testen van kernwapens te verbieden.
Hoe is de atoombom?
Een kernexplosie is een chaotisch proces waarbij een enorme hoeveelheid energie vrijkomt die wordt gevormd als gevolg van een kernsplijting of synthesereactie. Vergelijkbare en vergelijkbare krachtprocessen vinden plaats in de diepten van sterren.
De kern van een atoom van een willekeurige substantie is verdeeld wanneer neutronen worden geabsorbeerd, maar voor de meeste elementen van het periodiek systeem vereist dit een aanzienlijke hoeveelheid energie. Er zijn echter elementen die in staat zijn tot een dergelijke reactie onder invloed van neutronen, die een - zelfs minimale - energie hebben. Ze heten splijtbaar.
Uranium-235 of plutonium-239 isotopen worden gebruikt om kernwapens te maken. Het eerste element is te vinden in de aardkorst, het kan geïsoleerd worden van natuurlijk uranium (verrijking) en plutonium van wapenskwaliteit wordt kunstmatig verkregen in kernreactoren. Er zijn andere splijtbare elementen die theoretisch kunnen worden gebruikt in kernwapens, maar hun ontvangst gaat gepaard met grote moeilijkheden en kosten, dus ze worden bijna nooit gebruikt.
Het belangrijkste kenmerk van een kernreactie is de keten, dat wil zeggen, de zichzelf in stand houdende natuur. Wanneer een atoom wordt bestraald met neutronen, breekt het uiteen in twee fragmenten met de afgifte van een grote hoeveelheid energie, evenals twee secundaire neutronen, die op hun beurt de splitsing van naburige kernen kunnen veroorzaken. Dus het proces wordt trapsgewijs. Als gevolg van een nucleaire kettingreactie in een korte tijdsperiode, worden een enorme hoeveelheid "fragmenten" van rottende kernen en atomen in de vorm van een plasma met hoge temperatuur: neutronen, elektronen en kwanta van elektromagnetische straling gevormd in een zeer beperkt volume. Dit stolsel expandeert snel en vormt een schokgolf met een enorme destructieve kracht.
De overgrote meerderheid van moderne kernwapens werkt niet op basis van een kettingvervalreactie, maar door de samensmelting van de kernen van lichte elementen, die beginnen bij hoge temperaturen en hoge druk. In dit geval komt er een nog grotere hoeveelheid energie vrij dan tijdens het verval van kernen zoals uranium of plutonium, maar in principe verandert het resultaat niet - er wordt een gebied met hoge temperatuur plasma gevormd. Dergelijke transformaties worden thermonucleaire fusiereacties genoemd en de ladingen waarin ze worden gebruikt zijn thermonucleair.
Los daarvan moet gezegd worden over speciale typen kernwapens, waarbij de meeste energie van fissie (of synthese) gericht is op een van de factoren van schade. Deze omvatten neutronenmunitie die een stroom van harde straling genereren, evenals de zogenaamde kobaltbom, die de maximale stralingsverontreiniging van het gebied oplevert.
Wat zijn de nucleaire explosies?
Er zijn twee hoofdclassificaties van nucleaire explosies:
- aan de macht;
- op locatie (oplaadpunt) op het moment van de explosie.
Kracht is de bepalende eigenschap van een nucleaire explosie. Het hangt af van de straal van de zone van volledige vernietiging, evenals de grootte van het gebied dat door straling is vervuild.
Voor het schatten van deze parameter wordt het TNT-equivalent gebruikt. Het laat zien hoeveel trinitrotolueen moet worden opgeblazen om vergelijkbare energie te krijgen. Volgens deze classificatie zijn er de volgende soorten nucleaire explosies:
- ultra klein;
- klein;
- medium;
- groot;
- extra groot.
Bij de ultralage (tot 1 kT) explosie wordt een vuurbal gevormd met een diameter van niet meer dan 200 meter en een paddestoelwolk met een hoogte van 3,5 km. Supergrote hebben een kracht van meer dan 1 mT, hun vuurbal overschrijdt 2 km en de hoogte van de wolk is 8,5 km.
Een even belangrijk kenmerk is de locatie van de nucleaire lading vóór de explosie, evenals de omgeving waarin deze zich voordoet. Op basis hiervan worden de volgende typen nucleaire explosies onderscheiden:
- Opgezogen. Het centrum kan zich op een hoogte van enkele meters tot tientallen of zelfs honderden kilometers boven de grond bevinden. In het laatste geval behoort het tot de categorie van grote hoogte (van 15 tot 100 km). Een luchtkernexplosie heeft een bolvormige flitsvorm;
- Ruimte. Om in deze categorie te vallen, moet deze een hoogte van meer dan 100 km hebben;
- Ground. Deze groep omvat niet alleen explosies op het aardoppervlak, maar ook op een hoogte van enkele meters erboven. Ze gaan voorbij met het vrijkomen van de grond en zonder;
- Underground. Na de ondertekening van het Verdrag inzake het verbod op het testen van kernwapens in de atmosfeer, op aarde, onder water en in de ruimte (1963) was dit type de enige manier om kernwapens te testen. Het wordt op verschillende diepten uitgevoerd, van enkele tientallen tot honderden meters. Onder de dikte van de aarde wordt een holte of inklapbare kolom gevormd, de kracht van de schokgolf wordt aanzienlijk verzwakt (afhankelijk van de diepte);
- Overwater. Afhankelijk van de hoogte kan het contactloos zijn en contact maken. In het laatste geval, de vorming van een onderwater schokgolf;
- Onderwater. De diepte is anders, van tientallen tot vele honderden meters. Op basis hiervan heeft het zijn eigen kenmerken: de aanwezigheid of afwezigheid van de "Sultan", de aard van radioactieve besmetting, enz.
Wat gebeurt er in een nucleaire explosie?
Na het begin van de reactie wordt een aanzienlijke hoeveelheid warmte en stralingsenergie uitgezonden in een korte tijdsperiode en in een zeer beperkt volume. Dientengevolge stijgen temperatuur en druk in het centrum van een nucleaire explosie tot enorme waarden. Van veraf wordt deze fase gezien als een zeer heldere lichtpunt. In dit stadium wordt het grootste deel van de energie omgezet in elektromagnetische straling, voornamelijk in het röntgengedeelte van het spectrum. Het wordt het primaire genoemd.
Omgevingslucht wordt verwarmd en uitgestoten vanaf het punt van ontploffing bij supersonische snelheden. Een wolk wordt gevormd en een schokgolf wordt gevormd, die er van wordt losgemaakt. Dit gebeurt ongeveer 0,1 msec na het begin van de reactie. Terwijl het afkoelt, groeit de wolk en begint te stijgen, terwijl hij de geïnfecteerde bodemdeeltjes en lucht meesleurt. In het epicentrum van de vorming van een trechter van een nucleaire explosie.
Kernreacties die op dit moment plaatsvinden, worden de bron van een aantal verschillende stralingen, van gammastralen en neutronen tot hoogenergetische elektronen en atoomkernen. Dit is hoe penetrerende straling van een nucleaire explosie ontstaat - een van de belangrijkste schadelijke factoren van nucleaire wapens. Bovendien beïnvloedt deze straling de atomen van de omliggende substantie, waardoor ze worden omgezet in radioactieve isotopen die het gebied infecteren.
Gammastraling ioniseert de atomen van de omgeving en creëert een elektromagnetische puls (EMP), waardoor alle elektronische apparaten in de buurt worden uitgeschakeld. De elektromagnetische puls van atmosferische explosies op grote hoogte verspreidt zich naar een veel groter gebied dan met grond of lage hoogte.
Wat is gevaarlijke atoomwapens en hoe ertegen te beschermen?
De belangrijkste opvallende factoren van een nucleaire explosie:
- lichtemissie;
- schokgolf;
- doordringende straling;
- besmetting van het gebied;
- elektromagnetische puls.
Als we het hebben over een grondexplosie, gaat de helft van de energie (50%) naar de vorming van een schokgolf en een trechter, ongeveer 30% komt van de straling van een nucleaire explosie, 5% van een elektromagnetische puls en doordringende straling, en 15% van de verontreiniging van de grond.
De lichtstraling van een nucleaire explosie is een van de belangrijkste schadelijke factoren van kernwapens. Het is een krachtige stroom van stralingsenergie, die straling van de ultraviolette, infrarode en zichtbare delen van het spectrum omvat. De bron is een explosie in de vroege stadia van het bestaan (vuurbal). Op dit moment heeft het een temperatuur van 6 tot 8000 ° C.
Lichtstraling plant zich vrijwel onmiddellijk voort, de duur van deze factor wordt berekend in seconden (tot een maximum van 20 seconden). Maar ondanks de korte duur is lichtstraling erg gevaarlijk. Op korte afstand van het epicentrum verbrandt het alle brandbare materialen en op afstand leidt het tot grootschalige branden en branden. Zelfs op een aanzienlijke afstand van de explosie kunnen de gezichtsorganen en huidverbrandingen worden beschadigd.
Omdat de straling zich in een rechte lijn voortplant, kan elke niet-transparante barrière ertegen worden. Deze schadelijke factor is aanzienlijk verzwakt in de aanwezigheid van rook, mist of stof.
De schokgolf van een nucleaire explosie is de gevaarlijkste factor van nucleaire wapens. De meeste schade aan mensen, evenals vernietiging en schade aan objecten komt precies vanwege de impact ervan. De schokgolf is een gebied met een scherpe compressie van het medium (water, bodem of lucht), dat vanuit alle kanten van het epicentrum in alle richtingen beweegt. Als we het hebben over de atmosferische explosie, dan is de snelheid van de schokgolf 350 m / s. Met toenemende afstand neemt zijn snelheid snel af.
Deze schadelijke factor heeft een direct effect als gevolg van overmatige druk en snelheid, evenals een persoon die last heeft van verschillende brokstukken die het transporteert. Dichter bij het epicentrum van de golf veroorzaakt ernstige seismische trillingen die ondergrondse faciliteiten en communicatie kunnen verminderen.
Het moet worden begrepen dat noch gebouwen, noch speciale onderkomens kunnen beschermen tegen een schokgolf in de onmiddellijke nabijheid van het epicentrum. Ze zijn echter behoorlijk effectief op een aanzienlijke afstand ervan. De destructieve kracht van deze factor vermindert de plooien van het terrein aanzienlijk.
Doordringende straling. Deze schadelijke factor is een stroom van harde straling, die bestaat uit neutronen en gammastralen die worden uitgezonden door het epicentrum van de explosie. Het effect ervan, net als dat van licht, is van korte duur, omdat het sterk wordt geabsorbeerd door de atmosfeer. Penetratiestraling is 10-15 seconden gevaarlijk na een nucleaire explosie. Om dezelfde reden kan het een persoon slechts op een relatief korte afstand van het epicentrum treffen - 2-3 km. Wanneer het wordt verwijderd, neemt het stralingsniveau snel af.
Door de weefsels van ons lichaam, ioniseert de deeltjesstroom de moleculen en verstoort de normale stroom van biologische processen, wat leidt tot het falen van de belangrijkste systemen van het lichaam. Bij ernstige laesies treedt stralingsziekte op. Deze factor heeft een verwoestend effect op sommige materialen en verstoort ook elektronische en optische apparaten.
Ter bescherming tegen doordringende straling worden absorberende materialen gebruikt. Voor gammastraling zijn dit zware elementen met een significante atomaire massa: bijvoorbeeld lood of ijzer. Echter, deze stoffen vangen slecht neutronen, bovendien veroorzaken deze deeltjes geïnduceerde radioactiviteit in metalen. Neutronen worden op hun beurt goed geabsorbeerd door lichte elementen zoals lithium of waterstof. Voor complexe bescherming van objecten of militaire uitrusting worden meerlagige materialen gebruikt. Bijvoorbeeld, het hoofd van een mijninstallaties MBR gescreend met gewapend beton en tanks met lithium. Bij het bouwen van anti- nucleaire schuilplaatsen wordt borium vaak toegevoegd aan bouwmaterialen.
Elektromagnetische puls. Een opvallende factor die de gezondheid van mens of dier niet beïnvloedt, maar elektronische apparaten uitschakelt.
Een krachtig elektromagnetisch veld treedt op na een nucleaire explosie als gevolg van blootstelling aan harde atomen in de omgeving. Het effect is kort (enkele milliseconden), maar het is ook voldoende om apparatuur en stroomleidingen te beschadigen. Sterke ionisatie van lucht verstoort de normale werking van radiocommunicatie en radarstations, dus wordt het afvuren van nucleaire wapens gebruikt om het raketaanvalwaarschuwingssysteem te verblinden.
Een effectieve manier om te beschermen tegen EMR is het afschermen van elektronische apparatuur. Het wordt al tientallen jaren in de praktijk gebruikt.
Stralingsbesmetting. De bron van deze schadefactor zijn de producten van nucleaire reacties, het ongebruikte deel van de lading, evenals geïnduceerde straling. Infectie bij een nucleaire explosie vormt een ernstig gevaar voor de menselijke gezondheid, vooral omdat de halfwaardetijd van veel isotopen erg lang is.
Infectie van lucht, terrein en objecten treedt op als gevolg van de depositie van radioactieve stoffen. Ze worden onderweg gedeponeerd en vormen een radioactief spoor. Bovendien neemt het gevaar af naarmate de afstand van het epicentrum afneemt. En, natuurlijk, het gebied van de explosie zelf wordt een gebied van infectie. De meeste gevaarlijke stoffen vallen als neerslag gedurende 12-24 uur na de explosie.
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.
