1945 m. Liepos 16 d. JAV karinių oro pajėgų bazėje Naujojoje Meksikoje įvyko įvykis, kuris pakeitė visą vėlesnę žmonijos istoriją. 5 valandos 30 minučių vietiniu laiku čia buvo sprogdintas pirmasis pasaulyje branduolinės bombos įtaisas, kurio talpa yra 20 kilotonų TNT. Anot liudytojų, sprogimo ryškumas žymiai viršijo saulės šviesą vidurdienį, o debesies formos grybų forma vos per penkias minutes pasiekė 11 kilometrų aukštį. Šie sėkmingi bandymai buvo naujos žmonijos eros pradžia - branduolinė. Vos per kelis mėnesius Hirosimos ir Nagasakio gyventojai išgyvena sukurtą ginklą.
Amerikiečiai ilgą laiką neturėjo branduolinės bombos monopolio, o ateinančius keturis dešimtmečius tapo sudėtinga JAV ir SSRS konfrontacija, kuri buvo įtraukta į istorines knygas, vadinamas šaltuoju karu. Šiandien branduoliniai ginklai yra svarbiausias strateginis veiksnys, su kuriuo kiekvienas turi atsižvelgti. Šiandien elito branduolinis klubas iš tiesų apima aštuonias valstybes, dar kelios šalys rimtai dalyvauja kuriant branduolinius ginklus. Dauguma mokesčių yra JAV ir Rusijos arsenale.
Kas yra branduolinis sprogimas? Kas jiems patinka ir kokia yra branduolinio sprogimo fizika? Ar šiuolaikiniai branduoliniai ginklai skiriasi nuo mokesčių, kurie prieš septyniasdešimt metų nukrito Japonijos miestuose? Na ir svarbiausia: kokie yra svarbiausi branduolinio sprogimo veiksniai ir ar galima apginti nuo jų poveikio? Visa tai bus aptarta šioje medžiagoje.
Iš šio klausimo istorijos
XX a. Pabaiga ir XX a. Pirmasis ketvirtis branduolinės fizikos srityje tapo precedento neturinčių proveržių ir nuostabių pasiekimų laikotarpiu. Iki 1930 m. Vidurio mokslininkai padarė beveik visus teorinius atradimus, kurie leido sukurti branduolinį mokestį. XX a. 30-ojo dešimtmečio pradžioje atominis branduolys buvo suskirstytas, o 1934 m. Vengrijos fizikas Silardas patentavo branduolinio reaktoriaus dizainą.
1938 m. Trys Vokietijos mokslininkai - Fritz Strassmann, Otto Hahn ir Lisa Meitner - atrado urano skilimo procesą neutronų bombardavimo metu. Tai buvo paskutinis sustojimas keliu į Hirosimą, netrukus prancūzų fizikas Frederis Joliotas-Curis gavo patentą dėl urano bomba. 1941 m. Fermi baigė branduolinės grandinės reakcijos teoriją.
Šiuo metu pasaulis neišvengiamai įsiveržė į naują pasaulinį karą, todėl mokslininkų, siekiančių sukurti precedento neturinčios jėgos ginklus, tyrimai negalėjo nepastebėti. Didelis susidomėjimas tokiais tyrimais parodė Hitlerio Vokietijos vadovavimą. Turėdama puikią mokslinę mokyklą, ši šalis galėtų būti pirmoji, kurianti branduolinius ginklus. Ši perspektyva labai sutrikdė pirmaujančius mokslininkus, kurių dauguma buvo labai prieš Vokietiją. 1939 m. Rugpjūčio mėn. Jo draugo Sylardo prašymu Albertas Einšteinas parašė laišką JAV prezidentui, nurodydamas branduolinės bombos Hitleryje pavojų. Šio korespondencijos rezultatas pirmiausia buvo urano komitetas, o vėliau - Manheteno projektas, kuris leido sukurti Amerikos branduolinius ginklus. 1945 m. Jungtinėse Amerikos Valstijose jau buvo trys bombos: plutonio "mažasis dalykas" ("Gadget") ir "riebalinis žmogus" (Fat boy), taip pat uranas "Little boy" (mažasis berniukas). Amerikos NW „tėvai“ yra mokslininkai Fermi ir Oppenheimer.
1945 m. Liepos 16 d. Naujojoje Meksikoje vietoje „mažų daiktų“, o rugpjūčio mėn. Bombardavimo rezultatai viršijo visus kariuomenės lūkesčius.
1949 m. Sovietų Sąjungoje atsirado branduoliniai ginklai. 1952 m. Amerikiečiai pirmą kartą išbandė pirmąjį įrenginį, kuris buvo pagrįstas branduolio sintezės, o ne skilimo. Netrukus buvo sukurta termobranduolinė bomba TSRS.
1954 m. Amerikiečiai susprogdino 15 megatonų trinitrotolueno prietaisą. Tačiau galingiausias branduolinis sprogimas istorijoje įvyko po kelerių metų - „Novaja Zemlyoje“ buvo susprogdintas 50 megatonų caras-Bomba.
Laimei, tiek SSRS, tiek JAV greitai suprato, ką gali sukelti didelio masto branduolinis karas. Todėl 1967 m. Supervalstybės pasirašė Sutarties dėl branduolinio ginklo neplatinimo sutartį. Vėliau buvo sukurti keli su šia sritimi susiję susitarimai: SALT-I ir SALT-II, START-I ir START-II ir tt
Branduoliniai sprogimai SSRS buvo vykdomi Novaja Zemlyoje ir Kazachstane, amerikiečiai išbandė savo branduolinius ginklus Nevados valstijoje. 1996 m. Priėmėme susitarimą uždrausti bet kokius branduolinių ginklų bandymus.
Kaip yra atominė bomba?
Branduolinis sprogimas yra chaotiškas procesas, leidžiantis išskirti didžiulį energijos kiekį, kuris susidaro dėl branduolio dalijimosi ar sintezės reakcijos. Panašūs ir panašūs galios procesai vyksta žvaigždžių gylyje.
Bet kurios medžiagos atomo branduolys yra dalijamas, kai neutronai absorbuojami, bet daugumai periodinės lentelės elementų tai reikalauja daug energijos. Tačiau yra elementų, galinčių tokiai reakcijai paveikti neutronų, turinčių bet kokią - net minimalią - energiją. Jie vadinami skiliu.
Branduoliniams ginklams gaminti naudojami urano-235 arba plutonio-239 izotopai. Pirmasis elementas randamas žemės plutoje, jis gali būti izoliuotas nuo natūralaus urano (sodrinimo), o branduoliniuose reaktoriuose dirbtinai gaunamas ginklų kokybės plutonis. Yra ir kitų skiliųjų elementų, kurie teoriškai gali būti naudojami branduoliniuose ginkluose, tačiau jų gavimas susijęs su dideliais sunkumais ir išlaidomis, todėl jie beveik niekada nenaudojami.
Pagrindinis branduolinės reakcijos bruožas yra jo grandinė, ty savarankiška gamta. Kai atomas yra apšvitintas neutronais, jis suskaidomas į du fragmentus su dideliu energijos kiekiu ir dviem antriniais neutronais, kurie savo ruožtu gali sukelti gretimų branduolių dalijimąsi. Taigi procesas tampa pakopinis. Per trumpą laiką susidariusios branduolinės grandinės reakcijos rezultatas - labai nedidelis tūris susidaro milžiniškas „silpnų“ branduolių ir atomų fragmentų kiekis aukštoje temperatūroje: neutronai, elektronai ir elektromagnetinės spinduliuotės kvantai. Šis krešulys sparčiai plečiasi ir sudaro didžiulę destruktyvią galią.
Didžioji dauguma šiuolaikinių branduolinių ginklų neveikia dėl grandininės skilimo reakcijos, bet dėl šviesos elementų branduolių, kurie prasideda esant aukštai temperatūrai ir aukštam slėgiui. Šiuo atveju išsiskiria dar didesnis energijos kiekis nei branduolių, pvz., Urano ar plutonio, skilimo metu, tačiau iš esmės rezultatas nepasikeičia - susidaro aukšto temperatūros plazmos regionas. Tokios transformacijos vadinamos termobranduolinėmis sintezės reakcijomis, o įkrovos, kuriose jos naudojamos, yra termobranduolinės.
Atskirai reikėtų pasakyti apie specialius branduolinių ginklų tipus, kuriuose didžioji dalis dalijimosi (arba sintezės) energijos yra nukreipta į vieną iš žalos veiksnių. Tai apima neutronų šaudmenis, kurie generuoja kietos spinduliuotės srautą, taip pat vadinamąją kobalto bombą, kuri suteikia didžiausią spinduliuotės užterštumą.
Kokie yra branduoliniai sprogimai?
Yra dvi pagrindinės branduolinio sprogimo klasifikacijos:
- dėl galios;
- pagal vietą (įkrovimo vietą) sprogimo metu.
Galia yra pagrindinė branduolinio sprogimo ypatybė. Tai priklauso nuo visiško sunaikinimo zonos spindulio ir nuo spinduliuotės užterštos teritorijos dydžio.
Norint įvertinti šį parametrą, naudojamas TNT ekvivalentas. Tai rodo, kiek trinitrotolueno reikia susprogdinti, kad gautų panašią energiją. Pagal šią klasifikaciją yra šie branduolinio sprogimo tipai:
- itin mažas;
- mažas;
- terpė;
- didelis;
- ypač didelis.
„Ultralow“ (iki 1 kT) sprogimo metu ugniasienė suformuota ne daugiau kaip 200 metrų skersmens ir 3,5 km aukščio grybų debesis. Labai dideli yra daugiau nei 1 mT galia, jų ugniasienė viršija 2 km, o debesų aukštis - 8,5 km.
Taip pat svarbus bruožas yra branduolinio mokesčio vieta prieš sprogimą, taip pat aplinka, kurioje ji vyksta. Tuo remiantis išskiriami šie branduolinio sprogimo tipai:
- Atmosferos. Jo centras gali būti kelių metrų aukštyje iki dešimčių ar net šimtų kilometrų virš žemės. Pastaruoju atveju jis priklauso didelio aukščio kategorijai (nuo 15 iki 100 km). Oro branduolinis sprogimas turi sferinę blykstės formą;
- Kosminis. Norėdami patekti į šią kategoriją, jos aukštis turi būti didesnis nei 100 km;
- Žemė. Į šią grupę įeina ne tik sprogimai ant žemės paviršiaus, bet ir kelių metrų aukštyje virš jo. Jie eina su dirvožemio išleidimu ir be jo;
- Požeminis. Pasirašius sutartį dėl branduolinių ginklų bandymo atmosferoje, žemėje, po vandeniu ir kosminėje erdvėje (1963 m.), Šis tipas buvo vienintelis galimas būdas išbandyti branduolinius ginklus. Jis atliekamas įvairiais gyliais, nuo kelių dešimčių iki šimtų metrų. Pagal žemės storį susidaro ertmė arba žlugimo kolona, šoko bangos jėga žymiai susilpnėja (priklausomai nuo gylio);
- Paviršius Priklausomai nuo aukščio, jis gali būti bekontaktis ir kontaktas. Pastaruoju atveju - povandeninio smūgio bangos susidarymas;
- Povandeninis. Jo gylis skiriasi nuo dešimčių iki daugybės šimtų metrų. Tuo remiantis ji turi savo savybes: „sultono“ buvimą ar nebuvimą, radioaktyviosios taršos pobūdį ir pan.
Kas atsitinka branduoliniame sprogime?
Pradėjus reakciją, per trumpą laiką ir labai nedideliu tūriu išsiskiria didelis šilumos ir spinduliavimo energijos kiekis. Kaip rezultatas, temperatūra ir slėgis didėja branduolinio sprogimo centre iki milžiniškų vertybių. Iš tolo šis etapas suvokiamas kaip labai ryškus šviesos taškas. Šiame etape didžioji energijos dalis paverčiama elektromagnetine spinduliuote, daugiausia spektro rentgeno dalyje. Jis vadinamas pirminiu.
Aplinkos oras šildomas ir pašalinamas iš sprogimo vietos viršgarsiniu greičiu. Sukurtas debesis ir suformuota smūginė banga, kuri yra atskirta nuo jo. Tai įvyksta maždaug 0,1 msek po reakcijos pradžios. Kai jis atvės, debesys auga ir pradeda kilti, traukdamas palei užkrėstas dirvožemio daleles ir orą. Iš branduolinio sprogimo piltuvo formavimo epicentras.
Branduolinės reakcijos, atsirandančios šiuo metu, tampa daugybės skirtingų spindulių šaltiniu - nuo gama spindulių ir neutronų iki didelės energijos elektronų ir atominių branduolių. Taip kyla branduolinio sprogimo spinduliuotė - vienas iš pagrindinių žalingų branduolinių ginklų veiksnių. Be to, ši spinduliuotė veikia aplinkinės medžiagos atomus, paverčiant juos radioaktyviais izotopais, užkrėčiančiais teritoriją.
Gama spinduliuotė jonizuoja aplinkos atomus, sukuria elektromagnetinį impulsą (EMP), kuris išjungia visus netoliese esančius elektroninius įrenginius. Aukšto aukščio atmosferos sprogimų elektromagnetinis impulsas plinta daug didesniame plote nei žemėje ar žemame aukštyje.
Kas yra pavojingi atominiai ginklai ir kaip jį apsaugoti?
Svarbiausi branduolinio sprogimo veiksniai:
- šviesos emisija;
- smūgio banga;
- skverbiasi spinduliuotė;
- užteršimas;
- elektromagnetinis impulsas.
Jei kalbame apie žemės sprogimą, pusė jos energijos (50%) nukreipiama į šoko bangą ir piltuvą, apie 30% - iš branduolinio sprogimo, 5% - nuo elektromagnetinio impulso ir skvarbiosios spinduliuotės, ir 15% nuo žemės užteršimo.
Branduolinio sprogimo šviesos spinduliuotė yra vienas iš pagrindinių žalingų branduolinių ginklų veiksnių. Tai galingas spinduliavimo energijos srautas, apimantis ultravioletinių, infraraudonųjų spindulių ir matomų spektro dalių spinduliuotę. Jo šaltinis yra sprogimo debesis ankstyvosiose egzistavimo stadijose (fireball). Šiuo metu jo temperatūra yra nuo 6 iki 8 tūkst.
Šviesos spinduliuotė sklinda beveik akimirksniu, šio veiksnio trukmė skaičiuojama sekundėmis (iki 20 sekundžių). Tačiau, nepaisant trumpos trukmės, šviesos spinduliuotė yra labai pavojinga. Netoli nuo epicentrų jis sudegina visas degias medžiagas, o atstumu veda didelio masto gaisrus ir gaisrus. Net dideliu atstumu nuo sprogimo gali pakenkti regėjimo organai ir odos nudegimai.
Kadangi spinduliuotė plinta tiesia linija, bet kokia neskaidri kliūtis gali tapti gynyba prieš ją. Šis žalingas veiksnys yra labai susilpnintas dūmų, rūko ar dulkių pavidalu.
Branduolinio sprogimo šoko banga yra pavojingiausias branduolinių ginklų veiksnys. Dauguma žalos žmonėms, taip pat daiktų sunaikinimas ir sugadinimas atsiranda būtent dėl jo poveikio. Šokinė banga yra terpės (vandens, dirvožemio ar oro) staigaus suspaudimo sritis, judanti visomis kryptimis nuo epicentro. Jei kalbame apie atmosferos sprogimą, tada smūgio bangos greitis yra 350 m / s. Didėjant atstumui, greitis greitai sumažėja.
Šis žalingas veiksnys turi tiesioginį poveikį dėl pernelyg didelio slėgio ir greičio, taip pat asmuo gali patirti dėl įvairių šiukšlių. Artimesnis bangos epicentrui sukelia rimtų seisminių vibracijų, kurios gali sumažinti požemines patalpas ir ryšius.
Turi būti suprantama, kad nei pastatai, nei net specialios prieglaudos negalės apsaugoti nuo smūgio bangos, esančios šalia epicentro. Tačiau jie yra gana veiksmingi dideliu atstumu nuo jo. Šio veiksnio naikinamoji galia žymiai sumažina vietovės raukšles.
Skverbiasi spinduliuotė. Šis žalingas veiksnys yra kietos spinduliuotės srautas, kurį sudaro neutronai ir gama spinduliai, išskirti iš sprogimo epicentro. Jo poveikis, kaip ir šviesos efektas, yra trumpas, nes jis stipriai sugeria atmosferą. Po branduolinio sprogimo 10-15 sekundžių pavojinga skverbtis. Dėl tos pačios priežasties jis gali paveikti asmenį tik santykinai trumpu atstumu nuo epicentro - 2-3 km. Iš jo pašalinus spinduliuotės lygį sparčiai mažėja.
Per mūsų kūno audinius, dalelių srautas jonizuoja molekules, trukdo normaliam biologinių procesų srautui, kuris lemia svarbiausių kūno sistemų nesėkmę. Sunkiais pažeidimais atsiranda radiacijos ligos. Šis veiksnys turi pražūtingą poveikį kai kurioms medžiagoms, taip pat trukdo elektroniniams ir optiniams prietaisams.
Siekiant apsaugoti nuo įsiskverbiančios spinduliuotės, naudojamos absorbuojančios medžiagos. Gama spinduliuotės atveju tai yra sunkūs elementai, turintys didelę atominę masę: pavyzdžiui, švinas arba geležis. Tačiau šios medžiagos prastai užfiksuoja neutronus, be to, šios dalelės sukelia metalų radioaktyvumą. Neutronai savo ruožtu gerai absorbuojami šviesos elementais, tokiais kaip ličio arba vandenilio. Sudėtinei objektų ar karinės įrangos apsaugai naudojamos daugiasluoksnės medžiagos. Pavyzdžiui, minų įrenginių vadovas MBR patikrino gelžbetonį ir tankus su ličiu. Statant anti-branduolines prieglaudas, statybinėms medžiagoms dažnai pridedamas boras.
Elektromagnetinis impulsas. Įspūdingas veiksnys, kuris neturi įtakos žmonių ar gyvūnų sveikatai, bet neleidžia elektroniniams prietaisams.
Po branduolinio sprogimo įvyksta galingas elektromagnetinis laukas, susidaręs dėl kietų atomų poveikio aplinkai. Jo poveikis yra trumpas (keli milisekundžiai), tačiau taip pat pakanka, kad būtų pažeista įranga ir elektros linijos. Stiprios oro jonizacijos trukdo normaliam radijo ryšio ir radarų stočių veikimui, todėl branduolinių ginklų sprogdinimas naudojamas raketų atakų įspėjimo sistemai apakinti.
Veiksmingas būdas apsaugoti nuo EMR yra elektroninės įrangos ekranavimas. Jis buvo naudojamas praktikoje daugelį dešimtmečių.
Radiacinė tarša. Šio žalos faktoriaus šaltinis yra branduolinių reakcijų produktai, nepanaudota krūvio dalis, taip pat indukuota spinduliuotė. Branduolinio sprogimo infekcija kelia rimtą pavojų žmonių sveikatai, ypač dėl to, kad daugelio izotopų pusperiodis yra labai ilgas.
Oro, reljefo ir objektų užkrėtimas atsiranda dėl radioaktyviųjų medžiagų nusėdimo. Jie deponuojami palei kelią ir sudaro radioaktyvų pėdsaką. Be to, mažėjant nuotoliui nuo epicentro, pavojus sumažėja. Ir, žinoma, pati sprogimo sritis tampa infekcijos sritimi. Dauguma pavojingų medžiagų patenka kaip krituliai per 12–24 valandas po sprogimo.
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.
