16. јула 1945. у америчкој ваздухопловној бази у Новом Мексику, догодио се догађај који је променио читаву каснију историју човечанства. У 5 сати и 30 минута по локалном времену, први свјетски нуклеарни бомбашки уређај, капацитета 20 килотона у ТНТ-у, експлодирао је овдје. Према речима очевидаца, осветљеност експлозије знатно је премашила сунчеву светлост у подне, а облик облака у облику облака за само пет минута достигао је висину од 11 километара. Ова успешна суђења била су почетак нове ере хуманости - нуклеарне. За само неколико месеци, људи Хирошиме и Нагасакија ће у потпуности искусити моћ и бијес створеног оружја.
Американци дуго нису имали монопол на нуклеарну бомбу, а наредне четири деценије постале су период тешког сукоба између САД-а и СССР-а, који је укључен у историјске књиге под називом Хладни рат. Данас је нуклеарно наоружање најважнији стратешки фактор с којим се сви морају рачунати. Данас, елитни нуклеарни клуб заправо укључује осам држава, још неколико земаља је озбиљно ангажовано у стварању нуклеарног оружја. Већина оптужби је у арсеналу Сједињених Држава и Русије.
Шта је нуклеарна експлозија? Какве су и каква је физика нуклеарне експлозије? Да ли се модерно нуклеарно оружје разликује од оптужби које су одбачене на јапанске градове прије седамдесет година? Па и главно: који су главни ударни фактори нуклеарне експлозије и да ли је могуће бранити се од њиховог утицаја? Све ово ће бити размотрено у овом материјалу.
Из историје овог броја
Крај 19. и прве четвртине 20. века постао је за нуклеарну физику период без преседана и невероватних достигнућа. До средине 1930-их, научници су направили готово сва теоријска открића која су омогућила стварање нуклеарног набоја. Почетком тридесетих година прошлог века атомско језгро је прво подељено, а 1934. мађарски физичар Силард патентирао је дизајн нуклеарног реактора.
Године 1938. тројица немачких научника - Фриц Страссманн, Отто Хахн и Лиса Меитнер - открили су процес фисије урана током неутронског бомбардовања. Ово је била последња станица на путу за Хирошиму, а ускоро је француски физичар Фредерик Јолиот-Кири добио патент за дизајн уранијумске бомбе. Године 1941. Ферми је завршио теорију нуклеарне ланчане реакције.
У овом тренутку, свет је неумољиво ушао у нови глобални рат, тако да истраживања научника у циљу стварања оружја без преседана не могу проћи незапажено. Велики интерес за такве студије показао је водство Хитлерове Њемачке. Поседујући одличну научну школу, ова земља би могла бити прва која ће створити нуклеарно оружје. Ова перспектива увелико је узнемирила водеће научнике, од којих је већина била изразито анти-немачка. У августу 1939. године, на захтев свог пријатеља Силарда, Алберт Ајнштајн је написао писмо председнику Сједињених Држава, указујући на опасност од нуклеарне бомбе у Хитлеру. Резултат ове преписке је био Комитет за уранијум, а затим и пројекат на Менхетну, који је довео до стварања америчког нуклеарног оружја. Године 1945. Сједињене Државе су већ имале три бомбе: плутонијску "ситницу" (Гадгет) и "дебели човек" (Фат бои), као и уранијум "Мали дечак". "Родитељи" америчког НВ су научници Ферми и Оппенхеимер.
16. јула 1945. године на локацији у Новом Мексику поткопали су "мале ствари", ау августу су "Кид" и "Дебели" пали на јапанске градове. Резултати бомбардовања надмашили су сва очекивања војске.
Године 1949. појавило се нуклеарно оружје у Совјетском Савезу. Године 1952. Американци су прво тестирали први уређај, који се темељио на нуклеарној фузији, а не на пропадању. Ускоро је у СССР-у створена термонуклеарна бомба.
Године 1954. Американци су дигли у зрак тринитротолуен са 15 мегатона. Али најмоћнија нуклеарна експлозија у историји догодила се неколико година касније - Тсар-Бомба од 50 мегатона је експлодирала на Новој Земли.
На срећу, иу СССР-у иу САД-у су брзо схватили на шта би могао да доведе велики нуклеарни рат. Стога су 1967. године суперсиле потписале Уговор о неширењу НПТ-а. Касније је развијен низ споразума који се односе на ову област: САЛТ-И и САЛТ-ИИ, СТАРТ-И и СТАРТ-ИИ, итд.
Нуклеарне експлозије у СССР-у извршене су на Новој Земли иу Казахстану, Американци су тестирали своје нуклеарно оружје на полигону у држави Невада. Године 1996. прихватили смо споразум о забрани сваког испитивања нуклеарног оружја.
Како је атомска бомба?
Нуклеарна експлозија је хаотичан процес ослобађања огромне количине енергије која настаје као резултат нуклеарне фисије или реакције синтезе. Слични и упоредиви енергетски процеси одвијају се у дубинама звијезда.
Језгро атома било које супстанце је подељено када су неутрони апсорбовани, али за већину елемената периодног система, то захтева трошење знатне енергије. Међутим, постоје елементи који су способни за такву реакцију под утицајем неутрона, који имају било коју - чак и минималну - енергију. Зову се фисије.
Изотопи ураниј-235 или плутониј-239 користе се за стварање нуклеарног оружја. Први елемент се налази у Земљиној кори, може се изоловати од природног уранијума (обогаћивање), а плутонијум који се добија од оружја добија се вештачки у нуклеарним реакторима. Постоје и други фисијски елементи који се теоретски могу користити у нуклеарном оружју, али њихово примање је повезано с великим потешкоћама и трошковима, тако да се готово никада не користе.
Главна карактеристика нуклеарне реакције је њен ланац, то јест, самоодржива природа. Када је атом озрачен са неутронима, он се разбија на два фрагмента са ослобађањем велике количине енергије, као и два секундарна неутрона, што, заузврат, може изазвати фисију суседних језгара. Дакле, процес постаје каскадни. Као резултат нуклеарне ланчане реакције у кратком временском периоду, огромна количина "фрагмената" распадајућих језгара и атома у облику високе температуре плазме: неутрони, електрони и кванти електромагнетског зрачења формирају се у врло ограниченој количини. Овај угрушак се брзо шири, стварајући ударни талас огромне деструктивне моћи.
Огромна већина модерних нуклеарних оружја не ради на основу реакције ланчаног пропадања, већ због спајања језгара лаких елемената, који почињу на високим температурама и високом притиску. У овом случају, ослобађа се још већа количина енергије него за време распада језгара, као што је уранијум или плутонијум, али се у принципу резултат не мења - формира се област високе температуре плазме. Такве трансформације се називају термонуклеарне фузијске реакције, а набоји у којима се користе су термонуклеарни.
Одвојено, треба рећи и за посебне типове нуклеарног оружја, у којима је већина енергије фисије (или синтезе) усмерена на један од фактора оштећења. То су неутронска муниција која генерише ток тешког зрачења, као и тзв. Кобалт бомба, која даје максималну радијацијску контаминацију подручја.
Какве су нуклеарне експлозије?
Постоје две главне класификације нуклеарних експлозија:
- на власт;
- по локацији (тачки наплате) у време експлозије.
Снага је дефинитивна карактеристика нуклеарне експлозије. Зависи од радијуса зоне потпуног уништења, као и величине територије контаминиране зрачењем.
За процену овог параметра користи се ТНТ еквивалент. То показује колико тринитротолуена треба да се дигну у ваздух да би се добила упоредива енергија. Према овој класификацији постоје следеће врсте нуклеарних експлозија:
- ултра смалл;
- мали;
- медијум;
- велики;
- ектра ларге.
На ултра ниској (до 1 кТ) експлозији формирана је ватрена кугла пречника не више од 200 метара и облак гљива са надморском висином од 3,5 км. Супер-велике имају снагу више од 1 мТ, њихова ватрена лопта прелази 2 км, а висина облака је 8,5 км.
Једнако важна карактеристика је и локација нуклеарног набоја прије експлозије, као и околина у којој се она догађа. На основу тога се разликују сљедеће врсте нуклеарних експлозија:
- Атмоспхериц. Његов центар може бити на висини од неколико метара до неколико десетина или чак стотине километара изнад земље. У другом случају, припада категорији високих надморских висина (од 15 до 100 км). Зрачна нуклеарна експлозија има облик сферног бљеска;
- Цосмиц. Да би спадала у ову категорију, мора имати висину већу од 100 км;
- Гроунд. Ова група обухвата не само експлозије на површини земље, већ и на висини од неколико метара изнад ње. Пролазе са ослобађањем земље и без ње;
- Ундергроунд. Након потписивања Уговора о забрани тестирања нуклеарног оружја у атмосфери, на Земљи, под водом и у свемиру (1963), овај тип је био једини могући начин тестирања нуклеарног оружја. Изводи се на различитим дубинама, од неколико десетина до стотина метара. Под дебљином земље, формира се шупљина или колона колапса, сила ударног таласа је значајно ослабљена (у зависности од дубине);
- Сурфаце У зависности од висине, може бити бесконтактно и контактно. У другом случају, формирање подводног ударног таласа;
- Ундерватер. Његова дубина је различита, од неколико десетина до неколико стотина метара. На основу тога има своје карактеристике: присуство или одсуство "султана", природа радиоактивне контаминације, итд.
Шта се дешава у нуклеарној експлозији?
Након почетка реакције, значајна количина топлоте и енергије зрачења емитује се у кратком временском периоду иу врло ограниченој количини. Као резултат, температура и притисак расту у центру нуклеарне експлозије до огромних вредности. Далеко, ова фаза се доживљава као веома светла светлећа тачка. У овој фази, већина енергије се претвара у електромагнетно зрачење, углавном у рендгенски дио спектра. То се назива примарним.
Амбијентални ваздух се загрева и избацује из тачке експлозије при надзвучним брзинама. Формира се облак и формира се ударни талас, који је одвојен од њега. Ово се дешава приближно 0,1 мс након почетка реакције. Како се хлади, облак расте и почиње да расте, вукући дуж заражених честица земље и ваздуха. На епицентру формирања левка из нуклеарне експлозије.
Нуклеарне реакције које се дешавају у овом тренутку постају извор бројних различитих зрачења, од гама зрака и неутрона до електрона високе енергије и атомских језгара. Тако настаје продорно зрачење нуклеарне експлозије - један од главних штетних фактора нуклеарног оружја. Поред тога, ово зрачење утиче на атоме околне супстанце, претварајући их у радиоактивне изотопе који инфицирају подручје.
Гама зрачење ионизује атоме околине, стварајући електромагнетни импулс (ЕМП), који онемогућава електронске уређаје у близини. Електромагнетни пулс високих атмосферских експлозија шири се на много већу површину него са земљом или малом надморском висином.
Шта је опасно атомско оружје и како га заштитити?
Главни ударни фактори нуклеарне експлозије:
- емисија светлости;
- схоцк ваве;
- пенетрирајуће зрачење;
- контаминација подручја;
- електромагнетни пулс.
Ако говоримо о експлозији тла, половина њене енергије (50%) иде у формирање ударног вала и лијевак, око 30% долази од зрачења нуклеарне експлозије, 5% од електромагнетног импулса и пенетрирајућег зрачења, а 15% од онечишћења тла.
Свјетлосно зрачење нуклеарне експлозије је један од главних штетних фактора нуклеарног оружја. То је снажан ток енергије зрачења, који укључује зрачење из ултраљубичастих, инфрацрвених и видљивих делова спектра. Њен извор је облак експлозије у раним фазама постојања (ватрена кугла). У то време, она има температуру од 6 до 8 хиљада ° Ц.
Светлосно зрачење се шири скоро тренутно, трајање овог фактора се израчунава у секундама (до максимално 20 секунди). Али, упркос кратком трајању, светлосно зрачење је веома опасно. На малој удаљености од епицентра, он сагори све запаљиве материјале, а на удаљености доводи до великих пожара и пожара. Чак и на значајној удаљености од експлозије могу оштетити органе вида и опекотине коже.
Пошто се зрачење шири у правој линији, свака нетранспарентна баријера може постати одбрана од ње. Овај штетни фактор је значајно ослабљен у присуству дима, магле или прашине.
Ударни талас нуклеарне експлозије је најопаснији фактор нуклеарног оружја. Највише штете на људима, као и уништавање и оштећење објеката настају управо због његовог утицаја. Ударни талас је подручје оштре компресије медија (воде, тла или зрака), које се креће у свим смјеровима из епицентра. Ако говоримо о атмосферској експлозији, онда је брзина ударног вала 350 м / с. Са повећањем удаљености, брзина пада брзо.
Овај штетни фактор има директан ефекат због превеликог притиска и брзине, као и да особа може патити од разних остатака које носи. Ближе епицентру таласа изазива озбиљне сеизмичке вибрације које могу срушити подземне објекте и комуникације.
Треба имати на уму да ни зграде ни чак ни специјална склоништа неће бити у стању да заштите од ударног таласа у непосредној близини епицентра. Међутим, они су прилично ефикасни на значајној удаљености од њега. Разорна снага овог фактора значајно смањује наборе терена.
Пенетрирајуће зрачење. Овај штетни фактор је ток тешког зрачења, који се састоји од неутрона и гама зрака емитованих из епицентра експлозије. Његов ефекат, као и ефекат светлости, је кратког трајања, јер га атмосфера јако апсорбује. Продирање зрачења је опасно 10-15 секунди након нуклеарне експлозије. Из истог разлога, то може утицати на особу само на релативно краткој удаљености од епицентра - 2-3 км. Када се уклони из њега, ниво излагања радијацији се брзо смањује.
Пролазећи кроз ткива нашег тијела, проток честица ионизира молекуле, нарушавајући нормалан проток биолошких процеса, што доводи до неуспјеха најважнијих система тијела. Код тешких оштећења долази до зрачења. Овај фактор има разоран ефекат на неке материјале, а такође омета електронске и оптичке уређаје.
За заштиту од продирања зрачења користе се апсорбујући материјали. За гама зрачење, то су тешки елементи са значајном атомском масом: на пример, олово или гвожђе. Међутим, ове супстанце слабо хватају неутроне, штавише, те честице узрокују индуковану радиоактивност у металима. Неутрони се, заузврат, добро апсорбују помоћу лаких елемената као што су литиј или водоник. За комплексну заштиту објеката или војне опреме користе се вишеслојни материјали. На пример, глава рудника инсталација МБР проветрена армираним бетоном и резервоарима са литијумом. Када се граде анти-нуклеарна склоништа, бор се често додаје грађевинским материјалима.
Електромагнетни пулс. Упечатљив фактор који не утиче на здравље људи или животиња, већ онемогућава електронске уређаје.
Моћно електромагнетно поље јавља се након нуклеарне експлозије као резултат изложености тешким атомима на околину. Његов ефекат је кратак (неколико милисекунди), али је и довољно да оштети опрему и водове. Снажна јонизација ваздуха нарушава нормалан рад радио комуникација и радарских станица, тако да се експлозијом нуклеарног оружја користи систем за упозоравање на ракетни напад.
Ефикасан начин заштите од ЕМР је заштита електронске опреме. Користи се у пракси већ неколико деценија.
Контаминација зрачењем. Извор овог фактора оштећења су производи нуклеарних реакција, неискоришћени део набоја, као и индуковано зрачење. Инфекција у нуклеарној експлозији представља озбиљну опасност по људско здравље, посебно зато што је полуживот многих изотопа веома дуг.
Инфекција ваздуха, терена и објеката настаје као резултат таложења радиоактивних супстанци. Они се одлажу на путу, формирајући радиоактивни траг. Штавише, како се удаљеност од епицентра смањује, опасност се смањује. Наравно, подручје експлозије постаје подручје инфекције. Већина опасних супстанци пада као падавина током 12-24 сата након експлозије.
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.
