16 juli 1945 vid US Air Force Base i New Mexico inträffade en händelse som förändrade hela mänsklighetens efterföljande historia. Vid 5 timmar 30 minuter lokal tid exploderades världens första atomvapen Gadget, med en kapacitet på 20 kiloton i TNT, här. Enligt ögonvittnen översteg ljusstyrkan i explosionen betydligt solljus vid middagstid, och den molnformade svampformen på bara fem minuter nådde en höjd av 11 kilometer. Dessa framgångsrika prövningar var början på en ny era av mänskligheten - kärnvapen. På bara några månader kommer folk från Hiroshima och Nagasaki att fullt ut uppleva kraften och rasen av det skapade vapnet.
Amerikanerna hade inte monopol på en atomvapen länge, och de kommande fyra decennierna blev en period av hård konfrontation mellan USA och Sovjetunionen, som ingick i historiböcker kallade det kalla kriget. Kärnvapen idag är den viktigaste strategiska faktorn som alla måste räkna med. Idag innehåller eliten kärnklubb faktiskt åtta stater, flera fler länder är allvarligt engagerade i skapandet av kärnvapen. De flesta av avgifterna finns i amerikanska och ryska arsenalen.
Vad är en nukleär explosion? Vad är de som och vilken fysik är en kärn explosion? Är moderna kärnvapen annorlunda än de avgifter som tappades på japanska städer för tjugo år sedan? Tja, och det viktigaste: Vilka är de främsta slående faktorerna i en kärn explosion och är det möjligt att försvara sig mot deras inverkan? Allt detta kommer att diskuteras i detta material.
Från historien om denna fråga
Slutet av 1900-talet och det första kvartalet av 1900-talet blev för kärnfysik en period av oöverträffade genombrott och fantastiska prestationer. Vid mitten av 1930-talet hade forskare gjort nästan alla teoretiska upptäckter som gjorde det möjligt att skapa en nukleär laddning. I början av 1930-talet delades atomkärnan först och 1934 patenterade den ungerska fysikern Silard en kärnreaktors konstruktion.
1938 upptäckte tre tyska forskare - Fritz Strassmann, Otto Hahn och Lisa Meitner - processen med fission av uran under neutronbombardemang. Detta var det sista stoppet på vägen till Hiroshima, snart fick den franska fysikern Frederic Joliot-Curie ett patent för utformningen av en uranbomb. 1939 avslutade Fermi kärnreaktionsteorin.
Vid den här tiden rullade världen oerhört in i ett nytt globalt krig, så forskningen av vetenskapsmän som syftade till att skapa vapen av aldrig tidigare skådad förälskelse kunde inte gå obemärkt. Stort intresse för sådana studier visade ledningen för Hitlers Tyskland. Med en utmärkt vetenskaplig skola kan detta land vara den första som skapar kärnvapen. Den här utsikten störde väldigt de ledande forskarna, varav de flesta var extremt tyska. I augusti 1939 skrev Albert Einstein på begäran av sin vän Sylard ett brev till Förenta staternas president, vilket indikerar faran för en atomvapen i Hitler. Resultatet av denna korrespondens var först urankommittén, och sedan Manhattanprojektet, vilket ledde till skapandet av amerikanska kärnvapen. 1945 hade USA redan tre bomber: Plutonium "little thing" (Gadget) och "Fat Man" (Fat Boy), och även uran "Little Boy" (liten pojke). "Föräldrarna" till amerikanska NW är forskarna Fermi och Oppenheimer.
16 juli 1945 på platsen i New Mexico, undergrävde de "små sakerna" och i augusti föll "Kid" och "Fat Man" på japanska städer. Resultaten av bombningen överträffade alla förväntningar på militären.
1949 uppträdde kärnvapen i Sovjetunionen. År 1952 testade amerikanerna först den första enheten, som var baserad på kärnfusion, inte sönderfall. Snart bildades den termonukleära bomben i Sovjetunionen.
1954 blåste amerikanerna upp en 15 megaton trinitrotoluenenhet. Men den mest kraftfulla kärnkrafts explosionen i historien ägde rum några år senare - en tjej-bomba på 50 megaton var uppblåst på Novaya Zemlya.
Lyckligtvis, både i Sovjetunionen och i USA förstod de snabbt vad ett stort kärnvapenkrig skulle kunna leda till. Därför undertecknade supermakterna 1967 NPT-icke-spridningsfördraget. Senare utvecklades ett antal avtal avseende detta område: SALT-I och SALT-II, START-I och START II, etc.
Nukleära explosioner i Sovjetunionen genomfördes på Novaya Zemlya och i Kazakstan testade amerikanerna sina kärnvapen på en testplats i delstaten Nevada. 1996 godkände vi ett avtal om att förbjuda testning av kärnvapen.
Hur är atombommen?
En kärn explosion är en kaotisk process för att frigöra en enorm mängd energi som bildas som ett resultat av en kärnfission eller syntesreaktion. Liknande och jämförbara kraftprocesser förekommer i djupet av stjärnor.
Kärnan hos en atom av vilken substans som helst är uppdelad när neutron absorberas, men för de flesta elementen i det periodiska bordet kräver detta att man spenderar stor energi. Det finns emellertid element som kan göra en sådan reaktion under inverkan av neutroner, som har någon - även minimal - energi. De kallas fissila.
Uran-235- eller plutonium-239-isotoper används för att skapa kärnvapen. Det första elementet finns i jordskorpan, det kan isoleras från naturligt uran (anrikning), och plutonium av vapenskikt erhålls konstgjort i kärnreaktorer. Det finns andra klyvbara element som teoretiskt kan användas i kärnvapen, men kvittot är förknippat med stora svårigheter och kostnader, så de används nästan aldrig.
Huvuddragen i en kärnreaktion är dess kedja, det vill säga självbärande naturen. När en atom bestrålas med neutroner, bryter den upp i två fragment med utsläpp av en stor mängd energi, såväl som två sekundära neutroner, vilket i sin tur kan orsaka klyvning av närliggande kärnor. Så processen blir cascading. Som ett resultat av en kärnkedjereaktion på kort tid bildas en enorm mängd "fragment" av förfallna kärnor och atomer i form av en högtemperaturplasma: neutroner, elektroner och kvanta elektromagnetisk strålning i en mycket begränsad volym. Denna klump expanderar snabbt och bildar en chockvåg av enorm destruktiv kraft.
Den överväldigande majoriteten av moderna kärnvapen fungerar inte på grundval av en kedjedbrytningsreaktion, utan på grund av fusion av kärnor av lätta element, som börjar vid höga temperaturer och högt tryck. I detta fall frigörs en ännu större mängd energi än under sönderfall av kärnor som uran eller plutonium, men i princip förändras inte resultatet - en region med högtemperaturplasma bildas. Sådana transformationer kallas termonukleära fusionsreaktioner, och laddningarna i vilka de används är termonukleära.
Separat bör man säga om speciella typer av kärnvapen, där det mesta av fissionens (eller syntesens) energi är inriktad på en av skadorna. Dessa inkluderar neutronmunitioner som genererar en ström av hård strålning, liksom den så kallade koboltbomben, vilket ger maximal strålningskontaminering av området.
Vilka är kärnexplosionerna?
Det finns två huvudklassificeringar av nukleära explosioner:
- på makten
- vid plats (laddningsplats) vid explosionstidpunkten.
Makt är den avgörande egenskapen för en kärn explosion. Det beror på radien i zonen för fullständig förstöring, liksom storleken på det område som är förorenat av strålning.
För att uppskatta denna parameter används TNT-ekvivalenten. Det visar hur mycket trinitrotoluen behöver blåsas upp för att få jämförbar energi. Enligt denna klassificering finns följande typer av kärnexplosioner:
- ultra liten;
- liten;
- medium;
- stort;
- extra stor.
Vid ultralå (upp till 1 kT) explosion bildas en eldboll med en diameter av högst 200 meter och en svampdimma med en höjd av 3,5 km. Superstorlekarna har en effekt på mer än 1 mT, deras eldboll överstiger 2 km och molnens höjd är 8,5 km.
En lika viktig funktion är kärnladdningens placering före explosionen, såväl som miljön där den förekommer. På detta sätt utmärks av följande typer av kärnexplosioner:
- Aspirerade. Dess centrum kan vara i en höjd av flera meter till tiotals, eller till och med hundratals kilometer ovanför marken. I det senare fallet hör det till kategorin höghöjd (från 15 till 100 km). En kärn explosion i luften har en sfärisk blixtform;
- Space. För att falla in i denna kategori måste den ha en höjd över 100 km;
- Ground. Denna grupp omfattar inte bara explosioner på jordens yta, men också i en höjd av flera meter över den. De passerar med jordens utsläpp och utan det;
- Underground. Efter undertecknandet av fördraget om förbud mot att testa kärnvapen i atmosfären, på jorden, under vatten och i rymden (1963) var denna typ den enda möjliga sättet att testa kärnvapen. Det utförs på olika djup, från flera tiotals hundratals meter. Under jordens tjocklek bildas en kavitet eller en kollapskolonn, kraften hos chockvågen är signifikant försvagad (beroende på djupet);
- Flygning. Beroende på höjden kan det vara kontaktlöst och kontakta. I det senare fallet bildas en undervattenschockvåg;
- Underwater. Dess djup är annorlunda, från tiotals till hundratals meter. På grundval av detta har den sina egna egenskaper: närvaron eller frånvaron av "sultanen", typen av radioaktiv förorening etc.
Vad händer i en kärn explosion?
Efter reaktionens början emitteras en betydande mängd värme- och strålningsenergi inom en kort tidsperiod och i en mycket begränsad volym. Som ett resultat ökar temperaturen och trycket i mitten av en kärnexplosion till enorma värden. Från fjärran uppfattas denna fas som en mycket ljus lyspunkt. I detta skede omvandlas det mesta av energi till elektromagnetisk strålning, huvudsakligen i röntgendelen av spektret. Det kallas primärt.
Omgivande luft uppvärms och expanderas från explosionspunkten vid supersoniska hastigheter. Ett moln bildas och en chockvåg bildas, vilken är avskild från den. Detta inträffar approximativt 0,1 msek efter reaktionens början. När det kyler växer molnet och börjar stiga, dra över de infekterade markpartiklarna och luften. Vid epicentret av bildandet av en tratt från en kärn explosion.
Kärnreaktioner som uppstår vid denna tidpunkt blir källan till ett antal olika strålningar, från gammastrålar och neutroner till högeffektiva elektroner och atomkärnor. Så här uppstår penetrerande strålning av en nukleär explosion - en av de viktigaste skadliga faktorerna för kärnvapen. Dessutom påverkar denna strålning atomerna i den omgivande substansen och omvandlar dem till radioaktiva isotoper som infekterar området.
Gamma-strålningen joniserar atomerna i miljön, vilket skapar en elektromagnetisk puls (EMP), som inaktiverar alla elektroniska enheter i närheten. Den elektromagnetiska puls av atmosfäriska explosioner i hög höjd sprider sig till ett mycket större område än med mark eller låg höjd.
Vad är farliga atomvapen och hur man skyddar mot det?
De viktigaste slående faktorerna för en kärn explosion:
- ljusutsläpp;
- chockvåg;
- penetrerande strålning;
- förorening av området
- elektromagnetisk puls.
Om vi talar om en grund explosion, hälften av sin energi (50%) går till bildandet av en chockvåg och en tratt, cirka 30% kommer från strålning av en kärn explosion, 5% från en elektromagnetisk puls och penetrerande strålning och 15% från markförorening.
Ljusstrålningen av en kärnvapenns explosion är en av de viktigaste skadliga faktorerna för kärnvapen. Det är ett kraftfullt flöde av strålande energi, som innefattar strålning från de ultravioletta, infraröda och synliga delarna av spektret. Källan är ett explosionsmoln i de tidiga existensstadierna (eldboll). Vid denna tidpunkt har den en temperatur från 6 till 8000 ° C.
Ljusstrålning sprids nästan direkt, varaktigheten av denna faktor beräknas i sekunder (upp till högst 20 sekunder). Men trots den korta varaktigheten är ljusstrålning mycket farlig. På kort avstånd från epicentret bränner det allt brännbart material och leder på avstånd till storskaliga bränder och bränder. Även på ett avsevärt avstånd från explosionen kan skadorna av synen och brännskadorna bli skadade.
Eftersom strålningen sprider sig i en rak linje, kan en osynlig barriär bli ett försvar mot det. Denna skadliga faktor försvagas väsentligt i närvaro av rök, dimma eller damm.
Chockvågen av en kärn explosion är den farligaste kärnvapenfaktorn. De flesta skador på människor, liksom förstörelse och skador på föremål sker exakt på grund av dess inverkan. Chockvågen är ett område med vass kompression av mediet (vatten, jord eller luft) som rör sig i alla riktningar från epicentret. Om vi talar om den atmosfäriska explosionen är hastigheten hos chockvågen 350 m / s. Med ökande avstånd sjunker hastigheten snabbt.
Denna skadliga faktor har en direkt effekt på grund av överdriven tryck och hastighet, såväl som en person kan lida av olika skräp som den bär. Närmare vågens epicentrum orsakar allvarliga seismiska vibrationer som kan leda till underjordiska anläggningar och kommunikationer.
Det bör förstås att varken byggnader eller ens speciella skyddshallar kommer att kunna skydda mot en chockvåg i närheten av epicentret. Men de är ganska effektiva på ett avsevärt avstånd från det. Den destruktiva kraften i denna faktor minskar väsentligt vikten på terrängen.
Penetrerande strålning. Denna skadliga faktor är en ström av hård strålning, som består av neutroner och gammastrålar som släpps ut från explosionscentrets epicenter. Dess effekt, som ljusets ljus, är kortvarig, eftersom den absorberas starkt av atmosfären. Penetrerande strålning är farlig i 10-15 sekunder efter en nukleär explosion. Av samma anledning kan det påverka en person bara på ett relativt kort avstånd från epicentret - 2-3 km. När det tas bort, minskar strålningsexponeringsnivån snabbt.
Genom att passera genom kroppens vävnader ioniserar partikelflödet molekylerna och stör det normala flödet av biologiska processer, vilket leder till att kroppens viktigaste system misslyckas. Vid svåra skador uppstår strålningssjukdom. Denna faktor har en förödande effekt på vissa material och stör också elektroniska och optiska enheter.
För att skydda mot penetrerande strålning används absorberande material. För gammastrålning är dessa tunga element med en betydande atomvikt: till exempel bly eller järn. Dessa ämnen absorberar emellertid dåligt neutroner, dessutom orsakar dessa partiklar inducerad radioaktivitet i metaller. Neutroner absorberas i sin tur väl av lätta element som litium eller väte. För komplext skydd av föremål eller militär utrustning används flera lagermaterial. Till exempel är chefen för en gruvinstallation MBR skärmad med armerad betong och tankar med litium. Vid byggandet av anti-nukleära skyddsrum läggs bor ofta till byggmaterial.
Elektromagnetisk puls. En slående faktor som inte påverkar människors eller djurs hälsa, men inaktiverar elektroniska enheter.
Ett kraftfullt elektromagnetiskt fält uppstår efter en kärnexplosion som ett resultat av exponering för hårda atomer på miljön. Effekten är kort (några millisekunder), men det är också tillräckligt att skada utrustning och kraftledningar. Stark jonisering av luft stör normal drift av radiokommunikation och radarstationer, så sprängning av kärnvapen används för att blinda missilangreppsvarningssystemet.
Ett effektivt sätt att skydda mot EMR är skärmning av elektronisk utrustning. Den har använts i praktiken i många årtionden.
Strålningskontaminering. Källan för denna skadafaktor är produkterna av kärnreaktioner, den oanvända delen av laddningen såväl som inducerad strålning. Infektion i en nukleär explosion utgör en allvarlig fara för människors hälsa, särskilt eftersom halveringstiden för många isotoper är mycket lång.
Infektion av luft, terräng och föremål uppstår som en följd av deponering av radioaktiva ämnen. De deponeras längs vägen och bildar ett radioaktivt spår. Dessutom, när avståndet från epicentret minskar, minskar faran. Och självklart blir explosionsområdet i sig ett infektionsområde. De flesta av de farliga ämnena faller som utfällning under 12-24 timmar efter explosionen.
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.
