16. júla 1945 v leteckej základni USA v Novém Mexiku došlo k udalosti, ktorá zmenila celú nasledujúcu históriu ľudstva. Pri 5 hodinách a 30 minútach miestneho času bola na svete explodovaná prvá jadrová bomba Gadget s kapacitou 20 kilotónov v TNT. Podľa očitých svedkov jasnosť explózie výrazne prevýšila slnečné svetlo v poledne a oblak húb dosiahol výšku 11 kilometrov za päť minút. Tieto úspešné pokusy boli začiatkom novej éry ľudstva - jadrovej. Len za pár mesiacov budú ľudia z Hirošimy a Nagasaki úplne zažiť silu a zlosť vytvorenej zbrane.
Američania už dlho nemali monopol na jadrovú bombu a ďalšie štyri desaťročia sa stali obdobím ťažkej konfrontácie medzi USA a ZSSR, ktoré bolo zahrnuté v knihách o histórii nazývaných studená vojna. Dnes jadrové zbrane sú najdôležitejším strategickým faktorom, s ktorým musí každý počítať. Dnes má elitný jadrový klub vlastne osem štátov, niekoľko ďalších krajín sa vážne zaoberá tvorbou jadrových zbraní. Väčšina obvinení je v arzenáli Spojených štátov a Ruska.
Čo je jadrový výbuch? Aké sú a aké sú fyzika jadrového výbuchu? Sú moderné jadrové zbrane odlišné od poplatkov, ktoré boli pred japonskými mestami upadnuté pred 70 rokmi? Nuž a hlavná vec: aké sú hlavné udalosti faktu jadrového výbuchu a je možné sa brániť pred ich dopadom? Toto všetko sa bude diskutovať v tomto materiáli.
Z histórie tejto problematiky
Koniec 19. a prvej štvrtiny 20. storočia sa stal jadrovou fyzikou obdobím nebývalých prelomov a úžasných úspechov. V polovici 30. rokov minulého storočia vedci urobili takmer všetky teoretické objavy, ktoré umožnili vytvorenie jadrového náboja. Na začiatku 30. rokov 20. storočia sa atomové jadro rozpadlo najprv a v roku 1934 maďarský fyzik Silard patentoval dizajn jadrového reaktora.
V roku 1938 objavili tri nemeckí vedci - Fritz Strassmann, Otto Hahn a Lisa Meitner - proces štiepenia uránu počas neutrónového bombardovania. Toto bola posledná zastávka na ceste do Hirošimy, čoskoro dostal francúzsky fyzik Frederic Joliot-Curie patent na návrh uránovej bomby. V roku 1941 Fermi dokončil teóriu jadrovej reťazovej reakcie.
V tejto dobe sa svet neúprosne premenil na novú globálnu vojnu, takže výskum vedcov, zameraný na vytvorenie zbraní bezprecedentnej tlakovej sily, nemohol zostať bez povšimnutia. Veľký záujem o takéto štúdie ukázal vedenie Hitlerovho Nemecka. Táto krajina, ktorá má vynikajúcu vedeckú školu, mohla byť prvou, ktorá vytvorila jadrové zbrane. Táto perspektíva značne narušila vedúcich vedcov, z ktorých väčšina bola mimoriadne protinožcová. V auguste 1939 Albert Einstein na žiadosť svojho kamaráta Sylarda napísal list prezidentovi Spojených štátov, v ktorom uviedol, že v Hitlerovi je nebezpečenstvo jadrovej bomby. Výsledkom tejto korešpondencie bol najprv Uránový výbor a potom projekt Manhattan, ktorý viedol k vytvoreniu amerických jadrových zbraní. V roku 1945 už mali Spojené štáty tri bomby: plutónia "malá vec" (Gadget) a "tlstý muž" (Fat boy) a tiež urán "Malý chlapec". "Rodičia" amerického severozápadu sú vedci Fermi a Oppenheimer.
16. júla 1945 na mieste v Novom Mexiku podkopali "vec" av auguste "Kid" a "Fat Man" klesli na japonské mestá. Výsledky bombardovania prekročili všetky očakávania armády.
V roku 1949 sa objavili jadrové zbrane v Sovietskom zväze. V roku 1952 Američania prvýkrát testovali prvé zariadenie, ktoré bolo založené na jadrovej fúzii, nie na rozpad. Čoskoro bola v ZSSR vytvorená termonukleárna bomba.
V roku 1954 Američania vybuchli 15-megatonové trinitrotoluénové zariadenie. Ale najsilnejší jadrový výbuch v histórii sa uskutočnil o niekoľko rokov neskôr - bol na Novaya Zemlja vyhodený 50-megatonský cár-Bomba.
Našťastie, tak v ZSSR, ako aj v USA rýchlo pochopili, čo by mohlo viesť k veľkej jadrovej vojne. V roku 1967 teda veľmoci podpísali Zmluvu o nešírení jadrových zbraní. Neskôr boli vypracované viaceré dohody týkajúce sa tejto oblasti: SALT-I a SALT-II, START-I a START-II atď.
Jadrové výbuchy v ZSSR boli vykonané na Novaya Zemlya a v Kazachstane, Američania testovali svoje jadrové zbrane na skúšobnom mieste v štáte Nevada. V roku 1996 sme prijali dohodu o zákaze akéhokoľvek testovania jadrových zbraní.
Ako je atómová bomba?
Jadrová explózia je chaotický proces uvoľnenia obrovského množstva energie, ktorá vzniká v dôsledku reakcie jadrového štiepenia alebo syntézy. Podobné a porovnateľné energetické procesy sa vyskytujú v hĺbkach hviezd.
Jadro atómu akejkoľvek látky je rozdelené, keď sú absorbované neutróny, ale pre väčšinu prvkov periodickej tabuľky to vyžaduje značné množstvo energie. Existujú však prvky schopné takejto reakcie pod vplyvom neutrónov, ktoré majú nejakú - dokonca minimálnu - energiu. Nazývajú sa štiepenie.
Izotopy uránu-235 alebo plutónia-239 sa používajú na výrobu jadrových zbraní. Prvý prvok sa nachádza v zemskej kôre, môže byť izolovaný z prírodného uránu (obohacovanie) a plutónium zbraňového typu sa získava umelo v jadrových reaktoroch. Existujú aj iné štiepne prvky, ktoré sa teoreticky môžu používať v jadrových zbraniach, ale ich príjem je spojený s veľkými ťažkosťami a nákladmi, takže sa takmer nikdy nepoužívajú.
Hlavným rysom jadrovej reakcie je jej reťazec, teda samozdržiavacia povaha. Keď je atóm ožarovaný neutrónmi, rozpadá sa na dva fragmenty s uvoľnením veľkého množstva energie, ako aj dva sekundárne neutrony, ktoré naopak môžu spôsobiť štiepenie susedných jadier. Takže proces sa stáva kaskádovitým. Výsledkom jadrovej reťazovej reakcie v krátkom časovom období je tvorba obrovského množstva "fragmentov" rozpadajúcich sa jadier a atómov vo forme vysokoteplotnej plazmy: neutrony, elektróny a kvantá elektromagnetického žiarenia vo veľmi obmedzenom objeme. Táto zrazenina sa rýchlo rozširuje a vytvára šokovú vlnu obrovskej deštruktívnej sily.
Drvivá väčšina moderných jadrových zbraní nefunguje na základe reťazovej rozpadovej reakcie, ale v dôsledku fúzie jadier ľahkých prvkov, ktoré začínajú pri vysokých teplotách a vysokom tlaku. V tomto prípade sa uvoľní ešte väčšie množstvo energie ako počas rozpadu jadier, ako je urán alebo plutónium, ale v princípe sa výsledok nemení - vzniká oblasť vysokoteplotnej plazmy. Takéto transformácie sa nazývajú termonukleárne fúzne reakcie a náboje, v ktorých sú použité, sú termonukleárne.
Samostatne by sa malo hovoriť o špeciálnych typoch jadrových zbraní, pri ktorých je väčšina energie štiepenia (alebo syntézy) zameraná na jeden z faktorov poškodenia. Patrí medzi ne neutronová munícia, ktorá vytvára prúd tvrdého žiarenia, ako aj takzvanú kobaltovú bombu, ktorá dáva maximálnu kontamináciu oblasti žiarením.
Aké sú jadrové výbuchy?
Existujú dve hlavné klasifikácie jadrových explózií:
- na energiu;
- podľa miesta (bod náplne) v čase výbuchu.
Výkon je definujúcou charakteristikou jadrovej explózie. Závisí od polomeru zóny úplného zničenia, ako aj od veľkosti územia kontaminovaného žiarením.
Na odhadnutie tohto parametra sa používa ekvivalent TNT. Ukazuje, koľko trinitrotoluénu je potrebné vyfúkať, aby sa získala porovnateľná energia. Podľa tejto klasifikácie existujú tieto druhy jadrových explózií:
- ultra malý;
- malá;
- médium;
- veľký;
- extra veľké.
Pri extrémnej explozii (do 1 kT) sa vytvorí ohnivá guľa s priemerom nie väčším ako 200 metrov a húbový oblak s nadmorskou výškou 3,5 km. Veľmi veľké majú výkon viac ako 1 mT, ich ohnivá loptička presahuje 2 km a výška oblaku je 8,5 km.
Rovnako dôležitou vlastnosťou je umiestnenie jadrového náboja pred explóziou, ako aj prostredie, v ktorom sa vyskytuje. Na tomto základe sa rozlišujú tieto typy jadrových explózií:
- Aspirated. Jeho centrum môže byť vo výške niekoľkých metrov až desiatok alebo dokonca stoviek kilometrov nad zemou. V druhom prípade patrí do kategórie vysokej nadmorskej výšky (od 15 do 100 km). Anténny jadrový výbuch má sférický zábleskový tvar;
- Space. Aby spadala do tejto kategórie, musí mať výšku väčšiu ako 100 km;
- Ground. Táto skupina zahŕňa nielen výbuchy na povrchu zeme, ale aj vo výške niekoľkých metrov nad ním. Prechádzajú uvoľnením pôdy a bez nej;
- Podzemí. Po podpísaní Zmluvy o zákaze testovania jadrových zbraní v atmosfére, na Zemi, vo vode a vo vesmíre (1963) bol tento typ jediným možným spôsobom ako testovať jadrové zbrane. Vykonáva sa v rôznych hĺbkach od niekoľkých desiatok do stoviek metrov. Pod hrúbkou zeme, dutinou alebo kolážou sa vytvorí silou rázovej vlny, ktorá je značne oslabená (v závislosti od hĺbky);
- Nad vodou. V závislosti od výšky môže byť bezkontaktná a môže sa dotýkať. V druhom prípade je vytvorenie podvodnej rázovej vlny;
- Pod vodou. Jeho hĺbka je odlišná od desiatok až po stovky metrov. Na základe toho má svoje vlastné charakteristiky: prítomnosť alebo neprítomnosť "sultána", povaha rádioaktívnej kontaminácie atď.
Čo sa stane pri jadrovom výbuchu?
Po začiatku reakcie sa v krátkom časovom období a vo veľmi obmedzenom objeme vyžaruje značné množstvo tepla a vyžarujúcej energie. V dôsledku toho sa teplota a tlak zvyšujú v strede jadrového výbuchu na obrovské hodnoty. Z diaľky je táto fáza vnímaná ako veľmi jasná svetelná bodka. V tomto štádiu sa väčšina energie mení na elektromagnetické žiarenie, najmä v röntgenovej časti spektra. Nazýva sa to primárne.
Okolitý vzduch je vyhrievaný a vypudzovaný z miesta výbuchu pri nadzvukových rýchlostiach. Vytvorí sa oblak a vytvorí sa nárazová vlna, ktorá sa od nej oddelí. K tomu dochádza približne po 0,1 ms po začiatku reakcie. Počas ochladzovania sa oblak rozrastie a začne stúpať, preťahuje sa pozdĺž infikovaných častíc pôdy a vzduchu. Na epicentru vzniku nálevu z jadrového výbuchu.
Jadrové reakcie vyskytujúce sa v tomto čase sa stávajú zdrojom množstva rôznych žiarení, od gama lúčov a neutrónov po elektróny s vysokou energiou a atómové jadrá. Tak vzniká prenikavé ožarovanie jadrového výbuchu - jeden z hlavných škodlivých faktorov jadrových zbraní. Okrem toho toto žiarenie ovplyvňuje atómy okolitej látky a mení ich na rádioaktívne izotopy, ktoré infikujú oblasť.
Gama žiarenie ionizuje atómy prostredia, vytvára elektromagnetický impulz (EMP), ktorý zablokuje všetky elektronické zariadenia v okolí. Elektromagnetický impulz veľkých výbušných atmosférických výbuchov sa rozširuje na oveľa väčšiu plochu než na zem alebo na nízku nadmorskú výšku.
Čo sú nebezpečné atómové zbrane a ako ich chrániť?
Hlavné udivujúce faktory jadrového výbuchu:
- svetelné emisie;
- šoková vlna;
- prenikajúce žiarenie;
- kontaminácia oblasti;
- elektromagnetický impulz.
Ak hovoríme o zemnej explózii, polovica jej energie (50%) ide na formovanie rázovej vlny a lieviku, asi 30% pochádza z ožiarenia jadrového výbuchu, 5% z elektromagnetického impulzu a prenikajúceho žiarenia a 15% od kontaminácie terénu.
Svetlé žiarenie jadrovej explózie je jedným z hlavných škodlivých faktorov jadrových zbraní. Je to silný prúd sálavých energií, ktorý zahŕňa žiarenie z ultrafialového, infračerveného a viditeľného dielu spektra. Jeho zdrojom je oblak výbuchu v počiatočných štádiách existencie (ohnivá guľa). V tejto dobe má teplotu od 6 do 8000 ° C.
Svetelné žiarenie sa šíri takmer okamžite, trvanie tohto faktora sa vypočíta v sekundách (maximálne 20 sekúnd). Ale napriek krátkodobému trvaniu je svetelné žiarenie veľmi nebezpečné. V krátkej vzdialenosti od epicentra spaľuje všetky horľavé materiály a vo vzdialenosti vedie k rozsiahlym požiarom a požiarom. Dokonca aj vo veľkej vzdialenosti od explózie môžu poškodiť zrakové orgány a popáleniny kože.
Keďže sa žiarenie šíri v priamom smere, akákoľvek nepriehľadná bariéra sa môže stať obranou proti nemu. Tento škodlivý faktor je výrazne oslabený za prítomnosti dymu, hmly alebo prachu.
Šoková vlna jadrovej explózie je najnebezpečnejším faktorom jadrových zbraní. Väčšina škôd na ľuďoch, ako aj zničenie a poškodenie objektov nastáva práve kvôli jeho vplyvu. Nárazová vlna je oblasťou ostrého stlačenia média (voda, zemina alebo vzduch), ktorá sa pohybuje vo všetkých smeroch od epicentra. Ak hovoríme o atmosférickej explózii, rýchlosť nárazovej vlny je 350 m / s. So zvyšujúcou sa vzdialenosťou jeho rýchlosť klesá rýchlo.
Tento škodlivý faktor má priamy účinok z dôvodu nadmerného tlaku a rýchlosti, rovnako ako človek môže trpieť rôznymi nečistotami, ktoré nesie. Bližšie k epicentrálu vlny spôsobuje vážne seizmické vibrácie, ktoré môžu zničiť podzemné zariadenia a komunikáciu.
Malo by byť zrejmé, že ani budovy, ani špeciálne prístrešky nebudú schopné chrániť pred nárazovou vlnou v bezprostrednej blízkosti epicentra. Sú však dosť účinné v značnej vzdialenosti od toho. Deštruktívna sila tohto faktora výrazne znižuje záhyby terénu.
Prenikajúce žiarenie. Tento škodlivý faktor je prúd tvrdého žiarenia, ktorý sa skladá z neutrónov a žiarenia gama emitovaného z epicentra explózie. Jeho účinok, rovnako ako ten svetla, je krátky, pretože je silne absorbovaný atmosférou. Prienikové žiarenie je nebezpečné 10 až 15 sekúnd po jadrovom výbuchu. Z rovnakého dôvodu môže postihnúť osobu iba v relatívne krátkej vzdialenosti od epicentra - 2-3 km. Po odstránení sa rýchlosť expozície radiačne rýchlo klesá.
Prechádzajúc tkanivami nášho tela tok častíc ionizuje molekuly, narušuje normálny tok biologických procesov, čo vedie k zlyhaniu najdôležitejších systémov tela. Pri ťažkých léziách dochádza k osteoporóze. Tento faktor má na niektoré materiály devastujúci účinok a tiež narúša elektronické a optické zariadenia.
Na ochranu pred penetračným žiarením sa používajú absorbčné materiály. Pre gama žiarenie sú to ťažké prvky s významnou atómovou hmotnosťou: napríklad olovo alebo železo. Avšak tieto látky zle zachytia neutrony, navyše tieto častice spôsobujú indukovanú rádioaktivitu v kovoch. Neutróny sú naopak dobre absorbované ľahkými prvkami, ako je lítium alebo vodík. Pre komplexnú ochranu objektov alebo vojenského vybavenia sa používajú viacvrstvové materiály. Napríklad hlavu banského zariadenia MBR preosievaného železobetónom a nádrží s lítiom. Pri budovaní protinádorových prístreškov sa často pridáva bór do stavebných materiálov.
Elektromagnetický impulz. Výrazný faktor, ktorý neovplyvňuje zdravie ľudí alebo zvierat, ale zablokuje elektronické zariadenia.
Silné elektromagnetické pole sa vyskytuje po jadrovej explózii v dôsledku vystavenia tvrdým atómom v prostredí. Jeho účinok je krátky (niekoľko milisekúnd), ale je tiež dostatočný na poškodenie zariadení a elektrických vedení. Silná ionizácia vzduchu narušuje normálnu prevádzku rádiokomunikácií a radarových staníc, takže otryskávanie jadrových zbraní slúži na zaslepenie varovného systému raketových útokov.
Efektívnym spôsobom ochrany proti EMR je tienenie elektronických zariadení. V praxi sa používa už mnoho desaťročí.
Radiačná kontaminácia. Zdrojom tohto faktora poškodenia sú produkty jadrových reakcií, nepoužitá časť náboja, ako aj indukované žiarenie. Infekcia pri jadrovej explózii predstavuje vážne nebezpečenstvo pre ľudské zdravie, najmä preto, že polčas rozpadu mnohých izotopov je veľmi dlhý.
Infekcia vzduchu, terénu a predmetov nastáva v dôsledku ukladania rádioaktívnych látok. Sú uložené pozdĺž cesty a vytvárajú rádioaktívne stopy. Navyše, keďže vzdialenosť od epicentra klesá, nebezpečenstvo klesá. A samozrejme, oblasť samotnej explózie sa stáva oblasťou infekcie. Väčšina nebezpečných látok spadá ako zrážky počas 12 až 24 hodín po explózii.
Hlavnými parametrami tohto faktora sú dávka žiarenia a jeho výkon.
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.
