16. srpnja 1945. u američkoj zrakoplovnoj bazi u Novom Meksiku dogodio se događaj koji je promijenio čitavu kasniju povijest čovječanstva. U 5 sati i 30 minuta po lokalnom vremenu, ovdje je eksplodirao prvi svjetski nuklearni bombaški uređaj, kapaciteta 20 kilotona u TNT-u. Prema riječima očevidaca, svjetlina eksplozije znatno je premašila sunčevu svjetlost u podne, a oblik oblaka u obliku oblaka u samo pet minuta dosegao je visinu od 11 kilometara. Ova uspješna suđenja bila su početak nove ere čovječanstva - nuklearne. Za samo nekoliko mjeseci, ljudi Hirošime i Nagasakija u potpunosti će iskusiti moć i bijes stvorenog oružja.
Amerikanci dugo nisu imali monopol na nuklearnu bombu, a sljedeća četiri desetljeća postaju razdoblje teškog sukoba između SAD-a i SSSR-a, koji je uključen u povijesne knjige nazvane Hladni rat. Danas je nuklearno oružje najvažniji strateški faktor s kojim se svi moraju sjetiti. Danas, elitni nuklearni klub zapravo uključuje osam država, još nekoliko zemalja ozbiljno se bavi stvaranjem nuklearnog oružja. Većina optužbi nalazi se u arsenalu SAD-a i Rusije.
Što je nuklearna eksplozija? Kakve su i kakva je fizika nuklearne eksplozije? Je li se moderno nuklearno oružje razlikovalo od optužbi koje su odbačene na japanske gradove prije sedamdeset godina? Pa i glavna stvar: koji su glavni udarni čimbenici nuklearne eksplozije i je li moguće obraniti njihov utjecaj? Sve ovo će se raspravljati u ovom materijalu.
Iz povijesti ovog izdanja
Kraj 19. i prve četvrtine 20. stoljeća za nuklearnu fiziku postao je razdoblje bez presedana i nevjerojatnih postignuća. Do sredine 1930-ih, znanstvenici su napravili gotovo sva teorijska otkrića koja su omogućila stvaranje nuklearnog naboja. Početkom tridesetih godina prošlog stoljeća, atomska jezgra bila je prvo podijeljena, a 1934. mađarski fizičar Silard patentirao je dizajn nuklearnog reaktora.
Godine 1938., tri njemačka znanstvenika - Fritz Strassmann, Otto Hahn i Lisa Meitner - otkrili su proces fisije urana tijekom neutronskog bombardiranja. To je bila posljednja stanica na putu za Hirošimu, a uskoro je francuski fizičar Frederic Joliot-Curie dobio patent za dizajn uranijeve bombe. Godine 1941. Fermi je dovršio teoriju nuklearnih lančanih reakcija.
U to vrijeme, svijet se neumoljivo pretvorio u novi globalni rat, tako da istraživanja znanstvenika s ciljem stvaranja oružja bez presedana nisu mogla proći neopaženo. Veliki interes za takve studije pokazao je vodstvo Hitlerove Njemačke. Imajući izvrsnu znanstvenu školu, ova zemlja bi mogla biti prva koja će stvoriti nuklearno oružje. Ova perspektiva uvelike je uznemirila vodeće znanstvenike, od kojih je većina bila izrazito protutemačka. U kolovozu 1939., na zahtjev svog prijatelja Sylarda, Albert Einstein je napisao pismo predsjedniku Sjedinjenih Država, ukazujući na opasnost od nuklearne bombe u Hitleru. Rezultat ove prepiske bio je prvo Odbor za uranij, a zatim i projekt Manhattan, koji je doveo do stvaranja američkog nuklearnog oružja. Godine 1945. Sjedinjene Države su već imale tri bombe: plutonijsku "sitnicu" ("Gadget") i "debeli čovjek" (Fat boy), kao i uranij "Mali dječak". "Roditelji" američkog SZ su znanstvenici Fermi i Oppenheimer.
16. srpnja 1945. na mjestu u Novom Meksiku potkopali su "male stvari", au kolovozu su "Kid" i "Debeli" pali na japanske gradove. Rezultati bombardiranja premašili su sva očekivanja vojske.
Godine 1949. nuklearno oružje pojavilo se u Sovjetskom Savezu. Godine 1952. Amerikanci su prvi testirali prvi uređaj, koji se temeljio na nuklearnoj fuziji, a ne na propadanju. Uskoro je u SSSR-u stvorena termonuklearna bomba.
Godine 1954. Amerikanci su digli u zrak trinitrotoluensku napravu od 15 megatona. Ali najsnažnija nuklearna eksplozija u povijesti dogodila se nekoliko godina kasnije - Tsar-Bomba s 50 megatona bila je dignuta u zrak na Novoj Zemli.
Na sreću, iu SSSR-u iu SAD-u brzo su shvatili na što bi mogao doći do velikog nuklearnog rata. Stoga su 1967. supersile potpisale Ugovor o neširenju NPT-a. Kasnije je razvijen niz sporazuma koji se odnose na ovo područje: SALT-I i SALT-II, START-I i START-II, itd.
Nuklearne eksplozije u SSSR-u provedene su na Novoj Zemli iu Kazahstanu, Amerikanci su testirali svoje nuklearno oružje na poligonu u državi Nevada. Godine 1996. prihvatili smo sporazum o zabrani svakog ispitivanja nuklearnog oružja.
Kako je atomska bomba?
Nuklearna eksplozija je kaotičan proces oslobađanja ogromne količine energije koja nastaje kao rezultat nuklearne fisije ili reakcije sinteze. Slični i usporedivi energetski procesi odvijaju se u dubinama zvijezda.
Jezgra atoma bilo koje tvari podijeljena je kada se neutroni apsorbiraju, ali za većinu elemenata periodnog sustava to zahtijeva potrošnju znatne energije. Međutim, postoje elementi sposobni za takvu reakciju pod utjecajem neutrona, koji imaju bilo koju - čak i minimalnu - energiju. Nazivaju se raspadljivim.
Izotopi urana-235 ili plutonija-239 koriste se za stvaranje nuklearnog oružja. Prvi element nalazi se u Zemljinoj kori, može se izolirati od prirodnog urana (obogaćivanje), a plutonij oružja je umjetno dobiven u nuklearnim reaktorima. Postoje i drugi fisijski elementi koji se teoretski mogu koristiti u nuklearnom oružju, ali njihovo primanje povezano je s velikim poteškoćama i troškovima, pa se gotovo nikada ne koriste.
Glavna značajka nuklearne reakcije je njezin lanac, to jest, samoodrživa priroda. Kada je atom ozračen neutronima, on se razbija na dva fragmenta uz oslobađanje velike količine energije, kao i dva sekundarna neutrona, što, zauzvrat, može uzrokovati fisiju susjednih jezgri. Dakle, proces postaje kaskadni. Kao rezultat nuklearne lančane reakcije u kratkom vremenskom razdoblju, ogromna količina "fragmenata" propadajućih jezgri i atoma u obliku visoke temperature plazme: neutroni, elektroni i kvanti elektromagnetskog zračenja formiraju se u vrlo ograničenom volumenu. Ovaj ugrušak se brzo širi, stvarajući udarni val ogromne destruktivne moći.
Ogromna većina modernih nuklearnih oružja ne radi na temelju reakcije lančanog raspada, već zbog spajanja jezgara svjetlosnih elemenata, koji počinju pri visokim temperaturama i visokom tlaku. U ovom slučaju, oslobađa se još veća količina energije nego tijekom raspada jezgara kao što je uranij ili plutonij, ali se u načelu rezultat ne mijenja - formira se područje visoke temperature plazme. Takve transformacije nazivaju se termonuklearne fuzijske reakcije, a naboji u kojima se koriste su termonuklearni.
Odvojeno, treba reći i za posebne vrste nuklearnog oružja, u kojem je većina energije fisije (ili sinteze) usmjerena na jedan od čimbenika oštećenja. Tu spadaju neutronska streljiva koja stvaraju tok teškog zračenja, kao i tzv. Kobaltnu bombu, koja daje maksimalnu radijacijsku kontaminaciju područja.
Što su nuklearne eksplozije?
Postoje dvije glavne klasifikacije nuklearnih eksplozija:
- o moći;
- po mjestu (mjestu naplate) u vrijeme eksplozije.
Snaga je odrednica nuklearne eksplozije. To ovisi o radijusu zone potpunog uništenja, kao io veličini područja kontaminiranog zračenjem.
Za procjenu ovog parametra koristi se TNT ekvivalent. Pokazuje koliko trinitrotoluena treba dignuti u zrak kako bi se dobila usporediva energija. Prema toj klasifikaciji postoje sljedeće vrste nuklearnih eksplozija:
- ultra mali;
- mala;
- srednja;
- veliki;
- iznimno velik.
Na ultra slaboj (do 1 kT) eksploziji formirana je vatrena kugla promjera ne više od 200 metara i oblak gljiva s visinom od 3,5 km. Super-velike snage imaju više od 1 mT, njihova vatrena lopta prelazi 2 km, a visina oblaka 8,5 km.
Jednako važna značajka je i mjesto nuklearnog naboja prije eksplozije, kao i okolina u kojoj se pojavljuje. Na temelju toga razlikuju se sljedeće vrste nuklearnih eksplozija:
- Isisao. Njezino središte može biti na visini od nekoliko metara do nekoliko desetaka ili čak stotinama kilometara iznad zemlje. U potonjem slučaju, pripada kategoriji visokih nadmorskih visina (od 15 do 100 km). Zračna nuklearna eksplozija ima sferični oblik bljeska;
- Prostor. Da bi spadala u tu kategoriju, mora imati visinu veću od 100 km;
- Prizemlje. Ova skupina uključuje ne samo eksplozije na površini zemlje, već i na visini od nekoliko metara iznad nje. Prolaze s oslobađanjem zemlje i bez nje;
- Podzemni. Nakon potpisivanja Ugovora o zabrani testiranja nuklearnog oružja u atmosferi, na Zemlji, pod vodom iu svemiru (1963.), ovaj je tip bio jedini mogući način ispitivanja nuklearnog oružja. Izvodi se na različitim dubinama, od nekoliko desetaka do stotina metara. Pod debljinom zemlje, šupljine ili kolone kolapsa nastaje, sila udarnog vala značajno slabi (ovisno o dubini);
- Overwater. Ovisno o visini može biti beskontaktno i kontaktno. U potonjem slučaju, stvaranje podvodnog udarnog vala;
- Podvodna. Njegova dubina je različita, od nekoliko desetaka do nekoliko stotina metara. Na temelju toga ima svoje osobine: prisutnost ili odsutnost "sultana", prirodu radioaktivnog onečišćenja itd.
Što se događa u nuklearnoj eksploziji?
Nakon početka reakcije, značajna količina topline i energije zračenja emitira se u kratkom vremenskom razdoblju iu vrlo ograničenom volumenu. Kao rezultat toga, temperatura i tlak povećavaju se u središtu nuklearne eksplozije na ogromne vrijednosti. Daleko, ova se faza doživljava kao vrlo svijetla svjetlosna točka. U ovoj fazi se većina energije pretvara u elektromagnetsko zračenje, uglavnom u rendgenski dio spektra. To se naziva primarnim.
Ambijentalni zrak se zagrijava i izbacuje iz točke eksplozije pri nadzvučnim brzinama. Formira se oblak i formira se udarni val, koji je odvojen od njega. To se događa približno 0,1 ms nakon početka reakcije. Kako se hladi, oblak raste i počinje rasti, vukući duž zaraženih čestica tla i zraka. U epicentru stvaranja lijevka iz nuklearne eksplozije.
Nuklearne reakcije koje se pojavljuju u ovom trenutku postaju izvor brojnih različitih zračenja, od gama zračenja i neutrona do visokoenergetskih elektrona i atomskih jezgri. Tako nastaje prodorno zračenje nuklearne eksplozije - jedan od glavnih štetnih čimbenika nuklearnog oružja. Osim toga, ovo zračenje utječe na atome okolne tvari, pretvarajući ih u radioaktivne izotope koji inficiraju područje.
Gama zračenje ionizira atome okoline stvarajući elektromagnetski impuls (EMP) koji onemogućuje bilo kakve elektroničke uređaje u blizini. Elektromagnetski impuls visokih atmosferskih eksplozija širi se na mnogo veće područje nego s tlom ili niskom visinom.
Što je opasno atomsko oružje i kako ga zaštititi?
Glavni udarni čimbenici nuklearne eksplozije:
- emisija svjetla;
- udarni val;
- zračenje koje prodire;
- kontaminacija područja;
- elektromagnetski impuls.
Ako govorimo o eksploziji tla, polovica njezine energije (50%) dolazi do stvaranja udarnog vala, a lijevak, oko 30% dolazi od zračenja nuklearne eksplozije, 5% od elektromagnetskog impulsa i prodornog zračenja, a 15% od onečišćenja terena.
Svjetlosno zračenje nuklearne eksplozije jedan je od glavnih štetnih čimbenika nuklearnog oružja. To je snažan tok zračeće energije, koji uključuje zračenje iz ultraljubičastog, infracrvenog i vidljivog dijela spektra. Njegov izvor je oblak eksplozije u ranim fazama postojanja (vatrena kugla). U to vrijeme ima temperaturu od 6 do 8 tisuća ° C.
Svjetlosno zračenje se širi gotovo trenutno, trajanje tog faktora izračunava se u sekundama (do najviše 20 sekundi). No, unatoč kratkom trajanju, svjetlosno zračenje je vrlo opasno. Na maloj udaljenosti od epicentra, on gori sve zapaljive materijale, a na udaljenosti dovodi do velikih požara i požara. Čak i na znatnoj udaljenosti od eksplozije može oštetiti organe vida i opekline kože.
Budući da se zračenje širi ravnom linijom, bilo koja netransparentna barijera može postati obrana od nje. Ovaj štetni čimbenik značajno je oslabljen u prisutnosti dima, magle ili prašine.
Udarni val nuklearne eksplozije je najopasniji čimbenik nuklearnog oružja. Najviše štete na ljudima, kao i uništavanje i oštećenje objekata događaju se upravo zbog njegovog utjecaja. Udarni val je područje oštre kompresije medija (vode, tla ili zraka), koje se kreće u svim smjerovima iz epicentra. Ako govorimo o atmosferskoj eksploziji, onda je brzina udarnog vala 350 m / s. Sa povećanjem udaljenosti, brzina pada brzo.
Ovaj štetni čimbenik ima izravan učinak zbog prekomjernog pritiska i brzine, kao i osobe koja može patiti od raznih ostataka koje nosi. Bliže epicentru vala uzrokuje ozbiljne seizmičke vibracije koje mogu srušiti podzemna postrojenja i komunikacije.
Treba shvatiti da ni zgrade ni čak i posebna skloništa neće moći zaštititi od udarnog vala u neposrednoj blizini epicentra. Međutim, oni su prilično učinkoviti na znatnoj udaljenosti od njega. Razorna snaga ovog faktora značajno smanjuje nabore terena.
Penetrirajuće zračenje. Ovaj štetni čimbenik je struja čvrstog zračenja, koja se sastoji od neutrona i gama zračenja emitiranih iz epicentra eksplozije. Njegov učinak, poput svjetla, je kratkog trajanja, jer ga atmosfera jako apsorbira. Prolazno zračenje je opasno 10-15 sekundi nakon nuklearne eksplozije. Iz istog razloga, može utjecati na osobu samo na relativno kratkoj udaljenosti od epicentra - 2-3 km. Kada se ukloni iz njega, razina izloženosti zračenju brzo se smanjuje.
Prolazeći kroz tkiva našeg tijela, protok čestica ionizira molekule, ometajući normalan protok bioloških procesa, što dovodi do neuspjeha najvažnijih sustava tijela. Kod teških ozljeda dolazi do zračenja. Ovaj faktor ima razoran učinak na neke materijale, a također ometa elektroničke i optičke uređaje.
Za zaštitu od prodiranja zračenja koriste se apsorpcijski materijali. Za gama zračenje, to su teški elementi sa značajnom atomskom masom: na primjer, olovo ili željezo. Međutim, ove tvari slabo hvataju neutrone, štoviše, te čestice uzrokuju induciranu radioaktivnost u metalima. Neutroni se, pak, dobro apsorbiraju pomoću laganih elemenata kao što su litij ili vodik. Za složenu zaštitu objekata ili vojne opreme koriste se višeslojni materijali. Primjerice, voditelj rudnika postrojenja MBR prosijan je armiranim betonom i spremnicima s litijem. Kada se grade anti-nuklearna skloništa, bor se često dodaje građevinskim materijalima.
Elektromagnetski impuls. Upečatljiv čimbenik koji ne utječe na zdravlje ljudi ili životinja, već onemogućuje elektroničke uređaje.
Snažno elektromagnetsko polje javlja se nakon nuklearne eksplozije kao posljedica izlaganja čvrstim atomima u okolišu. Njegov učinak je kratak (nekoliko milisekundi), ali je također dovoljan da ošteti opremu i vodove. Snažna ionizacija zraka narušava normalan rad radijskih komunikacija i radarskih stanica, tako da se eksplozija nuklearnog oružja koristi za zaslijepljivanje sustava za upozoravanje na raketni napad.
Djelotvoran način zaštite od EMR-a je zaštita elektroničke opreme. Koristi se u praksi već desetljećima.
Kontaminacija zračenjem. Izvor tog faktora oštećenja su produkti nuklearnih reakcija, neiskorišteni dio naboja, kao i inducirano zračenje. Infekcija nuklearnom eksplozijom predstavlja ozbiljnu opasnost za ljudsko zdravlje, posebno zato što je poluživot mnogih izotopa vrlo dug.
Infekcija zraka, terena i objekata nastaje kao posljedica taloženja radioaktivnih tvari. Oni se talože na putu, tvoreći radioaktivni trag. Štoviše, kako se udaljenost od epicentra smanjuje, opasnost se smanjuje. Naravno, područje eksplozije postaje područje infekcije. Većina opasnih tvari pada kao oborina tijekom 12-24 sata nakon eksplozije.
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.
