16. juli 1945 ved US Air Force Base i New Mexico fandt der en begivenhed sted, der ændrede hele den efterfølgende historie af menneskeheden. Om 5 timer 30 minutter lokal tid blev verdens første atomvåben Gadget, med en kapacitet på 20 kiloton i TNT, eksploderet her. Ifølge øjenvidner oversteg eksplosionsens lysstyrke væsentligt sollys ved middagstid, og den skyformede champignonform på bare fem minutter nåede en højde på 11 kilometer. Disse succesfulde forsøg var begyndelsen på en ny æra af menneskeheden - atomkraft. Om få måneder vil Hiroshima og Nagasaki-folk fuldt ud opleve kraften og raseriet af det skabte våben.
Amerikanerne havde ikke længere monopol på en atombombe i lang tid, og de næste fire årtier blev en periode med hård konfrontation mellem USA og Sovjetunionen, som blev medtaget i historiebøger kaldet den kolde krig. Kernevåben i dag er den vigtigste strategiske faktor, som alle skal regne med. I dag omfatter eliten atomklubben faktisk otte stater, flere lande er seriøst engageret i oprettelsen af atomvåben. De fleste af afgifterne er i arsenalen i USA og Rusland.
Hvad er en nuklear eksplosion? Hvad er de, og hvad er en nuklear eksplosions fysik? Er moderne atomvåben anderledes end de afgifter, der blev tabt på japanske byer for halvfjerds år siden? Nå og det vigtigste: Hvad er de vigtigste slående faktorer i en atomeksplodering, og er det muligt at forsvare sig mod deres indvirkning? Alt dette vil blive diskuteret i dette materiale.
Fra historien om dette problem
Slutningen af det 19. og det første kvartal af det 20. århundrede blev til atomfysik en periode med hidtil usete gennembrud og fantastiske præstationer. I midten af 1930'erne havde forskere lavet næsten alle de teoretiske opdagelser, der gjorde det muligt at oprette en atomafgift. I begyndelsen af 1930'erne blev atomkernen først opdelt, og i 1934 patenterede den ungarske fysiker Silard udformningen af en atomreaktor.
I 1938 opdagede tre tyske forskere - Fritz Strassmann, Otto Hahn og Lisa Meitner - processen med fission af uran under neutronbombardement. Dette var det sidste stop på vejen til Hiroshima, snart modtog den franske fysiker Frederic Joliot-Curie et patent for udformningen af en uranbombe. I 1941 gennemførte Fermi atomkædereaktionsteorien.
På dette tidspunkt rullede verden uforgængeligt ind i en ny global krig, så forskningen fra forskere, der havde til formål at skabe våben med hidtil uset knusningskraft, kunne ikke gå ubemærket. Stor interesse for sådanne undersøgelser viste ledelsen af Hitlers Tyskland. Besidder en fremragende videnskabelig skole, kunne dette land være den første til at skabe atomvåben. Denne udsigt forstyrrede stærkt de førende forskere, hvoraf de fleste var yderst tysk. I august 1939 skrev Albert Einstein efter anmodning fra sin ven Sylard et brev til De Forenede Staters præsident, der angav faren for en atombombe i Hitler. Resultatet af denne korrespondance var først Uran-komiteen, og derefter Manhattan-projektet, som førte til oprettelsen af amerikanske atomvåben. I 1945 havde USA allerede tre bomber: Plutonium "lille ting" (Gadget) og "Fat Man" (Fat Boy) og også uran "Little Boy" (lille dreng). "Det amerikanske NW" -forældre er forskerne Fermi og Oppenheimer.
16. juli 1945 på stedet i New Mexico undergravede de "små ting", og i august faldt "Kid" og "Fat Man" på japanske byer. Resultaterne af bombningen oversteg alle forventninger til militæret.
I 1949 optrådte atomvåben i Sovjetunionen. I 1952 testede amerikanerne først den første enhed, som var baseret på atomfusion, ikke forfald. Snart blev termonukleobomben skabt i Sovjetunionen.
I 1954 blæste amerikanerne en 15 megaton trinitrotoluen-enhed. Men den mest magtfulde nukleare eksplosion i historien fandt sted et par år senere - en 50-megaton tsar-bomba blev sprængt på Novaya Zemlya.
Heldigvis forstod både USSR og USA hurtigt, hvad en storartet atomkrig kunne føre til. Derfor undertegnede supermagterne i 1967 ikke-spredningstraktaten. Senere blev der udviklet en række aftaler vedrørende dette område: SALT-I og SALT-II, START-I og START-II mv.
Nukleare eksplosioner i Sovjetunionen blev udført på Novaya Zemlya, og i Kasakhstan testede amerikanerne deres atomvåben på et teststed i staten Nevada. I 1996 accepterede vi en aftale om at forbyde enhver test af atomvåben.
Hvordan er atombomben?
En nuklear eksplosion er en kaotisk proces med at frigive en enorm mængde energi, der dannes som et resultat af en nuklear fission eller syntese reaktion. Lignende og sammenlignelige kraftprocesser forekommer i dybden af stjerner.
Kernen til et atom af ethvert stof er delt, når neutroner absorberes, men for de fleste elementer i det periodiske bord kræver dette at bruge betydelig energi. Imidlertid er der elementer, der er i stand til en sådan reaktion under indflydelse af neutroner, som har en eller anden minimal energi. De kaldes fissile.
Uran-235 eller plutonium-239 isotoper bruges til at skabe atomvåben. Det første element findes i jordskorpen, det kan isoleres fra naturligt uran (berigelse), og våbenkvalitetsplutonium opnås kunstigt i atomreaktorer. Der er andre fissile elementer, der kan teoretisk bruges i atomvåben, men deres kvittering er forbundet med store vanskeligheder og omkostninger, så de bliver næsten aldrig brugt.
Hovedtræk ved en atomreaktion er dens kæde, det vil sige selvbærende natur. Når et atom bestråles med neutroner, bryder det op i to fragmenter med frigivelse af en stor mængde energi såvel som to sekundære neutroner, der igen kan medføre fission af nabokerner. Så processen bliver cascading. Som et resultat af en atomkædereaktion på kort tid er en enorm mængde "fragmenter" af forfaldne kerner og atomer i form af et højtemperaturplasma: neutroner, elektroner og kvanta elektromagnetisk stråling dannet i et meget begrænset volumen. Denne klump vokser hurtigt og danner en chokbølge af enorm ødelæggende kraft.
Det overvældende flertal af moderne atomvåben virker ikke på grundlag af en kædeforfaldsreaktion, men på grund af fusion af kerne af lette elementer, der starter ved høje temperaturer og højt tryk. I dette tilfælde frigives en endnu større mængde energi end under nedbrydning af kerner som uran eller plutonium, men i princippet ændres resultatet ikke. Der dannes et område med høj temperatur plasma. Sådanne transformationer kaldes termonukleære fusionsreaktioner, og ladningerne, hvori de anvendes, er termonukleære.
Separat bør man sige om særlige typer af atomvåben, hvor størstedelen af fissionens (eller syntese) energi er rettet mod en af skadesfaktorerne. Disse omfatter neutronmunitioner, som genererer en strøm af hård stråling, såvel som den såkaldte koboltbombe, som giver den maksimale strålingsforurening af området.
Hvad er nukleare eksplosioner?
Der er to hovedklasser af nukleare eksplosioner:
- på magten;
- ved placering (ladestik) på eksplosionstidspunktet.
Kraft er den afgørende karakteristika for en atomeksplodering. Det afhænger af radius af zonen for fuldstændig destruktion, såvel som størrelsen på det område, der er forurenet af stråling.
For at estimere denne parameter anvendes TNT-ækvivalenten. Det viser, hvor meget trinitrotoluen skal blæses op for at få sammenlignelig energi. Ifølge denne klassifikation er der følgende typer nukleare eksplosioner:
- ultra lille;
- små;
- medium;
- store;
- ekstra stor.
Ved ultralow (op til 1 kT) eksplosion dannes en ildkugle med en diameter på ikke over 200 meter og en svampeskov med en højde på 3,5 km. Super-store har en effekt på mere end 1 mT, deres ildkugle overstiger 2 km, og skyens højde er 8,5 km.
Et lige så vigtigt træk er placeringen af atomafgiften før eksplosionen, såvel som det miljø, hvor det forekommer. På denne baggrund udmærker sig følgende typer af nukleare eksplosioner:
- Aspireres. Dets center kan være i en højde af flere meter til tiere eller endda hundredvis af kilometer over jorden. I sidstnævnte tilfælde hører det til kategorien høj højde (fra 15 til 100 km). En antennekerneksplodering har en kugleformet flashform;
- Space. At falde ind under denne kategori skal have en højde over 100 km;
- Ground. Denne gruppe omfatter ikke blot eksplosioner på jordens overflade, men også i en højde af flere meter over den. De passerer med jordens udløsning og uden det;
- Underground. Efter undertegnelsen af traktaten om forbud mod at teste atomvåben i atmosfæren, på jorden, under vandet og i rummet (1963) var denne type den eneste mulige måde at teste atomvåben på. Det udføres på forskellige dybder, fra flere tiere til hundrede meter. Under jordens tykkelse dannes et hulrum eller en sammenbrudssøjle, kraften af stødbølgen svækkes signifikant (afhængig af dybden);
- Overwater. Afhængig af højden kan det være kontaktløst og kontakt. I sidstnævnte tilfælde dannede en undervandschokbølge;
- Underwater. Dens dybde er anderledes, fra tiere til mange hundrede meter. På dette grundlag har det sine egne egenskaber: Tilstedeværelsen eller fraværet af "Sultan", typen af radioaktiv forurening mv.
Hvad sker der i en nuklear eksplosion?
Efter reaktionens start udsendes en betydelig mængde varme- og strålingsenergi inden for en kort tidsperiode og i et meget begrænset volumen. Som følge heraf øges temperatur og tryk i midten af en atomeksplodering til enorme værdier. Fra det fjerne ses denne fase som en meget lysende prikk. På dette stadium omdannes størstedelen af energien til elektromagnetisk stråling, primært i røntgenparten af spektret. Det hedder det primære.
Omgivende luft opvarmes og udvises fra eksplosionsstedet ved supersoniske hastigheder. En sky dannes, og der dannes en stødbølge, som er løsnet fra den. Dette sker ca. 0,1 msek efter starten af reaktionen. Når det køler af, vokser skyen og begynder at stige, trække langs de inficerede jordpartikler og luft. Ved epicenteret af dannelsen af en tragt fra en atomeksplosion.
Kernereaktioner, der forekommer på dette tidspunkt, bliver kilden til en række forskellige strålinger, fra gammastråler og neutroner til højenergi-elektroner og atomkerner. På denne måde opstår penetrerende stråling af en nuklear eksplosion - en af de vigtigste skadelige faktorer for atomvåben. Derudover påvirker denne stråling atomerne i det omgivende stof og gør dem til radioaktive isotoper, der inficerer området.
Gamma-stråling ioniserer atomer i miljøet, hvilket skaber en elektromagnetisk puls (EMP), som deaktiverer alle elektroniske enheder i nærheden. Den elektromagnetiske puls af højhøjde atmosfæriske eksplosioner spredes til et meget større område end med jord eller lav højde.
Hvad er farlige atomvåben og hvordan man beskytter imod det?
De vigtigste slående faktorer i en atomeksplodering:
- lysemission;
- chokbølge;
- penetrerende stråling;
- forurening af området
- elektromagnetisk puls.
Hvis vi taler om en jord eksplosion, går halvdelen af sin energi (50%) til dannelsen af en stødbølge og en tragt, omkring 30% stammer fra en atomkrefts stråling, 5% fra en elektromagnetisk puls og gennemtrængende stråling og 15% fra jordforurening.
Den lysstråling, der er forbundet med en nuklear eksplosion, er en af de vigtigste skadelige faktorer for atomvåben. Det repræsenterer den mest kraftfulde strøm af strålende energi, som omfatter stråling fra ultraviolet, infrarød og synlig del af spektret. Dens kilde er en eksplosionsskyde i de tidlige stadier af eksistensen (ildkugle). På dette tidspunkt har den en temperatur på 6 til 8000 ° C.
Lysstråling fortager næsten øjeblikkeligt, varigheden af denne faktor beregnes i sekunder (op til maksimalt 20 sekunder). Men på trods af den korte varighed er lysstråling meget farlig. På kort afstand fra epicentret brænder det alle brændbare materialer og fører på afstand til store brande og brande. Selv i en betydelig afstand fra eksplosionen kan beskadigelse af organerne for syn og hudforbrændinger.
Da strålingen udbreder sig i en lige linje, kan enhver uigennemsigtig barriere blive et forsvar mod det. Denne skadelige faktor svækkes betydeligt i nærværelse af røg, tåge eller støv.
Stødbølgen af en nuklear eksplosion er den farligste faktor i atomvåben. De fleste skader på mennesker, samt ødelæggelse og beskadigelse af genstande sker netop på grund af dens indvirkning. Stødbølgen er et område med skarp kompression af mediet (vand, jord eller luft), som bevæger sig i alle retninger fra epicenteret. Hvis vi taler om atmosfærisk eksplosion, er hastigheden af stødbølgen 350 m / s. Med stigende afstand falder hastigheden hurtigt.
Denne skadelige faktor har en direkte effekt på grund af for højt tryk og hastighed, såvel som en person kan lide af forskellige affald, som den bærer. Tættere på bølgens epicenter forårsager alvorlige seismiske vibrationer, som kan bringe underjordiske faciliteter og kommunikationer ned.
Det skal forstås, at hverken bygninger eller endda specielle hylder vil kunne beskytte mod en chokbølge i umiddelbar nærhed af epicenteret. Men de er ret effektive på en betydelig afstand fra den. Den ødelæggende kraft af denne faktor reducerer terrænens foldninger markant.
Penetrerende stråling. Denne skadelige faktor er en strøm af hård stråling, som består af neutroner og gammastråler udsendt fra eksploderings epicenteret. Dens virkning, som lysets lys, er kortvarig, fordi den er stærkt absorberet af atmosfæren. Penetrerende stråling er farlig i 10-15 sekunder efter en nuklear eksplosion. Af samme grund kan det kun påvirke en person på en relativt kort afstand fra epicenteret - 2-3 km. Når det fjernes fra det, falder strålingseksponeringen hurtigt.
Passerer gennem vævene i vores krop ioniserer strømmen af partikler molekylerne og forstyrrer den normale strøm af biologiske processer, hvilket fører til svigt i de vigtigste systemer i kroppen. Ved alvorlige læsioner forekommer strålingssygdom. Denne faktor har en ødelæggende virkning på nogle materialer og forstyrrer også elektroniske og optiske enheder.
For at beskytte mod penetrerende stråling anvendes absorberende materialer. Til gammastråling er disse tungstoffer med en betydelig atommasse: for eksempel bly eller jern. Disse stoffer absorberer imidlertid dårligt neutroner, og disse partikler forårsager desuden induceret radioaktivitet i metaller. Neutroner absorberes igen godt af lette elementer som lithium eller hydrogen. Til kompleks beskyttelse af genstande eller militært udstyr anvendes multilagsmaterialer. For eksempel er lederen af en mineinstallationer MBR screenet med armeret beton og tanke med lithium. Ved opbygning af anti-nukleare lejre, tilsættes bor ofte til byggematerialer.
Elektromagnetisk puls. En slående faktor, der ikke påvirker menneskers eller dyrs sundhed, men deaktiverer elektroniske enheder.
Et kraftigt elektromagnetisk felt opstår efter en atomeksplodering som følge af udsættelse for hårde atomer på miljøet. Dens effekt er kort (nogle millisekunder), men det er også nok at beskadige udstyr og kraftledninger. Sterk ionisering af luft forstyrrer den normale drift af radiokommunikation og radarstationer, så sprøjtning af atomvåben bruges til at blinde missilangrebsvarslingssystemet.
En effektiv måde at beskytte mod EMR er afskærmning af elektronisk udstyr. Det har været brugt i praksis i mange årtier.
Strålingsforurening. Kilden til denne skadefaktor er produkterne af nukleare reaktioner, den ubrugte del af ladningen, såvel som induceret stråling. Infektion i en nuklear eksplosion udgør en alvorlig fare for menneskers sundhed, især da halveringstiden for mange isotoper er meget lang.
Infektion af luft, terræn og objekter forekommer som følge af deponering af radioaktive stoffer. De deponeres undervejs og danner et radioaktivt spor. Desuden falder faren, da afstanden fra epicentret falder. Og selvfølgelig bliver eksplosionsområdet selv et infektionsområde. De fleste farlige stoffer falder som nedbør i 12-24 timer efter eksplosionen.
Hovedparametrene for denne faktor er stråledosis og dens effekt.
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.
