На 16 юли 1945 г. в американската военновъздушна база в Ню Мексико се случи събитие, което промени цялата следваща история на човечеството. На 5 часа и 30 минути местно време, първата в света атомна бомба Gadget, с капацитет от 20 килотона в TNT, беше избухнала тук. Според очевидци яркостта на експлозията значително надвишава слънчевата светлина по обяд, а формата на гъби в облак само за пет минути достига височина от 11 километра. Тези успешни изпитания са началото на нова ера на човечеството - ядрена. Само за няколко месеца хората от Хирошима и Нагасаки ще изпитат напълно силата и яростта на създаденото оръжие.
Американците не са имали монопол върху ядрена бомба от дълго време, а следващите четири десетилетия станаха период на тежка конфронтация между САЩ и СССР, която беше включена в историческите книги, наречени Студената война. Днес ядрените оръжия са най-важният стратегически фактор, с който всеки трябва да се съобразява. Днес елитният ядрен клуб всъщност включва осем държави, още няколко държави са сериозно ангажирани със създаването на ядрени оръжия. Повечето обвинения са в арсенала на САЩ и Русия.
Какво е ядрена експлозия? Какви са те и каква е физиката на ядрената експлозия? Различни ли са съвременните ядрени оръжия от обвиненията, които бяха пуснати на японските градове преди 70 години? Ами и най-важното: кои са основните поразителни фактори на ядрена експлозия и е възможно да се защити от тяхното въздействие? Всичко това ще бъде обсъдено в този материал.
От историята на този брой
Краят на 19-ти и първата четвърт на 20-ти век стана за ядрена физика период на безпрецедентни пробиви и невероятни постижения. До средата на 30-те години на миналия век учените са направили почти всички теоретични открития, които позволяват създаването на ядрен заряд. В началото на 30-те години на ХХ век атомното ядро е разделено за пръв път, а през 1934 г. унгарският физик Силард патентова дизайн на ядрен реактор.
През 1938 г. трима германски учени - Фриц Страсман, Ото Хан и Лиза Мейтнер - откриха процеса на делене на уран по време на неутронно бомбардиране. Това беше последната спирка по пътя към Хирошима, скоро френският физик Фредерик Жолио-Кюри получи патент за проектиране на уранова бомба. През 1941 г. Ферми завършва теорията на ядрената верижна реакция.
По това време светът неумолимо се превърна в нова световна война, така че изследванията на учени, насочени към създаването на оръжия с безпрецедентна смазваща сила, не можеха да останат незабелязани. Голям интерес към такива проучвания показа ръководството на Хитлер Германия. Притежавайки отлично научно училище, тази страна би могла да бъде първата, която създаде ядрени оръжия. Тази перспектива силно смути водещите учени, повечето от които бяха изключително анти-немски. През август 1939 г., по искане на своя приятел Силард, Алберт Айнщайн написа писмо до президента на Съединените щати, в което се посочва опасността от ядрена бомба в Хитлер. Резултатът от тази кореспонденция беше първо комисията по урана, а след това и проектът от Манхатън, който доведе до създаването на американски ядрени оръжия. През 1945 г. Съединените щати вече са имали три бомби: плутониевото „малко нещо“ (Gadget) и „дебелият човек“ (Fat boy), както и уранът „Little boy“ (малко момче). "Родителите" на американския СЗ са учените Ферми и Опенхаймер.
16 юли 1945 г. на мястото в Ню Мексико, подкопани "малките неща", а през август, "Kid" и "Дебел човек" спадна по японски градове. Резултатите от бомбардировките надхвърлиха всички очаквания на военните.
През 1949 г. в Съветския съюз се появиха ядрени оръжия. През 1952 г. американците първо тестваха първото устройство, основано на ядрен синтез, а не разпад. Скоро в СССР е създадена термоядрена бомба.
През 1954 г. американците взривиха тринитротолуен с 15 мегатона. Но най-мощната ядрена експлозия в историята се случи няколко години по-късно - 50-мегатонна Цар-Бомба била взривена на Нова Земля.
За щастие, както в СССР, така и в САЩ, те бързо разбраха какво може да доведе до мащабна ядрена война. Ето защо през 1967 г. суперсилите подписаха Договора за неразпространение на ДНЯО. По-късно бяха разработени редица споразумения в тази област: SALT-I и SALT-II, START-I и START-II и др.
Ядрените експлозии в СССР бяха извършени на Нова Земля и в Казахстан, а американците тестваха ядрените си оръжия на тестова площадка в щата Невада. През 1996 г. приехме споразумение за забрана на всяко тестване на ядрени оръжия.
Как е атомната бомба?
Ядрената експлозия е хаотичен процес на освобождаване на огромно количество енергия, която се образува в резултат на реакция на ядрен разпад или синтез. Подобни и сравними енергийни процеси се случват в дълбините на звездите.
Ядрото на атома на всяко вещество се разделя, когато неутроните се абсорбират, но за повечето елементи от периодичната таблица това изисква изразходване на значителна енергия. Има обаче елементи, способни на такава реакция под въздействието на неутрони, които имат някаква - дори минимална - енергия. Те се наричат делящи се.
Изотопите на уран-235 или плутоний-239 се използват за създаване на ядрени оръжия. Първият елемент се намира в земната кора, може да бъде изолиран от естествения уран (обогатяване), а плутоний от оръжия се получава изкуствено в ядрените реактори. Има и други делящи се елементи, които теоретично могат да се използват в ядрените оръжия, но получаването им е свързано с големи трудности и разходи, така че почти никога не се използват.
Основната характеристика на ядрената реакция е нейната верига, т.е. самоподдържаща се природа. Когато един атом се облъчва с неутрони, той се разпада на два фрагмента с отделянето на голямо количество енергия, както и два вторични неутрона, които от своя страна могат да причинят делене на съседните ядра. Така процесът става каскаден. В резултат на ядрена верижна реакция за кратък период от време в много ограничен обем се образува огромно количество „фрагменти” от разпадащи се ядра и атоми под формата на високотемпературна плазма: неутрони, електрони и кванти на електромагнитно излъчване. Този съсирек бързо се разширява, образувайки ударна вълна с огромна разрушителна сила.
Преобладаващото мнозинство от съвременните ядрени оръжия не работят на базата на реакция на разпадане на веригите, а поради сливането на ядрата на леките елементи, които започват при високи температури и високо налягане. В този случай се отделя още по-голямо количество енергия, отколкото при разпадането на ядрата като уран или плутоний, но по принцип резултатът не се променя - образува се област на високотемпературната плазма. Такива трансформации се наричат реакции на термоядрен синтез, а таксите, в които се използват, са термоядрени.
Отделно, трябва да се каже за специални видове ядрени оръжия, в които по-голямата част от енергията на делене (или синтез) е насочена към един от факторите на увреждане. Те включват неутронни боеприпаси, които генерират поток от твърда радиация, както и така наречената кобалтова бомба, която дава максимално радиационно замърсяване на района.
Какви са ядрените експлозии?
Има две основни класификации на ядрените експлозии:
- относно властта;
- по местоположение (точка на зареждане) по време на експлозията.
Силата е определящата характеристика на ядрената експлозия. Тя зависи от радиуса на зоната на пълно унищожаване, както и от размера на замърсената от радиация територия.
За да се оцени този параметър, се използва TNT еквивалент. Той показва колко тринитротолуен трябва да бъде взривен, за да се получи сравнима енергия. Според тази класификация има следните видове ядрени експлозии:
- ултра малък;
- малък;
- среда;
- голяма;
- много голям.
При най-ниската (до 1 kT) експлозия се оформя огнено кълбо с диаметър не повече от 200 метра и облак от гъби с височина 3,5 km. Супер-големите имат мощност повече от 1 mT, огненото им кълбо надвишава 2 km, а височината на облака е 8,5 km.
Също толкова важна характеристика е местоположението на ядрения заряд преди експлозията, както и средата, в която се случва. На тази основа се различават следните видове ядрени експлозии:
- Аспирираният. Центърът му може да бъде на височина от няколко метра до десетки или дори стотици километри над земята. В последния случай той принадлежи към категорията на височините (от 15 до 100 км). Въздушна ядрена експлозия има сферична форма на светкавица;
- Space. За да попадне в тази категория, тя трябва да има височина по-голяма от 100 km;
- Ground. Тази група включва не само експлозии по повърхността на земята, но също и на височина от няколко метра над нея. Те преминават с освобождаването на почвата и без нея;
- Underground. След подписването на Договора за забрана на тестването на ядрени оръжия в атмосферата, на Земята, под водата и в космоса (1963 г.) този тип е единственият възможен начин за изпитване на ядрени оръжия. Извършва се на различни дълбочини, от няколко десетки до стотици метра. При дебелината на земята се образува кухина или колапс, силата на ударната вълна е значително отслабена (в зависимост от дълбочината);
- Overwater. В зависимост от височината, тя може да бъде безконтактна и контактна. В последния случай образуването на подводна ударна вълна;
- Подводно. Дълбочината му е различна - от десетки до стотици метри. На тази основа тя има свои характеристики: наличието или отсъствието на "султан", естеството на радиоактивното замърсяване и др.
Какво се случва при ядрена експлозия?
След началото на реакцията се отделя значително количество топлина и лъчиста енергия за кратък период от време и в много ограничен обем. В резултат на това температурата и налягането нарастват в центъра на ядрената експлозия до огромни стойности. От далеч тази фаза се възприема като много ярка светлинна точка. На този етап по-голямата част от енергията се превръща в електромагнитно излъчване, главно в рентгеновата част на спектъра. Тя се нарича първична.
Външният въздух се нагрява и изхвърля от точката на експлозия при свръхзвукови скорости. Образува се облак и се образува ударна вълна, която се отделя от нея. Това става приблизително 0,1 msec след началото на реакцията. Когато се охлади, облакът расте и започва да се издига, влачейки по заразените почвени частици и въздух. В епицентъра на образуването на фуния от ядрена експлозия.
Ядрените реакции, които се случват по това време, стават източник на редица различни лъчения, от гама лъчи и неутрони до високоенергийни електрони и атомни ядра. Така възниква проникваща радиация на ядрен взрив - един от основните увреждащи фактори на ядрените оръжия. В допълнение, това излъчване засяга атомите на околното вещество, превръщайки ги в радиоактивни изотопи, които заразяват района.
Гама лъчението йонизира атомите на околната среда, създавайки електромагнитен импулс (EMP), който забранява всякакви електронни устройства наблизо. Електромагнитният импулс на височините атмосферни експлозии се разпространява в много по-голяма площ, отколкото при земята или ниската надморска височина.
Какво е опасно атомно оръжие и как да се предпазим от него?
Основните поразителни фактори на ядрената експлозия:
- излъчване на светлина;
- ударна вълна;
- проникваща радиация;
- замърсяване на района;
- електромагнитен импулс.
Ако говорим за земна експлозия, половината от нейната енергия (50%) отива за образуването на ударна вълна и една фуния, около 30% идва от радиация на ядрен взрив, 5% от електромагнитен импулс и проникваща радиация и 15% от замърсяване на терена.
Светлинната радиация на ядрен взрив е един от основните увреждащи фактори на ядрените оръжия. Това е мощен поток от лъчиста енергия, който включва радиация от ултравиолетовите, инфрачервените и видимите части на спектъра. Неговият източник е облак от експлозия в ранните етапи на съществуване (огнено кълбо). По това време тя има температура от 6 до 8 хиляди ° С.
Светлинното лъчение се разпространява почти мигновено, продължителността на този фактор се изчислява в секунди (до максимум 20 секунди). Но, въпреки кратката продължителност, светлинната радиация е много опасна. На кратко разстояние от епицентъра, той изгаря всички горими материали и на разстояние води до мащабни пожари и пожари. Дори на значително разстояние от експлозията могат да се повредят органите на зрението и изгарянията на кожата.
Тъй като радиацията се разпространява по права линия, всяка непрозрачна бариера може да се превърне в защита срещу нея. Този увреждащ фактор е значително отслабен при наличие на дим, мъгла или прах.
Ударната вълна от ядрена експлозия е най-опасният фактор на ядрените оръжия. Повечето щети на хората, както и унищожаването и увреждането на обектите се случват именно заради неговото въздействие. Ударната вълна е зона на остра компресия на средата (вода, почва или въздух), която се движи във всички посоки от епицентъра. Ако говорим за атмосферна експлозия, то скоростта на ударната вълна е 350 m / s. С увеличаване на разстоянието скоростта му пада бързо.
Този увреждащ фактор има директен ефект, дължащ се на прекомерен натиск и скорост, както и на човек, който може да страда от различни остатъци, които носи. По-близо до епицентъра на вълната причиняват сериозни сеизмични вибрации, които могат да свалят подземните съоръжения и комуникациите.
Трябва да се разбере, че нито сгради, нито дори специални заслони ще могат да предпазват от ударна вълна в непосредствена близост до епицентъра. Те обаче са доста ефективни на значително разстояние от него. Разрушителната сила на този фактор значително намалява гънките на терена.
Проникваща радиация. Този увреждащ фактор е поток от твърда радиация, който се състои от неутрони и гама лъчи, излъчвани от епицентъра на експлозията. Ефектът му, подобно на този на светлината, е кратък, тъй като се абсорбира силно от атмосферата. Проникващата радиация е опасна за 10-15 секунди след ядрен взрив. По същата причина може да засегне човек само на сравнително кратко разстояние от епицентъра - 2-3 км. Когато се извади от нея, нивото на излагане на радиация намалява бързо.
Преминавайки през тъканите на нашето тяло, потокът от частици йонизира молекулите, разрушавайки нормалния поток на биологичните процеси, което води до провал на най-важните системи на тялото. При тежки поражения настъпва радиационна болест. Този фактор има разрушителен ефект върху някои материали, а също така нарушава електронните и оптичните устройства.
За предпазване от проникваща радиация се използват абсорбиращи материали. За гама лъчение това са тежки елементи със значителна атомна маса: например олово или желязо. Тези вещества обаче слабо улавят неутроните, освен това тези частици причиняват индуцирана радиоактивност в металите. От своя страна неутроните се абсорбират добре от леки елементи като литий или водород. За комплексна защита на обекти или военно оборудване се използват многослойни материали. Например, главата на рудник инсталация MBR екранирани със стоманобетон и резервоари с литий. При изграждането на анти-ядрени заслони често се добавя бор в строителните материали.
Електромагнитен импулс. Впечатляващ фактор, който не засяга здравето на хората или животните, но изключва електронните устройства.
Мощно електромагнитно поле възниква след ядрен взрив в резултат на излагане на твърди атоми на околната среда. Ефектът му е кратък (няколко милисекунди), но е достатъчно да повреди оборудването и електропроводите. Силната йонизация на въздуха нарушава нормалната работа на радиокомуникациите и радарните станции, така че взривяването на ядрени оръжия се използва за заслепяване на системата за предупреждение за ракетни атаки.
Един ефективен начин за защита срещу ЕМО е защитата на електронното оборудване. Той се използва на практика в продължение на много десетилетия.
Радиационно замърсяване. Източникът на този фактор на увреждане са продуктите от ядрените реакции, неизползваната част от заряда, както и индуцираното лъчение. Инфекцията при ядрена експлозия представлява сериозна опасност за човешкото здраве, особено след като полуразпадът на много изотопи е много дълъг.
Инфектирането на въздух, терен и обекти възниква в резултат на отлагането на радиоактивни вещества. Те се отлагат по пътя, образувайки радиоактивна следа. Освен това, тъй като разстоянието от епицентъра намалява, опасността намалява. И, разбира се, самият участък от експлозията става зона на инфекция. Повечето от опасните вещества попадат във вид на валежи през 12-24 часа след експлозията.
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.
