16. heinäkuuta 1945 Yhdysvaltain ilmavoimien tukikohdassa New Mexicoissa tapahtui, joka muutti koko ihmiskunnan myöhempää historiaa. 5 tuntia 30 minuuttia paikallista aikaa, maailman ensimmäinen ydinpommi-gadget, jonka kapasiteetti on 20 kilotonia TNT: ssä, räjähti täällä. Todistajien mukaan räjähdyksen kirkkaus ylitti merkittävästi auringonvalon keskipäivällä, ja pilvimuotoinen sienimuoto vain viiden minuutin päästä oli 11 kilometrin korkeus. Nämä onnistuneet oikeudenkäynnit olivat uuden ihmiskunnan aikakauden alkua - ydinvoima. Hiroshiman ja Nagasakin ihmiset kokevat vain muutaman kuukauden kuluttua täysin luodun aseen voiman ja raivon.
Amerikkalaisilla ei ollut monopolia ydinpommissa pitkään, ja seuraavien neljän vuosikymmenen aikana tuli USA: n ja Neuvostoliiton välinen kova vastakkainasettelu, joka sisältyi kylmän sodan nimiin. Ydinaseet ovat tänään tärkein strateginen tekijä, johon kaikkien on otettava huomioon. Nykyään eliittiyhdistysklubissa on tosiasiallisesti kahdeksan valtiota, useita muita maita on vakavasti mukana luomassa ydinaseita. Suurin osa maksuista on Yhdysvaltojen ja Venäjän arsenalissa.
Mikä on ydinräjähdys? Mitä he haluavat ja mikä on ydinräjähdyksen fysiikka? Onko nykyaikaiset ydinaseet erilaisia kuin japanilaisissa kaupungeissa seitsemänkymmentä vuotta sitten lasketut maksut? No ja tärkein asia: mitkä ovat ydinräjähdyksen tärkeimmät tekijät ja onko mahdollista puolustaa niiden vaikutuksia vastaan? Kaikki tämä käsitellään tässä materiaalissa.
Tämän asian historiasta
1900-luvun lopulla ja 20. vuosisadan ensimmäisellä neljänneksellä tuli ydinfysiikkaan ennennäkemättömiä läpimurtoja ja uskomattomia saavutuksia. 1930-luvun puoliväliin mennessä tiedemiehet olivat tehneet lähes kaikki teoreettiset löydöt, jotka mahdollistivat ydinmaksun. 1930-luvun alkupuolella atomiydin oli ensin jaettu, ja vuonna 1934 Unkarin fyysikko Silard patentoi ydinreaktorin suunnittelun.
Vuonna 1938 kolme saksalaista tutkijaa - Fritz Strassmann, Otto Hahn ja Lisa Meitner - löysivät uraanin halkeamisen prosessin neutronipommitusten aikana. Tämä oli viimeinen pysähdys matkalla Hiroshimaan, pian ranskalainen fyysikko Frederic Joliot-Curie sai patentin uraanipommin suunnittelusta. Vuonna 1941 Fermi saattoi päätökseen ydinketjureaktion teorian.
Tällä hetkellä maailma räikeästi vei uuden globaalin sodan, joten tutkijoiden tutkimus, jonka tarkoituksena oli luoda ennennäkemättömän murskausvoiman aseita, ei voinut jäädä huomaamatta. Suuri kiinnostus tällaisiin tutkimuksiin osoitti Hitlerin Saksan johtajuuden. Erinomainen tieteellinen koulu, tämä maa voisi olla ensimmäinen, joka luo ydinaseita. Tämä mahdollisuus häiritsi suuresti johtavia tutkijoita, joista useimmat olivat erittäin saksalaisia. Albert Einstein kirjoitti ystävänsä Sylardin pyynnöstä elokuussa 1939 kirjeen Yhdysvaltojen presidentille, mikä viittaa ydinpommin vaaraan Hitlerissä. Tämän kirjeenvaihdon tulos oli ensin uraanikomitea ja sitten Manhattan-projekti, joka johti amerikkalaisten ydinaseiden luomiseen. Vuonna 1945 Yhdysvalloissa oli jo kolme pommia: plutonium "pieni juttu" (Gadget) ja "rasvainen mies" (Fat boy) sekä uraani "Little boy" (pikkupoika). Amerikan NW: n "vanhemmat" ovat Fermi ja Oppenheimer.
16. heinäkuuta 1945 New Mexico -alueella, vaaransi "pienet asiat", ja elokuussa "Kid" ja "Fat Man" putosivat Japanin kaupunkeihin. Pommitusten tulokset ylittivät kaikki sotilaiden odotukset.
Vuonna 1949 Neuvostoliitossa ilmestyi ydinaseita. Vuonna 1952 amerikkalaiset testasivat ensin ensimmäistä laitetta, joka perustui ydinfuusioon eikä hajoamiseen. Pian lämpöydinpommi luotiin Neuvostoliitossa.
Vuonna 1954 amerikkalaiset puhaltivat 15 megatonin trinitrotolueenilaitteen. Mutta historian voimakkain ydinräjähdys tapahtui muutama vuosi myöhemmin - 50 megatonin tsaari-Bomba puhallettiin Novaya Zemlyaan.
Onneksi sekä Neuvostoliitossa että Yhdysvalloissa he ymmärsivät nopeasti, mitä laajamittainen ydinsota voisi johtaa. Siksi vuonna 1967 suurvallat allekirjoittivat ydinsulkusopimuksen. Myöhemmin kehitettiin useita tätä alaa koskevia sopimuksia: SALT-I ja SALT-II, START-I ja START-II jne.
Neuvostoliitossa tapahtuneet ydinräjähdykset toteutettiin Novaya Zemlyassa ja Kazakstanissa, amerikkalaiset testasivat ydinaseitaan Nevadan osavaltiossa. Vuonna 1996 hyväksyimme sopimuksen kieltää ydinaseiden testauksen.
Miten atomipommi on?
Ydinräjähdys on kaoottinen prosessi, jolla vapautetaan valtava määrä energiaa, joka muodostuu ydinfissio- tai synteesireaktion tuloksena. Vastaavia ja vertailukelpoisia tehoprosesseja esiintyy tähtien syvyydessä.
Minkä tahansa aineen atomin ydin jakautuu, kun neutronit imeytyvät, mutta useimpien jaksollisen taulukon elementtien osalta tämä vaatii huomattavan energian kulutusta. On kuitenkin olemassa elementtejä, jotka kykenevät tällaiseen reaktioon neutronien vaikutuksen alaisina, joilla on mikä tahansa - jopa minimaalinen - energia. Niitä kutsutaan halkeamattomiksi.
Uranium-235- tai plutonium-239-isotooppeja käytetään ydinaseiden muodostamiseen. Ensimmäinen elementti löytyy maankuoresta, se voidaan eristää luonnollisesta uraanista (rikastus) ja aseiden laatuista plutoniumia saadaan keinotekoisesti ydinreaktoreissa. On olemassa muita halkeamiskelpoisia elementtejä, joita voidaan teoriassa käyttää ydinaseissa, mutta niiden vastaanotto liittyy suuriin vaikeuksiin ja kustannuksiin, joten niitä ei käytetä miltei koskaan.
Ydinreaktion pääpiirre on sen ketju eli itsekantava luonne. Kun atomi on säteilytetty neutronien kanssa, se hajoaa kahteen fragmenttiin vapauttamalla suuri määrä energiaa, sekä kaksi toissijaista neutronia, jotka puolestaan voivat aiheuttaa naapureiden ytimien fissiota. Siten prosessi muuttuu porrastetuksi. Lyhyen ajan ydinketjureaktion tuloksena muodostuu erittäin rajoitetussa tilavuudessa valtava määrä hajoavien ytimien ja atomien "fragmentteja" korkean lämpötilan plasman muodossa: neutronit, elektronit ja sähkömagneettisen säteilyn kvanta. Tämä hyytymä laajenee nopeasti ja muodostaa valtavan tuhoisen voiman aiheuttaman iskun.
Valtaosa nykyaikaisista ydinaseista ei toimi ketjun hajoamisreaktion perusteella, vaan johtuen valoelementtien ytimistä, jotka alkavat korkeissa lämpötiloissa ja korkeassa paineessa. Tässä tapauksessa vapautuu vielä suurempi määrä energiaa kuin ydinaseiden, kuten uraanin tai plutoniumin, hajoamisen aikana, mutta periaatteessa tulos ei muutu - muodostuu korkean lämpötilan plasman alue. Tällaisia muunnoksia kutsutaan lämpöydinkestäviksi fuusioreaktioiksi, ja varaukset, joissa niitä käytetään, ovat lämpöydinkestäviä.
Erillisinä olisi sanottava erityisistä ydinaseiden tyypeistä, joissa suurin osa fissio (tai synteesi) energiasta kohdistuu yhteen vahingon tekijöistä. Näitä ovat neutronisotat, jotka tuottavat kovan säteilyn virran, sekä ns. Kobolttipommi, joka antaa alueen suurimman säteilyn saastumisen.
Mitkä ovat ydinräjähdykset?
Ydinräjähdyksiä on kaksi:
- vallasta;
- sijainnin mukaan (latauspiste) räjähdyksen aikana.
Voima on ydinräjähdyksen määrittävä ominaisuus. Se riippuu täydellisen tuhoutumisvyöhykkeen sädöstä sekä säteilyn saastuttaman alueen koosta.
Tämän parametrin arvioimiseksi käytetään TNT-ekvivalenttia. Se osoittaa, kuinka paljon trinitrotolueenia on puhallettava vastaavan energian saamiseksi. Tämän luokituksen mukaan on olemassa seuraavia ydinräjähdystyyppejä:
- erittäin pieni;
- pieni;
- keskipitkän;
- suuri;
- erittäin suuri.
Ultralow (jopa 1 kT) räjähdyksessä muodostetaan tulipallo, jonka halkaisija on enintään 200 metriä ja sieni pilvi, jonka korkeus on 3,5 km. Super-suurilla on teho yli 1 mT, tulipallo yli 2 km, pilven korkeus on 8,5 km.
Yhtä tärkeä ominaisuus on ydinmaksun sijainti ennen räjähdystä sekä ympäristö, jossa se tapahtuu. Tällä perusteella erotetaan seuraavista ydinräjähdystyypeistä:
- Aspiroitu. Sen keskusta voi olla useita metrejä korkeita kymmeniä tai jopa satoja kilometrejä maanpinnan yläpuolella. Viimeksi mainitussa tapauksessa se kuuluu korkeudelle (15-100 km). Ilmakehän ydinräjähdyksellä on pallomainen salaman muoto;
- Tilaa. Tähän luokkaan kuuluu korkeus, joka on yli 100 km;
- Ground. Tähän ryhmään kuuluvat paitsi maan pinnalla olevat räjähdykset myös useiden metrien korkeudella sen yläpuolella. He kulkevat maaperän vapautumisen ja ilman sitä;
- Maanalainen. Sopimuksen allekirjoittamisen jälkeen, joka koski ydinaseiden testaamista ilmakehässä, maapallolla, veden alla ja avaruudessa (1963), tämä tyyppi oli ainoa tapa testata ydinaseita. Se suoritetaan eri syvyyksissä, useista kymmenistä sadoihin metreihin. Maan paksuuden alle muodostuu ontelo tai kolummi-kolonni, iskun aallon voima heikkenee merkittävästi (syvyydestä riippuen);
- Overwater. Korkeudesta riippuen se voi olla kosketuksissa ja kosketuksessa. Jälkimmäisessä tapauksessa vedenalaisen iskun aallon muodostuminen;
- Vedenalainen. Sen syvyys on erilainen, kymmenistä moniin satoihin metreihin. Tällä perusteella sillä on omat ominaisuutensa: "Sultan", radioaktiivisen kontaminaation luonne jne.
Mitä tapahtuu ydinräjähdyksessä?
Reaktion alkamisen jälkeen syntyy huomattava määrä lämpöä ja säteilyenergiaa lyhyessä ajassa ja hyvin rajoitetussa tilavuudessa. Tämän seurauksena lämpötila ja paine kasvavat ydinräjähdyksen keskellä valtaviin arvoihin. Tätä vaihetta pidetään kaukana erittäin kirkkaana valopisteenä. Tässä vaiheessa suurin osa energiasta muunnetaan sähkömagneettiseksi säteilyksi, lähinnä spektrin röntgen-osassa. Sitä kutsutaan ensisijaiseksi.
Ympäröivä ilma kuumennetaan ja poistetaan räjähdyspaikasta yliäänenopeuksilla. Muodostuu pilvi ja muodostuu isku, joka irrotetaan siitä. Tämä tapahtuu noin 0,1 msek reaktion alkamisen jälkeen. Kun se jäähtyy, pilvi kasvaa ja alkaa nousta, vetämällä tartunnan saaneita maaperän hiukkasia ja ilmaa. Ydinräjähdyksen suppilon muodostumisen episentrassa.
Tuolloin esiintyvät ydinreaktiot tulevat useiden eri säteilyn lähteeksi, gammasäteistä ja neutroneista korkean energian elektroneihin ja atomiytimiin. Näin syntyy ydinräjähdyksen läpäisevä säteily - yksi ydinaseiden tärkeimmistä vahingollisista tekijöistä. Lisäksi tämä säteily vaikuttaa ympäröivän aineen atomeihin, jolloin ne muuttuvat radioaktiivisiksi isotoopeiksi, jotka tarttuvat alueeseen.
Gammasäteily ionisoi ympäristön atomit, luoden sähkömagneettisen pulssin (EMP), joka poistaa käytöstä lähistöllä olevat elektroniset laitteet. Korkeiden ilmakehän räjähdysten sähkömagneettinen pulssi leviää paljon laajemmalle alueelle kuin maaperällä tai matalalla.
Mikä on vaarallinen atomi-ase ja miten sitä suojellaan?
Tärkeimmät ydinräjähdyksen tekijät:
- valon päästöt;
- iskuja;
- läpäisevä säteily;
- alueen saastuminen;
- sähkömagneettinen pulssi.
Jos puhumme maan räjähdyksestä, puolet sen energiasta (50%) menee iskun aallon ja suppilon muodostamiseen, noin 30% tulee ydinräjähdyksen säteilystä, 5% sähkömagneettisesta pulssista ja läpäisevästä säteilystä ja 15% maan saastumisesta.
Ydinräjähdyksen valon säteily on yksi ydinaseiden tärkeimmistä vahingollisista tekijöistä. Se on voimakas säteilyenergian virtaus, joka sisältää säteilyn spektrin ultravioletti-, infrapuna- ja näkyvistä osista. Sen lähde on räjähdys pilvi olemassaolon alkuvaiheissa (tulipallo). Tällä hetkellä sen lämpötila on 6 - 8 000 ° C.
Valon säteily leviää lähes välittömästi, tämän tekijän kesto lasketaan sekunteina (enintään 20 sekuntia). Mutta lyhyestä kestosta huolimatta valon säteily on erittäin vaarallista. Lyhyellä etäisyydellä episentrista se polttaa kaikki palavat materiaalit ja johtaa kaukana suuriin tulipaloihin ja tulipaloihin. Jopa huomattavalla etäisyydellä räjähdyksestä voi vahingoittaa näkö- ja ihon palovammoja.
Koska säteily leviää suorassa linjassa, mikä tahansa läpinäkymätön este voi tulla suojaksi sitä vastaan. Tämä haitallinen tekijä heikkenee merkittävästi savun, sumun tai pölyn läsnä ollessa.
Ydinräjähdyksen iskuaalto on ydinaseiden vaarallisin tekijä. Useimmat henkilövahingot sekä esineiden tuhoaminen ja vahingoittuminen johtuvat juuri sen vaikutuksesta. Iskun aalto on alue, jossa väliaine (vesi, maaperä tai ilma) puristuu jyrkästi ja joka liikkuu kaikessa suunnassa episentrista. Jos puhumme ilmakehän räjähdyksestä, iskun aallon nopeus on 350 m / s. Kun etäisyys kasvaa, nopeus laskee nopeasti.
Tällä vahingollisella tekijällä on suora vaikutus liiallisen paineen ja nopeuden vuoksi, ja henkilö voi kärsiä erilaisista jätteistä, joita se kantaa. Lähempänä aallon episentraa aiheuttaa vakavia seismisiä värähtelyjä, jotka voivat alentaa maanalaisia tiloja ja viestintää.
On ymmärrettävä, että rakennukset tai edes erityiset suojukset eivät voi suojata episentran välittömässä läheisyydessä esiintyvää iskuaalloa vastaan. Ne ovat kuitenkin melko tehokkaita huomattavan kaukana siitä. Tämän tekijän tuhoava voima vähentää merkittävästi maaston taitoksia.
Läpäisevä säteily. Tämä vahingollinen tekijä on kovan säteilyn virta, joka koostuu räjähdyksen episentrista peräisin olevista neutroneista ja gammasäteistä. Sen vaikutus, kuten valon vaikutus, on lyhytkestoinen, koska se imeytyy voimakkaasti ilmakehään. Läpäisevä säteily on vaarallista 10–15 sekunnin ajan ydinräjähdyksen jälkeen. Samasta syystä se voi vaikuttaa henkilöön vain suhteellisen lyhyen matkan päässä episentrista - 2-3 km. Säteilylle altistumisen taso pienenee siitä poistettaessa nopeasti.
Kehon kudosten läpi kulkeutuminen, hiukkasten virtaaminen ionisoi molekyylit häiritsemällä biologisten prosessien normaalia virtausta, mikä johtaa kehon tärkeimpien järjestelmien epäonnistumiseen. Vakavissa leesioissa esiintyy säteilysairautta. Tällä tekijällä on tuhoisa vaikutus joihinkin materiaaleihin, ja se häiritsee myös elektronisia ja optisia laitteita.
Suojaa läpäisevää säteilyä vastaan absorboivat materiaalit. Gammasäteilylle nämä ovat raskaita elementtejä, joilla on merkittävä atomimassa: esimerkiksi lyijy tai rauta. Nämä aineet sieppaavat kuitenkin neutroneja huonosti, ja lisäksi nämä hiukkaset aiheuttavat indusoitua radioaktiivisuutta metalleissa. Neutronit puolestaan absorboivat hyvin kevyitä elementtejä, kuten litiumia tai vetyä. Monimuotoisia materiaaleja käytetään esineiden tai sotilaallisten laitteiden monimutkaisessa suojauksessa. Esimerkiksi kaivoslaitosten johtaja MBR seulottiin raudoitetulla betonilla ja säiliöillä litiumilla. Kun rakennetaan ydinvoimalaitoksia, booria lisätään usein rakennusmateriaaleihin.
Sähkömagneettinen pulssi. Hämmästyttävä tekijä, joka ei vaikuta ihmisten tai eläinten terveyteen, mutta poistaa sähköiset laitteet.
Tehokas sähkömagneettinen kenttä tapahtuu ydinräjähdyksen jälkeen, kun ympäristö altistuu koville atomeille. Sen vaikutus on lyhyt (muutama millisekunti), mutta se riittää myös laitteiden ja voimajohtojen vahingoittamiseen. Ilman voimakas ionisointi häiritsee radioviestinnän ja tutka-asemien normaalia toimintaa, joten ydinaseiden räjäytystä käytetään ohjusten hyökkäysvaroitusjärjestelmän sokeuttamiseen.
Tehokas tapa suojata EMR: llä on elektronisten laitteiden suojaus. Sitä on käytetty käytännössä jo vuosikymmeniä.
Säteily saastuminen. Tämän vahingon tekijän lähde on ydinreaktioiden tuotteet, varauksen käyttämätön osa sekä indusoitu säteily. Ydinräjähdyksen aiheuttama infektio aiheuttaa vakavan vaaran ihmisten terveydelle, erityisesti koska monien isotooppien puoliintumisaika on hyvin pitkä.
Ilman, maaston ja esineiden tartunta tapahtuu radioaktiivisten aineiden kerrostumisen seurauksena. Ne talletetaan matkan varrella ja muodostavat radioaktiivisen jäljen. Lisäksi kun etäisyys episentrista vähenee, vaara vähenee. Ja tietysti räjähdysalue itsessään muuttuu tartunnan alueeksi. Suurin osa vaarallisista aineista putoaa saostumisena 12–24 tunnin kuluttua räjähdyksestä.
Tämän tekijän tärkeimmät parametrit ovat säteilyannos ja sen teho.
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.
