16 ביולי 1945 בבסיס חיל האוויר האמריקני בניו מקסיקו, אירע אירוע ששינה את כל ההיסטוריה שלאחר מכן של האנושות. ב 5 שעות 30 דקות זמן מקומי, בעולם הראשון פצצה גרעינית גאדג 'ט, עם קיבולת של 20 קילוטונים ב TNT, היה התפוצץ כאן. לדברי עדי ראייה, בהירות הפיצוץ חרגה משמעותית מאור השמש בצהרי היום, וצורת הפטרייה בצורת ענן בחמש דקות בלבד הגיעה לגובה של 11 ק"מ. הניסויים המוצלחים הללו היו תחילתו של עידן חדש של האנושות - הגרעין. בעוד כמה חודשים, אנשי הירושימה ונגסקי ידעו את כוחו וזעמו של הנשק שנוצר.
לאמריקנים לא היה מונופול על פצצה גרעינית במשך זמן רב, ובעשור הבא הפכו לתקופה של עימות קשה בין ארה"ב לברית המועצות, שנכללה בספרי ההיסטוריה שנקראת המלחמה הקרה. נשק גרעיני כיום הוא הגורם האסטרטגי החשוב ביותר שכולם צריכים להתמודד איתו. כיום, מועדון העילית הגרעיני כולל למעשה שמונה מדינות, כמה מדינות נוספות עוסקות ברצינות ביצירת נשק גרעיני. רוב ההאשמות הן בארסנל של ארצות הברית ורוסיה.
מהו פיצוץ גרעיני? איך הם אוהבים ומה הפיזיקה של פיצוץ גרעיני? האם נשק גרעיני מודרני שונה מההאשמות שהוטלו על ערים יפניות לפני שבעים שנה? ובכן, העיקר: מה הם הגורמים העיקריים של פיצוץ גרעיני, האם ניתן להגן מפני השפעתם? כל זה יידונו בחומר זה.
מן ההיסטוריה של בעיה זו
סוף המאה ה -19 והרבע הראשון של המאה ה -20 הפך לפיזיקה גרעינית תקופה של פריצות דרך חסרות תקדים והישגים מדהימים. באמצע שנות ה -30 של המאה ה -20, המדענים עשו כמעט את כל התגליות התיאורטיות שאיפשרו ליצור מטען גרעיני. בתחילת שנות השלושים של המאה ה -19, הגרעין האטומי נפל לראשונה, ובשנת 1934 חתם הפיסיקאי ההונגרי סילארד על תכנון של כור גרעיני.
בשנת 1938, שלושה מדענים גרמנים - פריץ Strassmann, אוטו האן וליסה מייטנר - גילו את תהליך ביקוע של אורניום במהלך הפצצת נויטרונים. זו היתה התחנה האחרונה בדרך להירושימה, עד מהרה קיבל הפיסיקאי הצרפתי פרדריק ז'וליוט-קארי פטנט על עיצוב פצצת אורניום. ב -1941 השלים פרמי את תורת התגובה הגרעינית.
באותו זמן, העולם התגלגל ללא הרף למלחמה עולמית חדשה, ולכן המחקר של מדענים שמטרתם ליצור נשק של כוח ריסוק חסר תקדים לא יכול היה מעיניהם. עניין רב במחקרים אלה הראה את הנהגת גרמניה של היטלר. בעל בית ספר מדעי מעולה, המדינה הזאת יכולה להיות הראשונה לייצר נשק גרעיני. סיכוי זה הטריד מאוד את המדענים המובילים, שרובם היו אנטי-גרמנים. באוגוסט 1939, על פי בקשתו של חברו סילר, כתב אלברט אינשטיין מכתב לנשיא ארצות-הברית, המציין את הסכנה לפצצה גרעינית בהיטלר. התוצאה של התכתבות זו היתה תחילה ועדת אורניום, ולאחר מכן פרויקט מנהטן, שהוביל ליצירת נשק גרעיני אמריקאי. בשנת 1945 כבר היו לארצות הברית שלוש פצצות: הפלוטוניום "דבר קטן" (גאדג'ט) ו"האיש השמן "(ילד שמן), וגם את האורניום" ילד קטן "(ילד קטן). ה"הורים "של ה- NW האמריקאים הם המדענים פרמי ואופנהיימר.
ב -16 ביולי 1945 באתר בניו מקסיקו, ערערו את "הדברים הקטנים", ובאוגוסט, "ילד" ו"שמן "ירדו על ערים יפניות. תוצאות ההפצצה עלו על כל הציפיות של הצבא.
בשנת 1949, נשק גרעיני הופיע בברית המועצות. בשנת 1952, האמריקאים נבדקו לראשונה את המכשיר הראשון, שהיה מבוסס על היתוך גרעיני, לא ריקבון. עד מהרה נוצר הפצצה התרמו-גרעינית בברית המועצות.
בשנת 1954, האמריקאים פוצצו 15 מגהון trinitrotoluene המכשיר. אבל ההתפוצצות הגרעינית החזקה ביותר בהיסטוריה התרחשה כעבור כמה שנים - צאר-בומבה 50 מגהטון פוצצה על נוביה זמלייה.
למרבה המזל, הן בברית המועצות והן בארה"ב הם הבינו במהירות מה עלולה להוביל מלחמה גרעינית בקנה מידה גדול. לכן, בשנת 1967, המעצמות חתמו על האמנה למניעת הפצת נשק גרעיני. מאוחר יותר התפתחו מספר הסכמים הקשורים לתחום זה: SALT-I ו- SALT-II, START-I ו- START-II ועוד.
פיצוצים גרעיניים בברית המועצות בוצעו על נוביה זמלייה ובקזחסטאן, האמריקאים בדקו את הנשק הגרעיני שלהם באתר בדיקה במדינת נבאדה. בשנת 1996, קיבלנו הסכם לאסור כל בדיקה של נשק גרעיני.
איך הפצצה האטומית?
פיצוץ גרעיני הוא תהליך כאוטי של שחרור כמות עצומה של אנרגיה שנוצר כתוצאה של ביקוע גרעיני או סינתזה התגובה. תהליכי כוח דומים ושוהים מתרחשים במעמקי הכוכבים.
הגרעין של האטום של כל חומר מחולק כאשר נויטרונים נספגים, אבל עבור רוב האלמנטים של הטבלה המחזורית, זה דורש לבזבז אנרגיה רבה. עם זאת, ישנם אלמנטים המסוגלים תגובה כזו תחת השפעתם של נויטרונים, אשר יש אנרגיה - אפילו מינימלית. הם נקראים בקיע.
אורניום 235 או פלוטוניום 239 איזוטופים משמשים לייצור נשק גרעיני. האלמנט הראשון נמצא בקרום כדור הארץ, הוא יכול להיות מבודד מן האורניום הטבעי (העשרה), ו פלוטוניום כיתה נשק מתקבל באופן מלאכותי כורים גרעיניים. יש עוד גורמים בקיעיים שיכולים לשמש תיאורטית בנשק גרעיני, אך הקבלה שלהם קשורה לקשיים ועלויות גדולים, ולכן הם כמעט ולא משתמשים בהם.
המאפיין העיקרי של התגובה הגרעינית הוא שרשרת שלה, כלומר, טבע מתמשך. כאשר אטום הוא מוקרן עם נויטרונים, הוא נשבר לשני שברים עם שחרורו של כמות גדולה של אנרגיה, כמו גם שני נייטרונים משניים, אשר, בתורו, יכול לגרום ביקוע של גרעינים סמוכים. אז התהליך הופך מדורגים. כתוצאה מתגובת שרשרת גרעינית בפרק זמן קצר, כמות עצומה של "שברי" של גרעינים ואטומים מתפוררים בצורת פלזמה בטמפרטורה גבוהה: נויטרונים, אלקטרונים וקוונטים של קרינה אלקטרומגנטית נוצרים בנפח מוגבל ביותר. קריש זה מתרחב במהירות, יוצר גל הלם של כוח הרסני עצום.
הרוב המכריע של הנשק הגרעיני המודרני לא עובד על בסיס התגובה ריקבון שרשרת, אלא בשל היתוך של גרעינים של אלמנטים אור, אשר מתחילים בטמפרטורות גבוהות בלחץ גבוה. במקרה זה, כמות גדולה עוד יותר של אנרגיה משתחררת מאשר במהלך ריקבון של גרעינים כגון אורניום או פלוטוניום, אבל באופן עקרוני התוצאה לא משתנה - אזור של פלזמה גבוהה טמפרטורה נוצר. טרנספורמציות כאלה נקראות תגובות פיוז'ן תרמו-גרעיניות, והאשמות שבהן הן משמשות הן תרמו-גרעיניות.
בנפרד, יש לומר על סוגים מיוחדים של נשק גרעיני, שבו רוב האנרגיה של ביקוע (או סינתזה) מכוונת לאחד הגורמים לנזק. אלה כוללים תחמושת נייטרון המייצרים זרם של קרינה קשה, כמו גם את מה שנקרא פצצת קובלט, אשר נותן את זיהום הקרינה המקסימלית של האזור.
מה הם פיצוצים גרעיניים?
ישנם שני סיווגים עיקריים של פיצוצים גרעיניים:
- על כוח;
- לפי מיקום (נקודת חיוב) בעת הפיצוץ.
כוח הוא המאפיין המגדיר של פיצוץ גרעיני. זה תלוי ברדיוס של האזור של הרס מוחלט, כמו גם את גודל השטח מזוהמים על ידי קרינה.
כדי לאמוד פרמטר זה, נעשה שימוש ב- TNT. זה מראה כמה trinitrotoluene צריך להיות מפוצץ על מנת לקבל אנרגיה דומה. על פי סיווג זה, ישנם סוגים שונים של פיצוצים גרעיניים:
- אולטרה קטן;
- קטן;
- בינוני;
- גדול;
- גדול במיוחד.
ב ultralow (עד 1 KT) פיצוץ, כדור אש נוצר עם קוטר של לא יותר מ 200 מטר וענן פטריות עם גובה של 3.5 ק"מ. אלה סופר גדול יש כוח של יותר מ 1 mT, כדור האש שלהם עולה על 2 ק"מ, ואת גובה הענן הוא 8.5 ק"מ.
תכונה חשובה לא פחות היא המיקום של המטען הגרעיני לפני הפיצוץ, כמו גם את הסביבה שבה הוא מתרחש. על בסיס זה מובחנים סוגים שונים של פיצוצים גרעיניים:
- אטמוספרי. המרכז שלה יכול להיות בגובה של כמה מטרים עד עשרות, או אפילו מאות קילומטרים מעל הקרקע. במקרה האחרון, היא שייכת לקטגוריה של גובה גבוה (מ 15 עד 100 ק"מ). פיצוץ גרעיני אוויר יש צורה פלאש כדורית;
- קוסמית. כדי להיכנס לקטגוריה זו, זה חייב להיות גובה גדול מ -100 ק"מ;
- קרקע. קבוצה זו כוללת לא רק פיצוצים על פני כדור הארץ, אלא גם בגובה של כמה מטרים מעליו. הם עוברים עם שחרורה של האדמה, ובלי זה;
- מתחת לאדמה. לאחר החתימה על האמנה בדבר איסור בדיקת נשק גרעיני באטמוספירה, על כדור הארץ, מתחת למים ובחלל (1963), היתה זו הדרך היחידה לבחון נשק גרעיני. הוא מתבצע במעמקים שונים, מכמה עשרות עד מאות מטרים. מתחת לעובי האדמה נוצר חלל או עמוד התמוטטות, כוחו של גל ההלם נחלש באופן משמעותי (תלוי בעומק);
- משטח בהתאם לגובה, זה יכול להיות מגע ומגע. במקרה האחרון, היווצרות גל זעזועים תת-ימיים;
- מתחת למים. עומקו שונה, מעשרות למאות מטרים. על בסיס זה, יש לה מאפיינים משלהם: נוכחות או היעדר "הסולטאן", אופי זיהום רדיואקטיבי וכו '.
מה קורה בהתפוצצות גרעינית?
לאחר תחילת התגובה, כמות משמעותית של חום ואנרגיה קורנת נפלטת בתוך פרק זמן קצר ובנפח מוגבל מאוד. כתוצאה מכך, הטמפרטורה והלחץ גוברים במרכז הפיצוץ הגרעיני לערכים עצומים. מרחוק, השלב הזה נתפס כנקודת אור זוהרת מאוד. בשלב זה, רוב האנרגיה מומרת לקרינה אלקטרומגנטית, בעיקר בחלק הרנטגן של הספקטרום. זה נקרא הראשי.
האוויר הסוער מחומם וגורש מנקודת ההתפוצצות במהירויות קוליות. נוצר ענן וגל הלם נוצר, מנותק ממנו. זה קורה כ 0.1 msec לאחר תחילת התגובה. כאשר הוא מתקרר, הענן גדל ומתחיל לעלות, גורר את חלקיקי האדמה הנגועים ואת האוויר. בשלב המוקד של היווצרות של משפך מפיצוץ גרעיני.
תגובות גרעיניות המתרחשות בשלב זה הופכות למקור של מספר קרינות שונות, מקרנות גמא ונויטרונים ועד לאלקטרונים בעלי אנרגיה גבוהה וגרעינים אטומיים. כך מתעוררת קרינה חודרת של פיצוץ גרעיני - אחד הגורמים הפוגעים העיקריים בנשק גרעיני. בנוסף, קרינה זו משפיעה על האטומים של החומר שמסביב, מה שהופך אותם איזוטופים רדיואקטיביים להדביק את האזור.
קרינת גמא מייננת את האטומים של הסביבה, ויוצרת דופק אלקטרומגנטי (EMP), אשר משבית את כל ההתקנים האלקטרוניים הסמוכים. דופק אלקטרומגנטי של פיצוצים אטמוספריים בגובה רב מתפשט לאזור הרבה יותר גדול מאשר עם הקרקע או בגובה נמוך.
מהו נשק גרעיני מסוכן ואיך להגן עליו?
הגורמים הבולטים העיקריים בפיצוץ גרעיני:
- פליטת אור;
- גל הלם;
- קרינה חודרת;
- זיהום השטח;
- דופק אלקטרומגנטי.
אם נדבר על התפוצצות קרקעית, מחצית מאנרגיה (50%) הולכת להיווצרות גל הלם ומשפך, כ -30% מקורם בקרינה של פיצוץ גרעיני, 5% מדופק אלקטרומגנטי וקרינה חודרת ו -15% מזיהום הקרקע.
קרינת האור של פיצוץ גרעיני היא אחד הגורמים העיקריים של נשק גרעיני. זהו זרם חזק של אנרגיה קורנת, הכוללת קרינה מן החלקים האולטרה סגול, אינפרא אדום גלוי של הספקטרום. מקורו הוא ענן של פיצוץ בשלבים המוקדמים של הקיום (כדור האש). בשלב זה, יש לו טמפרטורה של 6 עד 8000 מעלות צלזיוס.
קרינה אור מתפשט כמעט מיד, משך זה גורם מחושב בשניות (עד מקסימום של 20 שניות). אבל, למרות משך קצר, קרינת אור מסוכנת מאוד. במרחק קצר מן המוקד, הוא שורף את כל חומרים דליקים, ומרחק מוביל שריפות בקנה מידה גדול שריפות. אפילו במרחק ניכר מהפיצוץ עלול להזיק לאיברי הראייה ולכוויות העור.
מאחר שהקרינה מתפשטת בקו ישר, כל מחסום שאינו שקוף יכול להפוך להגנה נגדו. גורם מזיק זה נחלש באופן משמעותי בנוכחות עשן, ערפל או אבק.
גל ההלם של פיצוץ גרעיני הוא הגורם המסוכן ביותר לנשק גרעיני. רוב הנזק לאנשים, כמו גם הרס ופגיעה חפצים מתרחשת דווקא בגלל השפעתה. גל ההלם הוא שטח של דחיסה חדה של המדיום (מים, אדמה או אוויר), אשר נע לכל הכיוונים מן המוקד. אם אנחנו מדברים על פיצוץ אטמוספרי, אז את המהירות של גל ההלם הוא 350 מ ש. עם הגדלת המרחק, מהירות טיפות במהירות.
זה גורם מזיק יש השפעה ישירה עקב לחץ יתר ומהירות, כמו גם אדם יכול לסבול פסולת שונים שהיא נושאת. קרוב יותר למוקד של הגל גורם רטט סייסמי רציני שיכול להפיל מתקני תת קרקעי ותקשורת.
יש להבין כי גם מבנים וגם מקלטים מיוחדים לא יוכלו להגן מפני גל הלם בסביבה הקרובה של המוקד. עם זאת, הם יעילים למדי במרחק ניכר ממנו. הכוח ההרסני של גורם זה מפחית באופן משמעותי את הקפלים של השטח.
קרינה חודרת. גורם מזיק זה הוא זרם של קרינה קשה, המורכבת מנויטרונים וקריני גמא הנפלטים ממרכז ההתפוצצות. השפעתו, כמו זו של אור, היא קצרה, כי זה נספג חזק על ידי האווירה. קרינה חודרת מסוכנת למשך 10-15 שניות לאחר פיצוץ גרעיני. מאותה סיבה, זה יכול להשפיע על אדם רק במרחק קצר יחסית מן המוקד - 2-3 ק"מ. כאשר מסירים ממנה, רמת החשיפה לקרינה יורדת במהירות.
עוברים דרך הרקמות של הגוף שלנו, זרימת החלקיקים מייננת את המולקולות, משבשת את זרימת נורמלי של תהליכים ביולוגיים, אשר מוביל לכישלון של המערכות החשובות ביותר של הגוף. ב lesions חמור, קרינה מחלה מתרחשת. גורם זה יש השפעה הרסנית על חומרים מסוימים, וגם משבש התקנים אלקטרוניים ואופטיים.
כדי להגן מפני קרינה חודר, חומרים סופגים משמשים. עבור קרינת גמא, אלה הם אלמנטים כבדים עם מסה אטומית משמעותית: למשל, עופרת או ברזל. עם זאת, חומרים אלה ללכוד נויטרונים גרוע, יתר על כן, חלקיקים אלה לגרום רדיואקטיביות המושרה במתכות. נויטרונים, בתורם, נספגים היטב על ידי אלמנטים קלים כגון ליתיום או מימן. להגנה מורכבת של חפצים או ציוד צבאי, חומרים רב שכבתיים משמשים. לדוגמה, ראש מכרה של מכרה MRI הוקרן בבטון מזוין ובטנקים עם ליתיום. בעת בניית מקלטים אנטי-גרעיניים, בורון מתווסף לעתים קרובות לחומרי בנייה.
דופק אלקטרומגנטי. גורם בולט שאינו משפיע על בריאות האדם או על בעלי החיים, אלא על השבתת התקנים אלקטרוניים.
שדה אלקטרומגנטי רב עוצמה מתרחש לאחר פיצוץ גרעיני כתוצאה מחשיפה לאטומים קשים על הסביבה. האפקט שלה קצר (כמה אלפיות השנייה), אבל זה גם מספיק כדי להזיק ציוד קווי חשמל. יינון חזק של האוויר משבש את הפעולה הרגילה של תקשורת רדיו תחנות מכ"ם, כך פיצוץ של נשק גרעיני משמש כדי עיוור את מערכת התקיפה אזהרה טילים.
דרך יעילה להגן מפני EMR היא הגנה על ציוד אלקטרוני. זה כבר בשימוש בפועל במשך עשרות שנים.
זיהום קרינה. מקורו של גורם נזק זה הוא תוצרי התגובות הגרעיניות, החלק הבלתי מנוצל של המטען, וכן קרינה המושרה. זיהום בהתפוצצות גרעינית מהווה סכנה חמורה לבריאות האדם, במיוחד משום שחצי החיים של איזוטופים רבים הוא ארוך מאוד.
זיהום אוויר, שטחים ואובייקטים מתרחשת כתוצאה של הפקדת חומרים רדיואקטיביים. הם מופקדים לאורך הדרך, יוצרים עקבות רדיואקטיביים. יתר על כן, ככל שהמרחק מן המוקד יורד, הסכנה פוחתת. וכמובן, האזור של הפיצוץ עצמו הופך לאזור של זיהום. רוב החומרים המסוכנים נופלים כמו משקעים במהלך 12-24 שעות לאחר הפיצוץ.
הפרמטרים העיקריים של גורם זה הוא מינון הקרינה וכוחו.
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.
