1945. gada 16. jūlijs ASV Gaisa spēku bāzē Ņūmeksikā notika notikums, kas mainīja visu turpmāko cilvēces vēsturi. Pēc 5 stundām 30 minūtes vietējais laiks, pasaulē pirmais kodolspēles sīkrīks, kura ietilpība TNT ir 20 kilotoni, tika eksplodēts. Pēc aculiecinieku domām, sprādziena spilgtums ievērojami pārsniedza saules gaismu pusdienlaikā, un mākoņu formas sēņu forma tikai piecu minūšu laikā sasniedza 11 kilometru augstumu. Šie veiksmīgie izmēģinājumi bija jauna cilvēces laikmeta sākums - kodolenerģija. Dažu mēnešu laikā Hirosimas un Nagasaki ļaudis pilnībā piedzīvos radītā ieroča spēku un dusmas.
Amerikāņiem ilgu laiku nebija monopola kodolspēkā, un nākamās četras desmitgades kļuva par grūtu konfrontāciju starp ASV un PSRS, kas tika iekļauta vēstures grāmatās, ko sauc par auksto karu. Kodolieroči šodien ir vissvarīgākais stratēģiskais faktors, ar kuru ikvienam ir jārēķinās. Šodien elites kodolklubā faktiski ir astoņas valstis, vairākas citas valstis nopietni iesaistās kodolieroču radīšanā. Lielākā daļa nodevu ir ASV un Krievijas arsenālā.
Kas ir kodolsprādziens? Kas viņiem patīk un kāda ir kodolatkrituma fizika? Vai mūsdienu kodolieroči atšķiras no apsūdzībām, kas tika atņemtas Japānas pilsētās pirms septiņdesmit gadiem? Nu un vissvarīgākais: kādi ir galvenie kodolieroču sprādziena faktori un vai ir iespējams aizstāvēt pret to ietekmi? Tas viss tiks apspriests šajā materiālā.
No šī jautājuma vēstures
19. gs. Beigas un 20. gadsimta pirmais ceturksnis kļuva par kodolfiziku par nepieredzētu sasniegumu un pārsteidzošu sasniegumu periodu. 1930. gadu vidū zinātnieki bija izdarījuši gandrīz visus teorētiskos atklājumus, kas ļāva izveidot kodolenerģijas maksu. 1930. gadu sākumā atomu kodols pirmo reizi tika sadalīts, un 1934. gadā Ungārijas fiziķis Silards patentēja kodolreaktora dizainu.
1938. gadā trīs vācu zinātnieki - Fritz Strassmann, Otto Hahn un Lisa Meitner - atklāja urāna sadalīšanās procesu neitronu bombardēšanas laikā. Tas bija pēdējais apstāšanās ceļā uz Hirosimu, drīz franču fiziķis Freders Joliots-Kirijs saņēma patentu par urāna bumbas dizainu. 1941. gadā Fermi pabeidza kodolreakcijas teoriju.
Šajā laikā pasaule neizbēgami izvērsa jaunu globālu karu, tāpēc zinātnieku pētījumi, kuru mērķis bija izveidot bezprecedenta saspiešanas spēku ieročus, nevarēja nepamanīt. Liela interese par šādiem pētījumiem parādīja Hitlera Vācijas vadību. Kam ir lieliska zinātniskā skola, šī valsts varētu būt pirmā, kas radīs kodolieročus. Šī perspektīva lielā mērā traucēja vadošajiem zinātniekiem, no kuriem lielākā daļa bija ārkārtīgi vācu. 1939. gada augustā, pēc viņa drauga Sylard lūguma, Alberts Einšteins rakstīja vēstuli Amerikas Savienoto Valstu prezidentam, norādot uz bumbas draudiem Hitlerā. Šīs korespondences rezultāts vispirms bija urāna komiteja un tad Manhetenas projekts, kas noveda pie amerikāņu kodolieroču radīšanas. 1945. gadā Amerikas Savienotajām Valstīm jau bija trīs bumbas: plutonija "mazā lieta" (sīkrīks) un "tauku cilvēks" (Fat boy), kā arī urāns "Little boy" (mazais zēns). Amerikāņu NW "vecāki" ir zinātnieki Fermi un Oppenheimer.
1945.gada 16.jūlijā Ņūmeksikas vietā, mazināja "mazās lietas", bet augustā "Kid" un "Fat Man" nokrita Japānas pilsētās. Bombardēšanas rezultāti pārsniedza visas militārās cerības.
1949. gadā Padomju Savienībā parādījās kodolieroči. 1952. gadā amerikāņi vispirms pārbaudīja pirmo ierīci, kuras pamatā bija kodolsintēze, nevis sabrukums. Drīz PSRS tika radīta kodolspēle.
1954. gadā amerikāņi uzspridzināja 15 megatonu trinitrotoluola ierīci. Bet visspēcīgākais kodolieroču sprādziens vēsturē notika pēc dažiem gadiem - Novaja Zemlyā tika uzpūsts 50 megatonu cara-Bomba.
Par laimi, gan PSRS, gan ASV viņi ātri saprata, ko varētu izraisīt liela mēroga kodolkara. Tāpēc 1967. gadā lielvaras parakstīja Kodolieroču neizplatīšanas līgumu. Vēlāk tika izstrādāti vairāki nolīgumi saistībā ar šo jomu: SALT-I un SALT-II, START-I un START-II utt.
Kodolieroču sprādzieni PSRS tika veikti Novaja Zemlijā un Kazahstānā, amerikāņi pārbaudīja savu kodolieročus Nevadas štatā. 1996. gadā mēs pieņēmām vienošanos aizliegt kodolieroču testēšanu.
Kā ir atomu bumba?
Kodolieroču eksplozija ir haotisks process, lai atbrīvotu milzīgu enerģijas daudzumu, kas veidojas kodola skaldīšanas vai sintēzes reakcijas rezultātā. Līdzīgi un salīdzināmi jaudas procesi notiek zvaigžņu dziļumā.
Jebkuras vielas atoma kodols ir sadalīts, kad tiek absorbēti neitroni, bet vairumam periodiskās tabulas elementu tas prasa ievērojamu enerģiju. Tomēr ir elementi, kas spēj šādu reakciju neitronu ietekmē, kam ir jebkura - pat minimāla - enerģija. Tos sauc par skaldāmiem.
Urana-235 vai plutonija-239 izotopus izmanto, lai radītu kodolieročus. Pirmais elements atrodams zemes garozā, to var izolēt no dabiskā urāna (bagātināšana), un kodolreaktoros mākslīgi iegūst ieroču klases plutoniju. Ir arī citi skaldmateriāli, kurus teorētiski var izmantot kodolieročos, bet to saņemšana ir saistīta ar lielām grūtībām un izmaksām, tāpēc tās gandrīz nekad neizmanto.
Kodolreakcijas galvenā iezīme ir tās ķēde, ti, pašpietiekama daba. Kad atoms ir apstarots ar neitroniem, tas sadalās divos fragmentos, atbrīvojot lielu enerģijas daudzumu, kā arī divus sekundārus neitronus, kas savukārt var izraisīt blakus esošo kodolu sadalīšanos. Tāpēc process kļūst pakāpenisks. Kodolķēdes reakcijas rezultātā īsā laika posmā ļoti ierobežotā apjomā veidojas milzīgs daudzums sabrukušo kodolu un atomu “fragmentu” augstās temperatūras plazmas veidā: neitroni, elektroni un elektromagnētiskā starojuma kvantā. Šis receklis strauji paplašinās, veidojot milzīgu destruktīvu spēku šoka vilni.
Lielākā daļa mūsdienu kodolieroču nedarbojas, pamatojoties uz ķēdes sabrukšanas reakciju, bet sakarā ar gaismas elementu kodolu saplūšanu, kas sākas ar augstu temperatūru un augstu spiedienu. Šajā gadījumā tiek izlaists vēl lielāks enerģijas daudzums nekā kodolu, piemēram, urāna vai plutonija, sabrukšanas laikā, bet rezultāts principā nemainās - veidojas augsta temperatūras plazmas reģions. Šādas transformācijas tiek sauktas par termo-kodolsintēzes reakcijām.
Atsevišķi jāpasaka par īpašiem kodolieroču veidiem, kuros lielākā daļa šķelšanās (vai sintēzes) enerģijas ir vērsta uz vienu no kaitējuma faktoriem. Tie ietver neitronu munīciju, kas rada cietā starojuma plūsmu, kā arī tā saukto kobalta bumbu, kas dod maksimālu radiācijas piesārņojumu apgabalā.
Kādas ir kodolieroču eksplozijas?
Ir divas galvenās kodolatkritumu klasifikācijas:
- par varu;
- pēc atrašanās vietas (uzlādes vietas) sprādziena laikā.
Jauda ir kodolsprādziena raksturīgā iezīme. Tas ir atkarīgs no pilnīgas iznīcināšanas zonas rādiusa, kā arī no radiācijas piesārņotās teritorijas lieluma.
Lai novērtētu šo parametru, tiek izmantots TNT ekvivalents. Tas parāda, cik daudz trinitrotoluolu nepieciešams uzspridzināt, lai iegūtu salīdzināmu enerģiju. Saskaņā ar šo klasifikāciju ir šādi kodolatkritumu veidi:
- ultra mazs;
- mazs;
- vide;
- liels;
- īpaši liels.
Ultra (līdz 1 kT) sprādzienam tiek veidots ugunskurs, kura diametrs nepārsniedz 200 metrus, un sēņu mākonis ar augstumu 3,5 km. Super lieliem ir jauda ir lielāka par 1 mT, to ugunsmūris pārsniedz 2 km, un mākoņa augstums ir 8,5 km.
Tikpat svarīga iezīme ir kodolmaksājuma atrašanās pirms sprādziena, kā arī vide, kurā tā notiek. Pamatojoties uz to, izšķir šādus kodolatkritumu veidus:
- Atmosfēras. Tās centrs var būt vairāku metru augstumā līdz desmitiem vai pat simtiem kilometru virs zemes. Pēdējā gadījumā tā pieder pie augstkalnu kategorijas (no 15 līdz 100 km). Aeronavigācijas sprādzienam ir sfēriska zibspuldzes forma;
- Kosmiskā. Lai iekļūtu šajā kategorijā, tam jābūt augstākam par 100 km;
- Zeme. Šajā grupā ietilpst ne tikai sprādzieni uz zemes virsmas, bet arī vairāku metru augstumā virs tās. Tie iet cauri augsnes atbrīvošanai un bez tās;
- Pazemes. Pēc tam, kad tika parakstīts Līgums par kodolieroču pārbaudes atmosfērā, uz Zemes, zem ūdens un kosmosā aizliegumu (1963), šis veids bija vienīgais iespējamais veids, kā pārbaudīt kodolieročus. To veic dažādos dziļumos, no vairākiem desmitiem līdz simtiem metru. Zem zemes biezuma veidojas dobuma vai sabrukuma kolonna, šoka viļņa spēks ir ievērojami vājināts (atkarībā no dziļuma);
- Virsma Atkarībā no augstuma tas var būt bezkontakta un kontakta. Pēdējā gadījumā zemūdens trieciena viļņa veidošanās;
- Zemūdens. Tās dziļums atšķiras no desmitiem līdz daudziem simtiem metru. Pamatojoties uz to, tam ir savas īpašības: "Sultāna" klātbūtne vai neesamība, radioaktīvā piesārņojuma raksturs utt.
Kas notiek kodolieroču eksplozijā?
Pēc reakcijas sākuma īsā laika posmā un ļoti ierobežotā apjomā tiek emitēts ievērojams daudzums siltuma un starojuma enerģijas. Tā rezultātā temperatūra un spiediens palielinās kodolatkritumu centrā līdz milzīgām vērtībām. No tā brīža šī fāze tiek uztverta kā ļoti spilgts gaismas punkts. Šajā posmā lielākā daļa enerģijas tiek pārveidota elektromagnētiskajā starojumā, galvenokārt spektra rentgena daļā. To sauc par primāro.
Apkārtējais gaiss tiek apsildīts un izvadīts no sprādziena vietas virsskaņas ātrumā. Izveidojas mākonis un veidojas šoka vilnis, kas no tā atdalās. Tas notiek aptuveni 0,1 ms pēc reakcijas sākuma. Kad tas atdziest, mākonis aug un sāk pieaugt, velkot gar inficētajām augsnes daļiņām un gaisu. Pēc kodola sprādziena piltuves veidošanās epicentrā.
Kodolreakcijas, kas rodas šajā laikā, kļūst par vairāku dažādu starojumu avotu, sākot ar gamma stariem un neitroniem, līdz augstas enerģijas elektroniem un atomu kodoliem. Tādā veidā rodas kodola sprādziena iekļūstošais starojums - viens no galvenajiem kodolieroču kaitīgajiem faktoriem. Turklāt šis starojums ietekmē apkārtējās vielas atomus, pārvēršot tos par radioaktīviem izotopiem, kas inficē zonu.
Gammas starojums jonizē vides atomus, radot elektromagnētisko impulsu (EMP), kas izslēdz visas tuvumā esošās elektroniskās ierīces. Augsta augstuma atmosfēras sprādzienu elektromagnētiskais impulss izplatās daudz plašākā teritorijā nekā zemē vai zemā augstumā.
Kas ir bīstami atomu ieroči un kā to aizsargāt?
Galvenie kodolieroču eksplozijas faktori:
- gaismas emisija;
- šoka vilnis;
- caurlaidīgs starojums;
- teritorijas piesārņojums;
- elektromagnētiskais impulss.
Ja mēs runājam par zemes eksploziju, puse no tās enerģijas (50%) nonāk šoka viļņa un piltuves veidošanā, apmēram 30% nāk no kodolieroču sprādziena, 5% no elektromagnētiskā impulsa un iekļūstošā starojuma un 15% no zemes piesārņojuma.
Kodolieroču eksplozijas gaismas starojums ir viens no galvenajiem kodolieroču kaitīgajiem faktoriem. Tā ir spēcīga starojuma enerģijas plūsma, kas ietver ultravioletās, infrasarkanās un redzamās spektra daļas starojumu. Tās avots ir eksplozijas mākonis agrīnās eksistences stadijās (fireball). Šajā laikā tā temperatūra ir no 6 līdz 8 tūkst. ° C.
Gaismas starojums izplatās gandrīz uzreiz, šī faktora ilgums tiek aprēķināts sekundēs (līdz 20 sekundēm). Bet, neraugoties uz īso ilgumu, gaismas starojums ir ļoti bīstams. Tuvumā no epicentras tā sadedzina visus uzliesmojošus materiālus un attālināti noved pie liela mēroga ugunsgrēkiem un ugunsgrēkiem. Pat lielā attālumā no sprādziena var bojāt redzes orgānus un ādas apdegumus.
Tā kā starojums izplatās taisnā līnijā, jebkurš caurspīdīgs šķērslis var kļūt par aizsardzību pret to. Šo kaitīgo faktoru ievērojami pasliktina dūmu, miglas vai putekļu klātbūtne.
Kodolieroču sprādziena šoka vilnis ir visbīstamākais kodolieroču faktors. Lielākā daļa cilvēku nodarītā kaitējuma, kā arī priekšmetu iznīcināšana un bojājumi rodas tieši tā ietekmes dēļ. Šoka vilnis ir vidēja (ūdens, augsnes vai gaisa) strauja saspiešanas zona, kas pārvietojas visos virzienos no epicentras. Ja mēs runājam par atmosfēras sprādzienu, tad šoka viļņa ātrums ir 350 m / s. Pieaugot attālumam, tā ātrums strauji samazinās.
Šim bojājošajam faktoram ir tieša iedarbība pārmērīga spiediena un ātruma dēļ, kā arī persona var ciest no dažādiem atkritumiem, ko tā veic. Tuvāk viļņa epicentram rodas nopietnas seismiskas vibrācijas, kas var pazemināt pazemes iekārtas un sakarus.
Jāapzinās, ka nedz ēkas, nedz pat īpašas patversmes nespēs aizsargāt pret triecienviļņu epicentras tiešā tuvumā. Tomēr tās ir diezgan efektīvas ievērojamā attālumā no tā. Šī faktora destruktīvā jauda ievērojami samazina reljefa krokām.
Caurspīdīgs starojums. Šis kaitīgais faktors ir cietā starojuma plūsma, kas sastāv no neitroniem un gamma stariem, ko izstaro sprādziena epicentrs. Tā iedarbība, tāpat kā gaismas iedarbība, ir īss, jo atmosfērā tā ir stipri absorbēta. Pēc kodolieroča eksplozijas 10-15 sekundes ir bīstams starojums. Šī paša iemesla dēļ tas var ietekmēt personu tikai salīdzinoši nelielā attālumā no epicentras - 2-3 km. Noņemot to, radiācijas iedarbības līmenis strauji samazinās.
Caur mūsu ķermeņa audiem daļiņu plūsma jonizē molekulas, traucējot normālu bioloģisko procesu plūsmu, kas noved pie vissvarīgākajām ķermeņa sistēmām. Smagiem bojājumiem rodas radiācijas slimība. Šim faktoram ir postoša ietekme uz dažiem materiāliem, kā arī traucē elektroniskās un optiskās ierīces.
Lai pasargātu no iekļūstošā starojuma, tiek izmantoti absorbējošie materiāli. Gamma starojuma gadījumā tie ir smagie elementi ar ievērojamu atomu masu: piemēram, svins vai dzelzs. Tomēr šīs vielas vāji uztver neitronus, turklāt šīs daļiņas izraisa inducētu metālu radioaktivitāti. Neitroni, savukārt, labi absorbējas tādos vieglos elementos kā litijs vai ūdeņradis. Kompleksai objektu vai militāra aprīkojuma aizsardzībai tiek izmantoti daudzslāņu materiāli. Piemēram, mīnu iekārtu vadītājs MBR pārmeklēja ar dzelzsbetonu un tvertnēm ar litiju. Būvējot pret kodolieročus, būvmateriāliem bieži tiek pievienots bors.
Elektromagnētiskais impulss. Pārsteidzošs faktors, kas neietekmē cilvēku vai dzīvnieku veselību, bet izslēdz elektroniskās ierīces.
Spēcīgs elektromagnētiskais lauks rodas pēc kodolieroču sprādziena, ko rada cieto atomu iedarbība uz vidi. Tās efekts ir īss (pāris milisekundes), bet tas arī ir pietiekami, lai bojātu iekārtas un elektrolīnijas. Spēcīga gaisa jonizācija traucē radio sakaru un radaru staciju normālai darbībai, tāpēc kodolieroču spridzināšana tiek izmantota, lai neredzētu raķešu uzbrukuma brīdināšanas sistēmu.
Efektīvs veids, kā aizsargāt pret EMR, ir elektronisko iekārtu aizsardzība. Tā ir izmantota praksē jau daudzus gadu desmitus.
Radiācijas piesārņojums. Šī kaitējuma faktora avots ir kodolreakciju produkti, neizmantotā lādiņa daļa, kā arī inducētais starojums. Infekcija kodolieroču eksplozijā rada nopietnus draudus cilvēku veselībai, jo īpaši tādēļ, ka daudzu izotopu pusperiods ir ļoti garš.
Radioaktīvo vielu nogulsnēšanās rezultātā rodas gaisa, reljefa un objektu infekcija. Tie tiek noglabāti gar ceļu, veidojot radioaktīvu pēdu. Turklāt, tā kā attālums no epicentras samazinās, briesmas samazinās. Un, protams, pati sprādziena zona kļūst par infekcijas zonu. Lielākā daļa bīstamo vielu nokrīt kā nokrišņi 12-24 stundu laikā pēc sprādziena.
Šā faktora galvenie parametri ir radiācijas deva un jauda.
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.
