16 luglio 1945 presso la base dell'aeronautica americana nel Nuovo Messico, si verificò un evento che cambiò l'intera storia successiva dell'umanità. A 5 ore e 30 minuti ora locale, la prima bomba atomica al mondo, Gadget, con una capacità di 20 chilotoni in tritolo, è esplosa qui. Secondo i testimoni oculari, la luminosità dell'esplosione ha superato significativamente la luce del sole a mezzogiorno, e la forma a forma di fungo a forma di nuvola in soli cinque minuti ha raggiunto un'altezza di 11 chilometri. Queste prove riuscite furono l'inizio di una nuova era dell'umanità: il nucleare. In pochi mesi, il popolo di Hiroshima e Nagasaki sperimenterà pienamente la potenza e la rabbia dell'arma creata.
Gli americani non avevano il monopolio di una bomba nucleare per molto tempo, ei quattro decenni successivi divennero un periodo di duro scontro tra Stati Uniti e Unione Sovietica, che fu incluso nei libri di storia intitolati Guerra Fredda. Le armi nucleari oggi sono il fattore strategico più importante di cui tutti devono fare i conti. Oggi, il club nucleare d'élite comprende in realtà otto stati, molti altri paesi sono seriamente impegnati nella creazione di armi nucleari. La maggior parte delle accuse è nell'arsenale degli Stati Uniti e della Russia.
Cos'è un'esplosione nucleare? Come sono e qual è la fisica di un'esplosione nucleare? Le moderne armi nucleari sono diverse dalle accuse che sono state lanciate sulle città giapponesi settanta anni fa? Bene e la cosa principale: quali sono i principali fattori di impatto di un'esplosione nucleare ed è possibile difendersi dal loro impatto? Tutto questo sarà discusso in questo materiale.
Dalla storia di questo problema
La fine del XIX e il primo quarto del 20 ° secolo divenne per la fisica nucleare un periodo di scoperte senza precedenti e risultati sorprendenti. Verso la metà degli anni '30, gli scienziati avevano fatto quasi tutte le scoperte teoriche che consentivano la creazione di una carica nucleare. Agli inizi degli anni '30, il nucleo atomico fu diviso per la prima volta e nel 1934 il fisico ungherese Silard brevettò il progetto di un reattore nucleare.
Nel 1938, tre scienziati tedeschi - Fritz Strassmann, Otto Hahn e Lisa Meitner - scoprirono il processo di fissione dell'uranio durante il bombardamento di neutroni. Questa era l'ultima fermata sulla strada per Hiroshima, presto il fisico francese Frederic Joliot-Curie ricevette un brevetto per la progettazione di una bomba all'uranio. Nel 1941, Fermi completò la teoria della reazione a catena nucleare.
In questo momento, il mondo inesorabilmente si è trasformato in una nuova guerra globale, quindi la ricerca degli scienziati volta a creare armi di forza schiacciante senza precedenti non poteva passare inosservata. Il grande interesse per questi studi mostrò la leadership della Germania di Hitler. Possedendo un'eccellente scuola scientifica, questo paese potrebbe essere il primo a creare armi nucleari. Questa prospettiva ha fortemente turbato i principali scienziati, molti dei quali erano estremamente anti-tedeschi. Nell'agosto 1939, su richiesta del suo amico Sylard, Albert Einstein scrisse una lettera al Presidente degli Stati Uniti, indicando il pericolo di una bomba nucleare a Hitler. Il risultato di questa corrispondenza fu prima il Comitato per l'uranio, e poi il Progetto Manhattan, che portò alla creazione di armi nucleari americane. Nel 1945, gli Stati Uniti avevano già tre bombe: il plutonio "piccola cosa" (Gadget) e il "ciccione" (Fat boy), e anche l'uranio "Ragazzino" (Ragazzino). I "genitori" del NW americano sono gli scienziati Fermi e Oppenheimer.
Il 16 luglio 1945 nel sito del New Mexico, minò le "piccole cose", e in agosto "Kid" e "Fat Man" caddero sulle città giapponesi. I risultati del bombardamento hanno superato tutte le aspettative dei militari.
Nel 1949, le armi nucleari apparvero in Unione Sovietica. Nel 1952, gli americani testarono per la prima volta il primo dispositivo, basato sulla fusione nucleare, non sul decadimento. Ben presto la bomba termonucleare fu creata nell'URSS.
Nel 1954, gli americani hanno fatto esplodere un dispositivo trinitrotoluene da 15 megaton. Ma l'esplosione nucleare più potente della storia è avvenuta pochi anni dopo: uno Zar Tsar-Bomba da 50 megaton è stato fatto saltare in aria su Novaya Zemlya.
Fortunatamente, sia in Unione Sovietica che negli Stati Uniti hanno capito rapidamente a cosa potrebbe condurre una guerra nucleare su larga scala. Pertanto, nel 1967, i superpoteri firmarono il Trattato di non proliferazione del TNP. Successivamente, sono stati sviluppati numerosi accordi relativi a quest'area: SALT-I e SALT-II, START-I e START-II, ecc.
Esplosioni nucleari nell'URSS sono state effettuate su Novaya Zemlya e in Kazakistan, gli americani hanno testato le loro armi nucleari in un sito di test nello stato del Nevada. Nel 1996, abbiamo accettato un accordo per vietare qualsiasi prova di armi nucleari.
Com'è la bomba atomica?
Un'esplosione nucleare è un caotico processo di rilascio di un'enorme quantità di energia che si forma come risultato di una fissione nucleare o di una reazione di sintesi. Processi di potenza simili e comparabili si verificano nelle profondità delle stelle.
Il nucleo di un atomo di qualsiasi sostanza viene diviso quando i neutroni vengono assorbiti, ma per la maggior parte degli elementi della tavola periodica, ciò richiede una notevole quantità di energia. Tuttavia, ci sono elementi in grado di una tale reazione sotto l'influenza dei neutroni, che hanno una qualsiasi - anche minima - energia. Si chiamano fissili.
Gli isotopi di uranio-235 o di plutonio-239 sono usati per creare armi nucleari. Il primo elemento si trova nella crosta terrestre, può essere isolato dall'uranio naturale (arricchimento) e il plutonio di grado militare è ottenuto artificialmente nei reattori nucleari. Esistono altri elementi fissili che possono essere teoricamente usati nelle armi nucleari, ma la loro ricezione è associata a grandi difficoltà e costi, quindi non vengono quasi mai utilizzati.
La caratteristica principale di una reazione nucleare è la sua catena, cioè la natura autosufficiente. Quando un atomo viene irradiato con neutroni, si divide in due frammenti con il rilascio di una grande quantità di energia, così come due neutroni secondari, i quali, a loro volta, possono causare la fissione dei nuclei vicini. Quindi il processo diventa a cascata. Come risultato di una reazione a catena nucleare in un breve periodo di tempo, un'enorme quantità di "frammenti" di nuclei in decomposizione e atomi sotto forma di plasma ad alta temperatura: neutroni, elettroni e quanti di radiazione elettromagnetica si formano in un volume molto limitato. Questo coagulo si sta espandendo rapidamente, formando un'onda d'urto di tremendo potere distruttivo.
La stragrande maggioranza delle moderne armi nucleari non funziona sulla base di una reazione di decadimento della catena, ma a causa della fusione dei nuclei di elementi leggeri, che iniziano a temperature elevate e ad alta pressione. In questo caso, viene rilasciata una quantità ancora maggiore di energia rispetto al decadimento di nuclei come l'uranio o il plutonio, ma in linea di principio il risultato non cambia: si forma una regione di plasma ad alta temperatura. Tali trasformazioni sono chiamate reazioni di fusione termonucleare e le cariche in cui vengono utilizzate sono termonucleari.
Separatamente, si dovrebbe dire dei tipi speciali di armi nucleari, in cui la maggior parte dell'energia della fissione (o sintesi) è diretta verso uno dei fattori di danno. Questi includono munizioni a neutroni che generano un flusso di radiazioni rigide, così come la cosiddetta bomba al cobalto, che fornisce la massima contaminazione da radiazioni dell'area.
Quali sono le esplosioni nucleari?
Esistono due principali classificazioni di esplosioni nucleari:
- al potere;
- per posizione (punto di ricarica) al momento dell'esplosione.
Il potere è la caratteristica distintiva di un'esplosione nucleare. Dipende dal raggio della zona di completa distruzione, nonché dalle dimensioni del territorio contaminato dalle radiazioni.
Per stimare questo parametro, viene utilizzato l'equivalente TNT. Mostra quanto trinitrotoluene deve essere fatto saltare per ottenere energia comparabile. Secondo questa classificazione, ci sono i seguenti tipi di esplosioni nucleari:
- ultra piccolo;
- piccolo;
- media;
- grande;
- extra large.
All'esplosione ultra-bassa (fino a 1 kT), si forma una palla di fuoco con un diametro non superiore a 200 metri e una nube di funghi con un'altezza di 3,5 km. I super-grandi hanno una potenza superiore a 1 mT, la loro palla di fuoco supera i 2 km e l'altezza della nuvola è di 8,5 km.
Una caratteristica altrettanto importante è la posizione della carica nucleare prima dell'esplosione, così come l'ambiente in cui si verifica. Su questa base, si distinguono i seguenti tipi di esplosioni nucleari:
- Aspirato. Il suo centro può essere ad un'altezza di diversi metri a decine, o anche centinaia di chilometri dal suolo. In quest'ultimo caso, appartiene alla categoria di alta quota (da 15 a 100 km). Un'esplosione nucleare aerea ha una forma sferica di flash;
- Spazio. Per rientrare in questa categoria, deve avere un'altezza superiore a 100 km;
- Ground. Questo gruppo include non solo esplosioni sulla superficie della terra, ma anche a un'altezza di diversi metri sopra di essa. Passano con il rilascio del suolo e senza di esso;
- Sotterranea. Dopo la firma del Trattato sul divieto di testare le armi nucleari nell'atmosfera, sulla Terra, sotto l'acqua e nello spazio (1963), questo tipo era l'unico modo possibile per testare le armi nucleari. Viene effettuato a diverse profondità, da diverse decine a centinaia di metri. Sotto lo spessore della terra, si forma una cavità o una colonna di collasso, la forza dell'onda d'urto è significativamente indebolita (a seconda della profondità);
- Sull'acqua. A seconda dell'altezza, può essere senza contatto e contatto. In quest'ultimo caso, la formazione di un'onda d'urto subacquea;
- Subacquea. La sua profondità è diversa, da decine a molte centinaia di metri. Su questa base, ha le sue caratteristiche: la presenza o l'assenza del "Sultan", la natura della contaminazione radioattiva, ecc.
Cosa succede in un'esplosione nucleare?
Dopo l'inizio della reazione, una quantità significativa di calore e di energia radiante viene emessa in un breve periodo di tempo e in un volume molto limitato. Di conseguenza, la temperatura e la pressione aumentano al centro di un'esplosione nucleare a valori enormi. Da lontano, questa fase è percepita come un punto luminoso molto luminoso. In questa fase, la maggior parte dell'energia viene convertita in radiazione elettromagnetica, principalmente nella parte dei raggi X dello spettro. Si chiama il primario.
L'aria ambiente viene riscaldata ed espulsa dal punto di esplosione a velocità supersoniche. Si forma una nuvola e si forma un'onda d'urto, che viene staccata da essa. Questo si verifica circa 0,1 msec dopo l'inizio della reazione. Mentre si raffredda, la nuvola cresce e inizia a salire trascinando le particelle di terreno infette e l'aria. All'epicentro della formazione di un imbuto da un'esplosione nucleare.
Le reazioni nucleari che si verificano in questo momento diventano la fonte di un numero di radiazioni diverse, da raggi gamma e neutroni a elettroni ad alta energia e nuclei atomici. È così che emerge la penetrante radiazione di un'esplosione nucleare, uno dei principali fattori dannosi delle armi nucleari. Inoltre, questa radiazione colpisce gli atomi della sostanza circostante, trasformandoli in isotopi radioattivi che infettano l'area.
La radiazione gamma ionizza gli atomi dell'ambiente, creando un impulso elettromagnetico (EMP), che disabilita qualsiasi dispositivo elettronico nelle vicinanze. L'impulso elettromagnetico delle esplosioni atmosferiche di alta quota si diffonde in un'area molto più ampia rispetto a quella a terra oa bassa quota.
Cosa sono le armi atomiche pericolose e come proteggerle?
I principali fattori di impatto di un'esplosione nucleare:
- emissione di luce;
- onda d'urto;
- radiazione penetrante;
- contaminazione dell'area;
- impulso elettromagnetico.
Se parliamo di un'esplosione di terra, metà della sua energia (50%) va alla formazione di un'onda d'urto e un imbuto, circa il 30% proviene dalla radiazione di un'esplosione nucleare, il 5% da un impulso elettromagnetico e radiazione penetrante e il 15% dalla contaminazione del terreno.
La radiazione luminosa di un'esplosione nucleare è uno dei principali fattori dannosi delle armi nucleari. È un potente flusso di energia radiante, che include la radiazione dalle parti ultraviolette, infrarosse e visibili dello spettro. La sua fonte è una nuvola di esplosioni nelle prime fasi dell'esistenza (palla di fuoco). In questo momento, ha una temperatura da 6 a 8 mila ° C.
La radiazione luminosa si propaga quasi istantaneamente, la durata di questo fattore viene calcolata in secondi (fino a un massimo di 20 secondi). Ma, nonostante la breve durata, la radiazione luminosa è molto pericolosa. A breve distanza dall'epicentro, brucia tutti i materiali combustibili, e a distanza conduce a incendi e incendi su larga scala. Anche a una distanza considerevole dall'esplosione possono danneggiare gli organi visivi e le bruciature della pelle.
Poiché la radiazione si propaga in linea retta, qualsiasi barriera non trasparente può diventare una difesa contro di essa. Questo fattore dannoso è significativamente indebolito in presenza di fumo, nebbia o polvere.
L'onda d'urto dell'esplosione nucleare è il fattore più pericoloso delle armi nucleari. La maggior parte dei danni alle persone, così come la distruzione e il danneggiamento degli oggetti, si verificano proprio a causa del loro impatto. L'onda d'urto è un'area di forte compressione del mezzo (acqua, suolo o aria), che si muove in tutte le direzioni dall'epicentro. Se parliamo dell'esplosione atmosferica, la velocità dell'onda d'urto è di 350 m / s. Con l'aumentare della distanza, la sua velocità diminuisce rapidamente.
Questo fattore dannoso ha un effetto diretto a causa di pressione e velocità eccessive, così come una persona può soffrire di vari detriti trasportati. Più vicino all'epicentro dell'onda provoca gravi vibrazioni sismiche che possono abbattere strutture e comunicazioni sotterranee.
Dovrebbe essere chiaro che né edifici né ripari speciali saranno in grado di proteggere da un'onda d'urto nelle immediate vicinanze dell'epicentro. Tuttavia, sono abbastanza efficaci ad una considerevole distanza da esso. Il potere distruttivo di questo fattore riduce significativamente le pieghe del terreno.
Radiazioni penetranti Questo fattore dannoso è un flusso di radiazioni rigide, che consiste in neutroni e raggi gamma emessi dall'epicentro dell'esplosione. Il suo effetto, come quello della luce, è di breve durata, perché è fortemente assorbito dall'atmosfera. La radiazione penetrante è pericolosa per 10-15 secondi dopo un'esplosione nucleare. Per lo stesso motivo, può interessare una persona solo a una distanza relativamente breve dall'epicentro - 2-3 km. Quando viene rimosso da esso, il livello di esposizione alle radiazioni diminuisce rapidamente.
Passando attraverso i tessuti del nostro corpo, il flusso di particelle ionizza le molecole, interrompendo il normale flusso dei processi biologici, che porta al fallimento dei più importanti sistemi del corpo. Nelle lesioni gravi si verifica la malattia da radiazioni. Questo fattore ha un effetto devastante su alcuni materiali e interrompe anche i dispositivi elettronici e ottici.
Per proteggere dalle radiazioni penetranti, vengono utilizzati materiali assorbenti. Per le radiazioni gamma, si tratta di elementi pesanti con una massa atomica significativa: ad esempio piombo o ferro. Tuttavia, queste sostanze catturano poco i neutroni, inoltre, queste particelle causano la radioattività indotta nei metalli. I neutroni, a loro volta, sono ben assorbiti da elementi leggeri come litio o idrogeno. Per la protezione complessa di oggetti o attrezzature militari, vengono utilizzati materiali multistrato. Ad esempio, la testa di un impianto di miniere MBR schermato con cemento armato e serbatoi con litio. Quando costruisce rifugi antinucleari, il boro viene spesso aggiunto ai materiali da costruzione.
Impulso elettromagnetico. Un fattore sorprendente che non influisce sulla salute umana o animale, ma disabilita i dispositivi elettronici.
Un potente campo elettromagnetico si verifica dopo un'esplosione nucleare a causa dell'esposizione a dure atomi sull'ambiente. Il suo effetto è breve (pochi millisecondi), ma è anche sufficiente a danneggiare apparecchiature e linee elettriche. La forte ionizzazione dell'aria interrompe il normale funzionamento delle comunicazioni radio e delle stazioni radar, quindi l'esplosione di armi nucleari viene utilizzata per accecare il sistema di allarme di attacco missilistico.
Un modo efficace per proteggere contro EMR è la schermatura delle apparecchiature elettroniche. È stato usato in pratica per molti decenni.
Contaminazione da radiazioni La fonte di questo fattore di danno è il prodotto delle reazioni nucleari, della porzione inutilizzata della carica e delle radiazioni indotte. L'infezione in un'esplosione nucleare rappresenta un grave pericolo per la salute umana, soprattutto perché l'emivita di molti isotopi è molto lunga.
L'infezione di aria, terreno e oggetti si verifica a seguito della deposizione di sostanze radioattive. Sono depositati lungo la strada, formando una traccia radioattiva. Inoltre, man mano che la distanza dall'epicentro diminuisce, il pericolo diminuisce. E, naturalmente, l'area dell'esplosione diventa un'area di infezione. La maggior parte delle sostanze pericolose cade sotto forma di precipitazione durante 12-24 ore dopo l'esplosione.
I parametri principali di questo fattore sono la dose di radiazioni e il suo potere.
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.
