16 de julho de 1945, na Base da Força Aérea dos EUA no Novo México, ocorreu um evento que mudou toda a história subsequente da humanidade. Às 5 horas e 30 minutos no horário local, a primeira bomba nuclear do mundo, a Gadget, com capacidade de 20 quilotons em TNT, foi explodida aqui. De acordo com testemunhas oculares, o brilho da explosão excedeu significativamente a luz solar ao meio-dia, e a forma de cogumelo em forma de nuvem em apenas cinco minutos atingiu uma altura de 11 quilômetros. Estes ensaios bem sucedidos foram o início de uma nova era da humanidade - nuclear. Em poucos meses, o povo de Hiroshima e Nagasaki experimentará plenamente o poder e a raiva da arma criada.
Os americanos não detiveram o monopólio de uma bomba nuclear por um longo tempo, e as próximas quatro décadas se tornaram um período de confrontos duros entre os EUA e a URSS, incluído em livros de história chamados Guerra Fria. As armas nucleares hoje são o fator estratégico mais importante que todos têm que enfrentar. Hoje, o clube nuclear de elite, na verdade, inclui oito estados, vários outros países estão seriamente envolvidos na criação de armas nucleares. A maioria das acusações está no arsenal dos Estados Unidos e da Rússia.
O que é uma explosão nuclear? Como eles são e qual é a física de uma explosão nuclear? As armas nucleares modernas são diferentes das acusações que foram lançadas nas cidades japonesas setenta anos atrás? Bem e o principal: quais são os principais fatores marcantes de uma explosão nuclear e é possível se defender contra seu impacto? Tudo isso será discutido neste material.
Da história desta edição
O final do século 19 e do primeiro trimestre do século 20 tornou-se para a física nuclear um período de avanços sem precedentes e realizações surpreendentes. Em meados da década de 1930, os cientistas fizeram quase todas as descobertas teóricas que tornaram possível a criação de uma carga nuclear. No início dos anos 1930, o núcleo atômico foi dividido pela primeira vez e, em 1934, o físico húngaro Silard patenteou o projeto de um reator nuclear.
Em 1938, três cientistas alemães - Fritz Strassmann, Otto Hahn e Lisa Meitner - descobriram o processo de fissão de urânio durante o bombardeamento de neutrões. Esta foi a última parada a caminho de Hiroshima, logo o físico francês Frederic Joliot-Curie recebeu uma patente para o projeto de uma bomba de urânio. Em 1941, Fermi completou a teoria da reação em cadeia nuclear.
Neste momento, o mundo inexoravelmente entrou em uma nova guerra global, então a pesquisa de cientistas com o objetivo de criar armas de força esmagadora sem precedentes não poderia passar despercebida. O grande interesse em tais estudos mostrou a liderança da Alemanha de Hitler. Possuindo uma excelente escola científica, este país poderia ser o primeiro a criar armas nucleares. Essa perspectiva perturbou muito os principais cientistas, a maioria dos quais era extremamente anti-alemã. Em agosto de 1939, a pedido de seu amigo Sylard, Albert Einstein escreveu uma carta ao presidente dos Estados Unidos, indicando o perigo de uma bomba nuclear em Hitler. O resultado dessa correspondência foi primeiro o Comitê de Urânio e depois o Projeto Manhattan, que levou à criação de armas nucleares americanas. Em 1945, os Estados Unidos já tinham três bombas: o plutônio "coisinha" (Gadget) e o "gordo" (gordo), e também o urânio "Garotinho" (Garotinho). Os "pais" do NW americano são os cientistas Fermi e Oppenheimer.
16 de julho de 1945 no local no Novo México, minou as "pequenas coisas", e em agosto, "Kid" e "Fat Man" caiu em cidades japonesas. Os resultados do bombardeio superaram todas as expectativas dos militares.
Em 1949, armas nucleares apareceram na União Soviética. Em 1952, os americanos testaram pela primeira vez o primeiro dispositivo, baseado na fusão nuclear, e não na decadência. Logo a bomba termonuclear foi criada na URSS.
Em 1954, os americanos explodiram um dispositivo trinitrotolueno de 15 megatoneladas. Mas a explosão nuclear mais poderosa da história aconteceu alguns anos depois - um Tsar-Bomba de 50 megatons foi explodido em Novaya Zemlya.
Felizmente, tanto na URSS como nos EUA, eles rapidamente entenderam o que uma guerra nuclear em grande escala poderia levar. Portanto, em 1967, as superpotências assinaram o Tratado de Não-Proliferação do TNP. Mais tarde, foram desenvolvidos vários acordos relativos a esta área: SALT-I e SALT-II, START-I e START-II, etc.
Explosões nucleares na URSS foram realizadas em Novaya Zemlya e no Cazaquistão, os americanos testaram suas armas nucleares em um local de teste no estado de Nevada. Em 1996, aceitamos um acordo para proibir qualquer teste de armas nucleares.
Como está a bomba atômica?
Uma explosão nuclear é um processo caótico de liberar uma enorme quantidade de energia que é formada como resultado de uma fissão nuclear ou reação de síntese. Processos de poder similares e comparáveis ocorrem nas profundezas das estrelas.
O núcleo de um átomo de qualquer substância é dividido quando os nêutrons são absorvidos, mas para a maioria dos elementos da tabela periódica, isso requer gastar energia considerável. No entanto, existem elementos capazes de tal reação sob a influência de nêutrons, que possuem energia - mesmo mínima -. Eles são chamados de físseis.
Os isótopos de urânio-235 ou plutônio-239 são usados para criar armas nucleares. O primeiro elemento encontra-se na crosta terrestre, pode ser isolado do urânio natural (enriquecimento) e o plutónio de qualidade militar é obtido artificialmente em reactores nucleares. Existem outros elementos físseis que teoricamente podem ser usados em armas nucleares, mas seu recebimento está associado a grandes dificuldades e custos, de modo que quase nunca são usados.
A principal característica de uma reação nuclear é sua cadeia, isto é, a natureza auto-sustentável. Quando um átomo é irradiado com nêutrons, ele se divide em dois fragmentos com a liberação de uma grande quantidade de energia, bem como dois nêutrons secundários, que, por sua vez, podem causar a fissão dos núcleos vizinhos. Então o processo se torna em cascata. Como resultado de uma reação em cadeia nuclear em um curto período de tempo, uma enorme quantidade de “fragmentos” de núcleos e átomos em decomposição na forma de plasma de alta temperatura: nêutrons, elétrons e quanta de radiação eletromagnética é formada em um volume muito limitado. Este coágulo está se expandindo rapidamente, formando uma onda de choque de tremendo poder destrutivo.
A esmagadora maioria das armas nucleares modernas não funciona com base em uma reação de decadência em cadeia, mas devido à fusão dos núcleos de elementos leves, que começam em altas temperaturas e alta pressão. Neste caso, uma quantidade ainda maior de energia é liberada do que durante o decaimento de núcleos, como urânio ou plutônio, mas, em princípio, o resultado não muda - uma região de plasma de alta temperatura é formada. Tais transformações são chamadas de reações de fusão termonuclear, e as cargas nas quais elas são usadas são termonucleares.
Separadamente, deve ser dito sobre tipos especiais de armas nucleares, nas quais a maior parte da energia da fissão (ou síntese) é direcionada para um dos fatores de dano. Estes incluem munições de nêutrons que geram um fluxo de radiação dura, bem como a chamada bomba de cobalto, que fornece a máxima contaminação de radiação da área.
Quais são as explosões nucleares?
Existem duas classificações principais de explosões nucleares:
- no poder;
- por localização (ponto de carga) no momento da explosão.
O poder é a característica definidora de uma explosão nuclear. Depende do raio da zona de destruição completa, bem como do tamanho do território contaminado pela radiação.
Para estimar este parâmetro, o equivalente TNT é usado. Ele mostra quanto trinitrotolueno precisa ser explodido para obter energia comparável. Segundo esta classificação, existem os seguintes tipos de explosões nucleares:
- ultra pequeno;
- pequeno;
- meio;
- grande;
- extra grande.
Na explosão ultrabaixa (até 1 kT), forma-se uma bola de fogo com um diâmetro não superior a 200 metros e uma nuvem de cogumelo com uma altitude de 3,5 km. Super-grandes têm uma potência de mais de 1 mT, a bola de fogo excede 2 km e a altura da nuvem é de 8,5 km.
Uma característica igualmente importante é a localização da carga nuclear antes da explosão, bem como o ambiente em que ela ocorre. Nesta base, os seguintes tipos de explosões nucleares são distinguidos:
- Atmosférico Seu centro pode estar a uma altura de vários metros a dezenas, ou até centenas de quilômetros acima do solo. Neste último caso, pertence à categoria de alta altitude (de 15 a 100 km). Uma explosão nuclear aérea tem uma forma esférica de flash;
- Cósmica Para se enquadrar nessa categoria, deve ter uma altura maior que 100 km;
- Chão. Este grupo inclui não apenas explosões na superfície da Terra, mas também a uma altura de vários metros acima dela. Eles passam com a liberação do solo e sem ele;
- Subterrâneo. Após a assinatura do Tratado sobre a Proibição de Testar Armas Nucleares na Atmosfera, na Terra, Sob a Água e no Espaço (1963), esse tipo era a única maneira possível de testar armas nucleares. É realizado em diferentes profundidades, de várias dezenas a centenas de metros. Sob a espessura da terra, uma cavidade ou uma coluna de colapso é formada, a força da onda de choque é significativamente enfraquecida (dependendo da profundidade);
- Superfície Dependendo da altura, pode ser sem contato e contato. Neste último caso, a formação de uma onda de choque subaquática;
- Debaixo d'água. Sua profundidade é diferente, de dezenas a muitas centenas de metros. Nesta base, tem suas próprias características: a presença ou ausência do "Sultão", a natureza da contaminação radioativa, etc.
O que acontece em uma explosão nuclear?
Após o início da reação, uma quantidade significativa de calor e energia radiante é emitida dentro de um curto período de tempo e em um volume muito limitado. Como resultado, a temperatura e a pressão aumentam no centro de uma explosão nuclear para valores enormes. De longe, esta fase é percebida como um ponto luminoso muito brilhante. Nesse estágio, a maior parte da energia é convertida em radiação eletromagnética, principalmente na parte de raios X do espectro. É chamado o principal.
O ar ambiente é aquecido e expelido do ponto de explosão em velocidades supersônicas. Uma nuvem é formada e uma onda de choque é formada, que é separada dela. Isso ocorre aproximadamente 0,1 ms após o início da reação. Enquanto esfria, a nuvem cresce e começa a subir, arrastando as partículas do solo e o ar infectados. No epicentro da formação de um funil de uma explosão nuclear.
As reações nucleares que ocorrem nessa época tornam-se a fonte de várias radiações diferentes, desde raios gama e nêutrons até elétrons de alta energia e núcleos atômicos. É assim que surge a radiação penetrante de uma explosão nuclear - um dos principais fatores prejudiciais das armas nucleares. Além disso, essa radiação afeta os átomos da substância circundante, transformando-os em isótopos radioativos que infectam a área.
A radiação gama ioniza os átomos do ambiente, criando um pulso eletromagnético (EMP), que desativa quaisquer dispositivos eletrônicos nas proximidades. O pulso eletromagnético de explosões atmosféricas de alta altitude se espalha para uma área muito maior do que com o solo ou a baixa altitude.
O que são armas atômicas perigosas e como se proteger contra elas?
Os principais fatores marcantes de uma explosão nuclear:
- emissão de luz;
- onda de choque;
- radiação penetrante;
- contaminação da área;
- pulso eletromagnético.
Se falamos de uma explosão no solo, metade de sua energia (50%) vai para a formação de uma onda de choque e um funil, cerca de 30% vem da radiação de uma explosão nuclear, 5% de um pulso eletromagnético e radiação penetrante e 15% da contaminação do solo.
A radiação luminosa de uma explosão nuclear é um dos principais fatores prejudiciais das armas nucleares. É um poderoso fluxo de energia radiante, que inclui radiação das partes ultravioleta, infravermelha e visível do espectro. Sua fonte é uma nuvem de explosão nos primeiros estágios da existência (bola de fogo). Neste momento, tem uma temperatura de 6 a 8 mil ° C.
A radiação de luz se propaga quase instantaneamente, a duração desse fator é calculada em segundos (até um máximo de 20 segundos). Mas, apesar da curta duração, a radiação luminosa é muito perigosa. A uma curta distância do epicentro, ele queima todos os materiais combustíveis e, à distância, leva a incêndios e incêndios em larga escala. Mesmo a uma distância considerável da explosão pode danificar os órgãos da visão e queimaduras na pele.
Como a radiação se propaga em linha reta, qualquer barreira não transparente pode se tornar uma defesa contra ela. Este fator prejudicial é significativamente enfraquecido na presença de fumaça, neblina ou poeira.
A onda de choque de uma explosão nuclear é o fator mais perigoso de armas nucleares. A maioria dos danos às pessoas, assim como a destruição e danos aos objetos, ocorrem precisamente devido ao seu impacto. A onda de choque é uma área de forte compressão do meio (água, solo ou ar), que se move em todas as direções a partir do epicentro. Se falamos da explosão atmosférica, a velocidade da onda de choque é de 350 m / s. Com o aumento da distância, sua velocidade cai rapidamente.
Este fator prejudicial tem um efeito direto devido à pressão excessiva e velocidade, bem como uma pessoa pode sofrer de vários detritos que transporta. Mais perto do epicentro da onda provoca sérias vibrações sísmicas que podem derrubar instalações e comunicações subterrâneas.
Deve ser entendido que nem edifícios nem abrigos especiais serão capazes de proteger contra uma onda de choque nas imediações do epicentro. No entanto, eles são bastante eficazes a uma distância considerável do mesmo. O poder destrutivo desse fator reduz significativamente as dobras do terreno.
Radiação penetrante. Esse fator danoso é uma corrente de radiação forte, que consiste de nêutrons e raios gama emitidos do epicentro da explosão. Seu efeito, como o da luz, é de curta duração, porque é fortemente absorvido pela atmosfera. A radiação penetrante é perigosa por 10 a 15 segundos após uma explosão nuclear. Pela mesma razão, pode afetar uma pessoa somente a uma distância relativamente curta do epicentro - 2-3 km. Quando removido, o nível de exposição à radiação diminui rapidamente.
Passando pelos tecidos do nosso corpo, o fluxo de partículas ioniza as moléculas, interrompendo o fluxo normal dos processos biológicos, o que leva ao fracasso dos sistemas mais importantes do corpo. Em lesões graves, ocorre a doença da radiação. Esse fator tem um efeito devastador em alguns materiais e também afeta dispositivos eletrônicos e ópticos.
Para proteger contra a radiação penetrante, materiais absorventes são usados. Para a radiação gama, estes são elementos pesados com uma massa atômica significativa: por exemplo, chumbo ou ferro. No entanto, essas substâncias capturam nêutrons de forma deficiente, além disso, essas partículas causam radioatividade induzida em metais. Os nêutrons, por sua vez, são bem absorvidos por elementos leves, como o lítio ou o hidrogênio. Para a proteção complexa de objetos ou equipamentos militares, materiais de múltiplas camadas são usados. Por exemplo, o chefe de uma instalação de mina MBR blindado com concreto armado e tanques com lítio. Ao construir abrigos anti-nucleares, o boro é frequentemente adicionado aos materiais de construção.
Pulso eletromagnético. Um fator notável que não afeta a saúde humana ou animal, mas desabilita dispositivos eletrônicos.
Um poderoso campo eletromagnético ocorre após uma explosão nuclear como resultado da exposição a átomos duros no ambiente. Seu efeito é curto (alguns milissegundos), no entanto, também é suficiente para danificar equipamentos e linhas de energia. A forte ionização do ar interrompe o funcionamento normal das estações de radiocomunicações e de radar, de modo que a detonação de armas nucleares é usada para cegar o sistema de alerta de ataque de mísseis.
Uma maneira eficaz de proteção contra EMR é a blindagem de equipamentos eletrônicos. Ele tem sido usado na prática por muitas décadas.
Contaminação por radiação. A fonte desse fator de dano são os produtos das reações nucleares, a porção não utilizada da carga, bem como a radiação induzida. A infecção em uma explosão nuclear representa um sério perigo para a saúde humana, especialmente porque a meia-vida de muitos isótopos é muito longa.
Infecção de ar, terreno e objetos ocorre como resultado da deposição de substâncias radioativas. Eles são depositados ao longo do caminho, formando um traço radioativo. Além disso, à medida que a distância do epicentro diminui, o perigo diminui. E, claro, a área da explosão em si se torna uma área de infecção. A maioria das substâncias perigosas cai como precipitação durante 12-24 horas após a explosão.
Os principais parâmetros deste fator são a dose de radiação e seu poder.
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.
