16 de julio de 1945 en la Base de la Fuerza Aérea de los EE. UU. En Nuevo México, ocurrió un evento que cambió toda la historia posterior de la humanidad. A las 5 horas y 30 minutos, hora local, el primer artilugio de la bomba nuclear del mundo, con una capacidad de 20 kilotones en TNT, explotó aquí. Según testigos presenciales, el brillo de la explosión superó significativamente la luz solar al mediodía, y la forma de hongo en forma de nube en solo cinco minutos alcanzó una altura de 11 kilómetros. Estas pruebas exitosas fueron el comienzo de una nueva era de la humanidad: la nuclear. En solo unos meses, la gente de Hiroshima y Nagasaki experimentarán completamente el poder y la rabia del arma creada.
Los estadounidenses no tuvieron el monopolio de una bomba nuclear durante mucho tiempo, y las siguientes cuatro décadas se convirtieron en un período de dura confrontación entre los EE. UU. Y la URSS, que se incluyó en los libros de historia llamados Guerra Fría. Las armas nucleares de hoy son el factor estratégico más importante con el que todos debemos tener en cuenta. Hoy en día, el club nuclear de élite en realidad incluye ocho estados, varios países más están comprometidos seriamente en la creación de armas nucleares. La mayoría de los cargos están en el arsenal de los Estados Unidos y Rusia.
¿Qué es una explosión nuclear? ¿Cómo son y cómo es la física de una explosión nuclear? ¿Son las armas nucleares modernas diferentes de los cargos que se lanzaron en las ciudades japonesas hace setenta años? Bien y lo principal: ¿cuáles son los principales factores llamativos de una explosión nuclear y es posible defenderse contra su impacto? Todo esto será discutido en este material.
De la historia de este número.
El final del siglo XIX y el primer cuarto del siglo XX se convirtió para la física nuclear en un período de avances sin precedentes y logros asombrosos. A mediados de la década de 1930, los científicos habían hecho casi todos los descubrimientos teóricos que permitieron crear una carga nuclear. A principios de la década de 1930, el núcleo atómico se dividió por primera vez, y en 1934, el físico húngaro Silard patentó el diseño de un reactor nuclear.
En 1938, tres científicos alemanes, Fritz Strassmann, Otto Hahn y Lisa Meitner, descubrieron el proceso de fisión del uranio durante el bombardeo de neutrones. Esta fue la última parada en el camino a Hiroshima; pronto, el físico francés Frederic Joliot-Curie recibió una patente para el diseño de una bomba de uranio. En 1941, Fermi completó la teoría de la reacción en cadena nuclear.
En este momento, el mundo se convirtió inexorablemente en una nueva guerra mundial, por lo que la investigación de científicos destinados a crear armas de una fuerza de aplastamiento sin precedentes no podría pasar desapercibida. Gran interés en tales estudios mostró el liderazgo de la Alemania de Hitler. Poseyendo una escuela científica excelente, este país podría ser el primero en crear armas nucleares. Esta perspectiva perturbó enormemente a los principales científicos, la mayoría de los cuales eran extremadamente anti-alemanes. En agosto de 1939, a petición de su amigo Sylard, Albert Einstein escribió una carta al presidente de los Estados Unidos, indicando el peligro de una bomba nuclear en Hitler. El resultado de esta correspondencia fue primero el Comité de Uranio y luego el Proyecto Manhattan, que condujo a la creación de armas nucleares estadounidenses. En 1945, Estados Unidos ya tenía tres bombas: la "pequeña cosa" de plutonio (Gadget) y el "hombre gordo" (Gordo), y también el "Niño pequeño" de uranio (Niño pequeño). Los "padres" del NW estadounidense son los científicos Fermi y Oppenheimer.
El 16 de julio de 1945 en el sitio en Nuevo México, socavó las "pequeñas cosas", y en agosto, "Kid" y "Fat Man" cayeron en las ciudades japonesas. Los resultados del bombardeo superaron todas las expectativas de los militares.
En 1949, las armas nucleares aparecieron en la Unión Soviética. En 1952, los estadounidenses probaron por primera vez el primer dispositivo, que estaba basado en la fusión nuclear, no en la descomposición. Pronto se creó la bomba termonuclear en la URSS.
En 1954, los estadounidenses hicieron explotar un dispositivo de trinitrotolueno de 15 megatones. Pero la explosión nuclear más poderosa de la historia se produjo unos años más tarde: un Zar-Bomba de 50 megatones fue destruido en Novaya Zemlya.
Afortunadamente, tanto en la URSS como en los Estados Unidos, entendieron rápidamente a qué podría conducir una guerra nuclear a gran escala. Por lo tanto, en 1967, las superpotencias firmaron el Tratado de No Proliferación del TNP. Posteriormente, se desarrollaron una serie de acuerdos relacionados con esta área: SALT-I y SALT-II, START-I y START-II, etc.
Las explosiones nucleares en la URSS se llevaron a cabo en Novaya Zemlya y en Kazajstán, los estadounidenses probaron sus armas nucleares en un sitio de prueba en el estado de Nevada. En 1996, aceptamos un acuerdo para prohibir cualquier prueba de armas nucleares.
¿Cómo es la bomba atómica?
Una explosión nuclear es un proceso caótico de liberar una enorme cantidad de energía que se forma como resultado de una fisión nuclear o reacción de síntesis. Procesos de poder similares y comparables ocurren en las profundidades de las estrellas.
El núcleo de un átomo de cualquier sustancia se divide cuando se absorben los neutrones, pero para la mayoría de los elementos de la tabla periódica, esto requiere un gasto considerable de energía. Sin embargo, hay elementos capaces de una reacción de este tipo bajo la influencia de los neutrones, que tienen una energía mínima, incluso mínima. Se llaman fisionables.
Los isótopos uranio 235 o plutonio 239 se utilizan para crear armas nucleares. El primer elemento se encuentra en la corteza terrestre, se puede aislar del uranio natural (enriquecimiento) y el plutonio apto para armas se obtiene artificialmente en reactores nucleares. Hay otros elementos fisionables que, en teoría, pueden usarse en armas nucleares, pero su recepción está asociada con grandes dificultades y costos, por lo que casi nunca se usan.
La característica principal de una reacción nuclear es su cadena, es decir, su naturaleza autosuficiente. Cuando un átomo se irradia con neutrones, se divide en dos fragmentos con la liberación de una gran cantidad de energía, así como dos neutrones secundarios, que, a su vez, pueden causar la fisión de los núcleos vecinos. Así que el proceso se convierte en cascada. Como resultado de una reacción en cadena nuclear en un corto período de tiempo, se forma una cantidad enorme de "fragmentos" de núcleos y átomos en descomposición en forma de plasma a alta temperatura: neutrones, electrones y cuantos de radiación electromagnética en un volumen muy limitado. Este coágulo se está expandiendo rápidamente, formando una onda de choque de tremendo poder destructivo.
La gran mayoría de las armas nucleares modernas no funcionan sobre la base de una reacción de desintegración de la cadena, sino debido a la fusión de los núcleos de elementos ligeros, que comienzan a altas temperaturas y altas presiones. En este caso, se libera una cantidad de energía aún mayor que durante la descomposición de núcleos como el uranio o el plutonio, pero en principio el resultado no cambia, se forma una región de plasma de alta temperatura. Estas transformaciones se denominan reacciones de fusión termonuclear y las cargas en las que se utilizan son termonucleares.
Por otra parte, debe decirse sobre tipos especiales de armas nucleares, en las que la mayor parte de la energía de fisión (o síntesis) se dirige a uno de los factores de daño. Estas incluyen municiones de neutrones que generan una corriente de radiación dura, así como la llamada bomba de cobalto, que proporciona la máxima contaminación de radiación del área.
¿Qué son las explosiones nucleares?
Hay dos clasificaciones principales de explosiones nucleares:
- en el poder;
- por ubicación (punto de carga) en el momento de la explosión.
El poder es la característica definitoria de una explosión nuclear. Depende del radio de la zona de destrucción completa, así como del tamaño del territorio contaminado por la radiación.
Para estimar este parámetro, se utiliza el equivalente de TNT. Muestra la cantidad de trinitrotolueno que se necesita para explotar para obtener una energía comparable. Según esta clasificación, existen los siguientes tipos de explosiones nucleares:
- ultra pequeño
- pequeño
- medio
- grande
- extra grande
En la explosión ultrabaja (hasta 1 kT), se forma una bola de fuego con un diámetro de no más de 200 metros y una nube de hongo con una altitud de 3.5 km. Los de gran tamaño tienen una potencia de más de 1 mT, su bola de fuego supera los 2 km y la altura de la nube es de 8,5 km.
Una característica igualmente importante es la ubicación de la carga nuclear antes de la explosión, así como el entorno en el que se produce. Sobre esta base, se distinguen los siguientes tipos de explosiones nucleares:
- Atmosférico Su centro puede estar a una altura de varios metros a decenas, o incluso a cientos de kilómetros sobre el suelo. En este último caso, pertenece a la categoría de gran altitud (de 15 a 100 km). Una explosión nuclear aérea tiene forma de flash esférico;
- Cósmico Para caer en esta categoría, debe tener una altura superior a 100 km;
- Suelo Este grupo incluye no solo las explosiones en la superficie de la tierra, sino también a una altura de varios metros por encima de ella. Pasan con la liberación del suelo, y sin él;
- Subterráneo Después de la firma del Tratado sobre la Prohibición de las Pruebas de Armas Nucleares en la Atmósfera, en la Tierra, en el Agua y en el Espacio (1963), este tipo fue la única forma posible de probar las armas nucleares. Se realiza a diferentes profundidades, desde varias decenas hasta cientos de metros. Bajo el espesor de la tierra, se forma una cavidad o una columna de colapso, la fuerza de la onda de choque se debilita significativamente (dependiendo de la profundidad);
- Superficie Dependiendo de la altura, puede ser sin contacto y sin contacto. En este último caso, la formación de una onda de choque submarina;
- Bajo el agua Su profundidad es diferente, desde decenas hasta muchos cientos de metros. Sobre esta base, tiene sus propias características: la presencia o ausencia del "Sultán", la naturaleza de la contaminación radiactiva, etc.
¿Qué pasa en una explosión nuclear?
Después del inicio de la reacción, se emite una cantidad significativa de calor y energía radiante en un corto período de tiempo y en un volumen muy limitado. Como resultado, la temperatura y la presión aumentan en el centro de una explosión nuclear a valores enormes. Desde lejos, esta fase se percibe como un punto luminoso muy brillante. En esta etapa, la mayor parte de la energía se convierte en radiación electromagnética, principalmente en la parte de rayos X del espectro. Se llama la primaria.
El aire ambiente se calienta y se expulsa desde el punto de explosión a velocidades supersónicas. Se forma una nube y se forma una onda de choque, que se separa de ella. Esto ocurre aproximadamente 0,1 ms después del inicio de la reacción. A medida que se enfría, la nube crece y comienza a elevarse, arrastrando las partículas del suelo y el aire infectados. En el epicentro de la formación de un embudo a partir de una explosión nuclear.
Las reacciones nucleares que ocurren en este momento se convierten en la fuente de varias radiaciones diferentes, desde rayos gamma y neutrones hasta electrones de alta energía y núcleos atómicos. Así es como surge la radiación penetrante de una explosión nuclear, uno de los principales factores perjudiciales de las armas nucleares. Además, esta radiación afecta a los átomos de la sustancia circundante, convirtiéndolos en isótopos radiactivos que infectan el área.
La radiación gamma ioniza los átomos del ambiente, creando un pulso electromagnético (EMP), que desactiva cualquier dispositivo electrónico cercano. El pulso electromagnético de las explosiones atmosféricas de gran altitud se propaga a un área mucho más grande que con el suelo o la baja altitud.
¿Qué son las armas atómicas peligrosas y cómo protegerse contra ellas?
Los principales factores llamativos de una explosión nuclear:
- emisión de luz;
- onda de choque
- radiación penetrante;
- contaminación de la zona;
- pulso electromagnetico.
Si hablamos de una explosión en el suelo, la mitad de su energía (50%) se destina a la formación de una onda de choque y un embudo, aproximadamente el 30% proviene de la radiación de una explosión nuclear, el 5% de un pulso electromagnético y la radiación penetrante y el 15% de la contaminación del terreno.
La radiación luminosa de una explosión nuclear es uno de los principales factores perjudiciales de las armas nucleares. Es un poderoso flujo de energía radiante, que incluye la radiación de las partes ultravioleta, infrarroja y visible del espectro. Su fuente es una nube de explosión en las primeras etapas de la existencia (bola de fuego). En este momento, tiene una temperatura de 6 a 8 mil ° C.
La radiación luminosa se propaga casi instantáneamente, la duración de este factor se calcula en segundos (hasta un máximo de 20 segundos). Pero, a pesar de la corta duración, la radiación luminosa es muy peligrosa. A una corta distancia del epicentro, quema todos los materiales combustibles y, a cierta distancia, conduce a incendios a gran escala. Incluso a una distancia considerable de la explosión puede dañar los órganos de la visión y las quemaduras de la piel.
Dado que la radiación se propaga en línea recta, cualquier barrera no transparente puede convertirse en una defensa contra ella. Este factor dañino se debilita significativamente en presencia de humo, niebla o polvo.
La onda de choque de una explosión nuclear es el factor más peligroso de las armas nucleares. La mayoría del daño a las personas, así como la destrucción y el daño a los objetos, se producen precisamente por su impacto. La onda de choque es un área de fuerte compresión del medio (agua, suelo o aire), que se mueve en todas direcciones desde el epicentro. Si hablamos de la explosión atmosférica, entonces la velocidad de la onda de choque es de 350 m / s. Con el aumento de la distancia, su velocidad cae rápidamente.
Este factor dañino tiene un efecto directo debido a la presión y velocidad excesivas, y una persona puede sufrir varios desechos que lleva. Más cerca del epicentro de la ola se producen graves vibraciones sísmicas que pueden derribar instalaciones y comunicaciones subterráneas.
Debe entenderse que ni los edificios ni los refugios especiales podrán protegerse contra una onda de choque en las inmediaciones del epicentro. Sin embargo, son bastante eficaces a una distancia considerable de él. El poder destructivo de este factor reduce significativamente los pliegues del terreno.
Radiación penetrante. Este factor perjudicial es un flujo de radiación dura, que consiste en neutrones y rayos gamma emitidos desde el epicentro de la explosión. Su efecto, como el de la luz, es de corta duración, ya que es absorbido por la atmósfera. La radiación penetrante es peligrosa durante 10-15 segundos después de una explosión nuclear. Por la misma razón, puede afectar a una persona solo a una distancia relativamente corta del epicentro: 2-3 km. Cuando se retira de él, el nivel de exposición a la radiación disminuye rápidamente.
Pasando a través de los tejidos de nuestro cuerpo, el flujo de partículas ioniza las moléculas, interrumpiendo el flujo normal de los procesos biológicos, lo que conduce al fracaso de los sistemas más importantes del cuerpo. En lesiones severas, se produce enfermedad por radiación. Este factor tiene un efecto devastador en algunos materiales y también interrumpe los dispositivos electrónicos y ópticos.
Para protegerse contra la radiación penetrante, se utilizan materiales absorbentes. Para la radiación gamma, estos son elementos pesados con una masa atómica significativa: por ejemplo, plomo o hierro. Sin embargo, estas sustancias capturan mal los neutrones, además, estas partículas causan radioactividad inducida en los metales. Los neutrones, a su vez, son bien absorbidos por elementos ligeros como el litio o el hidrógeno. Para la protección compleja de objetos o equipo militar, se utilizan materiales multicapa. Por ejemplo, el jefe de una mina de instalaciones MBR apantallado con hormigón armado y tanques con litio. Cuando se construyen refugios antinucleares, el boro se agrega a menudo a los materiales de construcción.
Pulso electromagnetico. Un factor sorprendente que no afecta la salud humana o animal, pero desactiva los dispositivos electrónicos.
Un potente campo electromagnético se produce después de una explosión nuclear como resultado de la exposición a átomos duros en el medio ambiente. Su efecto es corto (unos pocos milisegundos), pero también es suficiente para dañar el equipo y las líneas eléctricas. La fuerte ionización del aire interrumpe el funcionamiento normal de las comunicaciones por radio y las estaciones de radar, por lo que se utiliza el disparo de armas nucleares para cegar el sistema de alerta de ataque con misiles.
Una forma efectiva de protegerse contra la RME es el blindaje de equipos electrónicos. Se ha utilizado en la práctica durante muchas décadas.
Contaminación por radiación. La fuente de este factor de daño son los productos de las reacciones nucleares, la porción no utilizada de la carga, así como la radiación inducida. La infección en una explosión nuclear representa un grave peligro para la salud humana, especialmente porque la vida media de muchos isótopos es muy larga.
La infección del aire, el terreno y los objetos se produce como resultado de la deposición de sustancias radiactivas. Se depositan a lo largo del camino, formando un rastro radioactivo. Además, a medida que la distancia desde el epicentro disminuye, el peligro disminuye. Y, por supuesto, el área de la explosión en sí misma se convierte en un área de infección. La mayoría de las sustancias peligrosas caen como precipitación durante 12-24 horas después de la explosión.
Основными параметрами этого фактора является доза облучения и его мощность.
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.
