Ядерний Вибух: Вплив і Наслідки, Вражаючі Фактори і Види Бомб, Ударна Хвиля, Електромагнітний Імпульс і Світлове Випромінювання

1. З історії даного питання
2. Як влаштована атомна бомба?
3. Які бувають ядерні вибухи?
4. Що відбувається при ядерному вибуху?
5. Чим небезпечне атомну зброю і як від нього захиститися?
6. Атом в мирних цілях

29.04.2019

Ядерна зброя - найстрашніше засіб знищення зі створених людиною

16 липня 1945 року на авіабазі ВПС США в штаті Нью-Мексико відбулося подія, яка змінила всю подальшу історію людства. О 5 годині 30 хвилин за місцевим часом тут була підірвана перша в світі ядерна бомба Gadget, потужністю 20 кілотонн у тротиловому еквіваленті. За спогадами очевидців, яскравість вибуху значно перевершувала сонячне світло опівдні, а хмара грибовидной форми всього за п'ять хвилин досягло висоти в 11 кілометрів. Ці успішні випробування стали початком нової ери людства - ядерної. Буквально через кілька місяців міць і лють створеного зброї в повній мірі випробують на собі жителі Хіросіми і Нагасакі.

Американці недовго володіли монополією на ядерну бомбу, і наступні чотири десятиліття стали періодом жорсткого протистояння між США і СРСР, яке увійшло в підручники історії під назвою холодної війни . Ядерна зброя і сьогодні є найважливішим стратегічним чинником, з яким змушені рахуватися всі. Сьогодні в елітний ядерний клуб фактично входить вісім держав, ще кілька країн всерйоз займаються створенням ЯО. Найбільше зарядів знаходяться в арсеналі США і Росії.

З історії даного питання

Кінець XIX і перша чверть XX століття стали для ядерної фізики періодом небачених проривів і дивовижних звершень. Вже до середини 30-х років вчені зробили практично все теоретичні відкриття, що дозволяють створити ядерний заряд. На початку 30-х вперше було розщеплено атомне ядро, а в 1934 році угорський фізик Силард запатентував конструкцію ядерного реактора.

У 1938 році троє німецьких вчених - Фріц Штрассман, Отто Ган і Ліза Мейтнер - відкрили процес розщеплення урану при бомбардуванні нейтронами. Це була остання зупинка на шляху до Хіросімі, незабаром французький фізик Фредерік Жоліо-Кюрі отримав патент на конструкцію уранової бомби. У 1941 році Фермі закінчив теорію ланцюгової ядерної реакції.

Роберт Оппенгеймер - батько американської ядерної бомби

У цей час світ невблаганно скочувався до нової глобальної війни, тому дослідження вчених, спрямовані на створення зброї небаченої нищівної сили, не могли залишитися непоміченими. Великий інтерес до подібних досліджень проявляло керівництво гітлерівської Німеччини. Володіючи прекрасною науковою школою, ця країна цілком могла першої створити ядерну зброю. Подібна перспектива сильно турбувала провідних вчених, більшість з яких були налаштовані вкрай антинімецькі. У серпні 1939 року Альберт Ейнштейн на прохання свого друга Силарда написав листа президенту США, де вказував на небезпеку появи у Гітлера ядерної бомби. Результатом цього листування став спочатку «Урановий комітет», а потім і «Манхеттенський проект», який і привів до створення американської ядерної зброї. У 1945 році США мали вже три бомби: плутонієву «Штучку» (Gadget) і «Товстуни» (Fat boy), а також уранового «Малюка» (Little boy). «Батьками» американського ЯО вважаються вчені Фермі і Оппенгеймер.

У 1949 році ЯО з'явилося у Радянського Союзу. У 1952 році американці вперше провели випробування першого пристрою, в основі роботи якого лежали реакції ядерного синтезу, а не розпаду. незабаром термоядерна бомба була створена і в СРСР.

У 1954 році американці підірвали пристрій, еквівалентом 15 мегатонн тринітротолуолу. Але найпотужніший ядерний вибух в історії відбувся кількома роками пізніше - на Новій Землі підірвали пятідесятімегатонную «Цар-бомбу» .

На щастя, і в СРСР, і в США швидко зрозуміли, до чого може призвести масштабна ядерна війна. Тому в 1967 році наддержави підписали Договір про нерозповсюдження ЯО. Пізніше був вироблений ще ряд угод, що стосуються даної області: ОСВ-I і ОСВ-II, СНО-I і СНО-II, ін.

Радянська «Цар-бомба» АН 602 потужністю 58 мегатонн, підірвана 30 жовтня 1961 року Нової Землі

Ядерні вибухи в СРСР проводилися на Новій Землі і в Казахстані, американці випробовували своє ЯО на полігоні в штаті Невада. У 1996 році прийняли договір про заборону проведення будь-яких випробувань ЯО.

Як влаштована атомна бомба?

Ядерний вибух - це хаотичний процес звільнення колосальної кількості енергії, яка утворюється в результаті ядерної реакції поділу або синтезу. Аналогічні і зіставні по потужності процеси відбуваються в надрах зірок.

Ядро атома будь-якої речовини ділиться при поглинанні нейтронів, але для більшості елементів періодичної таблиці для цього необхідно затратити значну енергію. Однак існують елементи, здатні до подібної реакції під впливом нейтронів, які мають будь-- навіть мінімальної - енергією. Вони називаються діляться.

Для створення ЯО використовуються ізотопи уран-235 або плутоній-239. Перший елемент зустрічається в земній корі, його можна виділити з природного урану (збагачення), а збройовий плутоній отримують штучно в ядерних реакторах. Існують і інші елементи, що діляться, які теоретично можна застосувати в ЯО, але їх отримання пов'язане з великими труднощами і витратами, тому вони майже не використовуються.

Головною особливістю ядерної реакції є її ланцюгової, тобто самоподдерживающийся характер. При опроміненні атома нейтронами він розпадається на два осколки з виділенням великої кількості енергії, а також двох вторинних нейтронів, які, в свою чергу, здатні викликати розподіл сусідніх ядер. Так процес стає каскадним. В результаті ланцюгової ядерної реакції за короткий проміжок часу в дуже обмеженому обсязі утворюється колосальну кількість «осколків» розпалися ядер і атомів у вигляді високотемпературної плазми: нейтронів, електронів і квантів електромагнітного випромінювання. Цей згусток стрімко розширюється, утворюючи ударну хвилю величезної руйнівної сили.

Пристрій першої радянської ядерної бомби

Переважна частина сучасного ядерної зброї працює не на основі ланцюгової реакції розпаду, а за рахунок злиття ядер легких елементів, які починаються при високих температурах і величезному тиску. При цьому відбувається виділення ще більшої кількості енергії, ніж під час розпаду ядер типу урану або плутонію, але принципово результат не змінюється - утворюється область високотемпературної плазми. Подібні перетворення носять назву реакції термоядерного синтезу, а заряди, в яких вони використовуються, - термоядерні.

Окремо слід сказати про спеціальні видах ЯО, у яких велика частина енергії розподілу (або синтезу) спрямована на один з чинників поразки. До них відносяться нейтронні боєприпаси , Які породжують потік жорсткого випромінювання, а також так звана кобальтова бомба , Що дає максимальне радіаційне зараження місцевості.

Які бувають ядерні вибухи?

Існує дві основні класифікації ядерних вибухів:

• по потужності;
• за місцем розташування (точці розташування заряду) в момент вибуху.

Потужність - це визначальна характеристика ядерного вибуху. Від неї залежить радіус зони повних руйнувань, а також розмір території, зараженої радіацією.

Для оцінки цього параметра використовується тротиловий еквівалент. Він показує, скільки потрібно підірвати тринітротолуолу, щоб отримати яку можна порівняти енергію. Відповідно до цієї класифікації, бувають такі види ядерних вибухів:

• сверхмалі;
• малі;
• середні;
• великі;
• надвеликі.

При легкому корпусу (до 1 кт) вибуху утворюється вогненна куля діаметром не більше 200 метрів і грибоподібна хмара з висотою 3,5 км. Надвеликі - мають потужність понад 1 мТ, їх вогненна куля перевищує 2 км, а висота хмари - 8,5 км.

Різні види ядерних вибухів

Не менш важливою особливістю є розташування ядерного заряду перед вибухом, а також середовище, в якій він відбувається. Виходячи з цього, розрізняють наступні види ядерних вибухів:

• Атмосферне. Його центр може знаходитися на висоті від кількох метрів до десятків, а то і сотень кілометрів над поверхнею землі. В останньому випадку він відноситься до категорії висотних (від 15 до 100 км). Повітряний ядерний вибух має сферичну форму спалаху;
• Космічний. Для попадання в цю категорію, він повинен мати висоту більше 100 км;
• Наземний. До цієї групи належать не тільки вибухи на поверхні землі, а й на висоті кілька метрів над нею. Вони проходять як з викидом грунту, так і без нього;
• Підземний. Після підписання Договору про заборону випробувань ЯО в атмосфері, на землі, під водою і в космосі (1963 рік) подібний тип став єдино можливим при випробуваннях ядерних зарядів. Він проводиться на різній глибині, від декількох десятків до сотень метрів. Під товщею землі утворюється порожнина або стовп обвалення, сила ударної хвилі значно послаблюється (залежить від глибини);
• Надводний. Залежно від висоти він може бути безконтактним і контактним. В останньому випадку відбувається утворення підводної ударної хвилі;
• Підводний. Його глибина буває різною, від десятків до багатьох сотень метрів. Виходячи з цього, має свої особливості: наявність або відсутність «султана», характер радіоактивного зараження і ін.

Що відбувається при ядерному вибуху?

Після початку реакції протягом короткого періоду часу і в дуже обмеженому обсязі виділяється значна кількість теплової та променевої енергії. В результаті в центрі ядерного вибуху до величезних значень зростає температура і тиск. Здалеку ця фаза сприймається, як дуже яскрава крапка, що світиться. На цьому етапі велика частина енергії перетворюється в електромагнітне випромінювання, в основному в рентгенівської частини спектра. Воно називають первинним.

Навколишнє повітря нагрівається і витісняється з точки вибуху з надзвуковою швидкістю. Формується хмара і утворюється ударна хвиля, яка від нього відривається. Це відбувається приблизно через 0,1 мсек після початку реакції. У міру остигання хмара збільшується і починає підніматися, захоплюючи за собою заражені частинки грунту і повітря. В епіцентрі утворюється воронка від ядерного вибуху.

Ядерні реакції, що відбуваються в цей час, стають джерелом цілого ряду різних випромінювань, від гамма-променів і нейтронів до високоенергетичних електронів і атомних ядер. Так виникає проникаюча радіація ядерного вибуху - один з основних вражаючих факторів ЯО. Крім того, це випромінювання впливає на атоми навколишнього речовини, перетворюючи їх в радіоактивні ізотопи, які заражають місцевість.

Гамма-випромінювання іонізує атоми навколишнього середовища, створюючи електромагнітний імпульс (ЕМІ), який виводить з ладу будь-які електронні прилади поблизу. Електромагнітний імпульс висотних атмосферних вибухів поширюється на значно більшу площу, ніж при наземних або маловисотних.

Чим небезпечне атомну зброю і як від нього захиститися?

Основні вражаючі фактори ядерного вибуху:

• світлове випромінювання;
• ударна хвиля;
• проникаюча радіація ;
• зараження місцевості;
• електромагнітний імпульс.

Якщо говорити про наземному вибуху, то половина його енергії (50%) йде на освіту ударної хвилі і воронки, приблизно 30% припадає на світлове випромінювання ядерного вибуху, 5% - на електромагнітний імпульс і проникаючу радіацію і 15% - на зараження місцевості.

Хіросіма після бомбардування

Світлове випромінювання ядерного вибуху - це один з основних вражаючих факторів ЯО. Воно являє собою потужний потік променевої енергії, до складу якого входить випромінювання ультрафіолетової, інфрачервоної і видимої частини спектра. Його джерелом є хмара вибуху на ранніх етапах існування (вогненна куля). У цей час воно має температуру від 6 до 8 тис. ° C.

Світлове випромінювання поширюється практично миттєво, тривалість дії цього фактора обчислюється секундами (максимум до 20 сек.). Але, незважаючи на короткочасність, світлове випромінювання дуже небезпечно. На невеликій відстані від епіцентру воно спалює все горючі матеріали, а на видаленні призводить до масштабних пожеж та загорянь. Навіть на значній відстані від вибуху можливе ураження органів зору та опіки шкіри.

Так як випромінювання поширюється прямолінійно, то захистом від нього може стати будь-яка непрозора перепона. Цей вражаючий фактор значно слабшає при наявності задимленості, туману або запиленості.

Ударна хвиля ядерного вибуху - це найбільш небезпечний фактор ЯО. Більшість поразок людей, а також руйнувань і пошкоджень об'єктів відбувається саме завдяки її впливу. Ударна хвиля - це область різкого стиску середовища (води, грунту або повітря), який рухається в різні боки від епіцентру. Якщо говорити про атмосферний вибуху, то швидкість ударної хвилі становить 350 м / с. Зі збільшенням відстані її швидкість швидко падає.

Ударна хвиля ядерного вибуху зносить будівлю. Кадри, зняті під час навчань

Цей вражаючий фактор робить прямий вплив за рахунок надлишкового тиску і швидкості, також людина може постраждати від різних уламків, які вона несе. Ближче до епіцентру хвиля викликає серйозні сейсмічні коливання, здатні обрушувати підземні споруди і комунікації.

Слід розуміти, що ні будівлі, ні навіть спеціальні притулки не зможуть захистити від ударної хвилі в безпосередній близькості від епіцентру. Однак вони цілком дієві на значній відстані від нього. Руйнівну силу цього фактора істотно знижують складки місцевості.

Проникаюча радіація. Даний вражаючий фактор є потік жорсткого випромінювання, який складається з нейтронів і гамма-променів, що випускається з епіцентру вибуху. Його вплив, як і світлового випромінювання, є короткочасним, тому що він сильно поглинається атмосферою. Проникаюча радіація небезпечна протягом 10-15 секунд після ядерного вибуху. З тієї ж причини вона здатна впливати на людину тільки на порівняно невеликій відстані від епіцентру - 2-3 км. При видаленні від нього рівень радіоактивного опромінення швидко падає.

Проходячи через тканини нашого тіла, потік частинок, іонізує молекули, порушуючи нормальний перебіг біологічних процесів, що призводить до виходу з ладу найважливіших систем організму. При важких ураженнях виникає променева хвороба. Даний фактор чинить руйнівну дію на деякі матеріали, а також виводить з ладу електронні та оптичні прилади.

Для захисту від проникаючої радіації використовуються поглинають матеріали. Для гамма-випромінювання це важкі елементи зі значною атомною масою: наприклад, свинець або залізо. Однак ці речовини погано вловлюють нейтрони, більш того, дані частинки викликають в металах наведену радіоактивність. Нейтрони, в свою чергу, добре поглинаються легкими елементами, типу літію або водню. Для комплексного захисту об'єктів або військової техніки використовуються багатошарові матеріали. Наприклад, оголовки шахтних установок МБР екранують за допомогою залізобетону і ємностей з літієм. При спорудженні протиатомних притулків в будівельні матеріали нерідко додають бор.

Електромагнітний імпульс. Вражаючий фактор, який не впливає на здоров'я людини або тварин, але виводить з ладу електронні прилади.

Потужне електромагнітне поле виникає після ядерного вибуху в результаті впливу жорсткого випромінювання на атоми навколишнього середовища. Його вплив короткочасно (кілька мілісекунд), однак і його досить для пошкодження апаратури і ліній електропередач. Сильна іонізація повітря порушує нормальну роботу радіозв'язку та РЛС, тому підрив ЯО використовується для засліплення системи попередження про ракетний напад.

Ефективний спосіб захисту від ЕМІ - екранування електронної техніки. Він уже багато десятиліть застосовується на практиці.

Радіаційне зараження. Джерелом цього фактора ураження є продукти ядерних реакцій, невикористана частина заряду, а також наведена радіація. Зараження при ядерному вибуху є серйозною небезпекою здоров'ю людини, тим більше що час напіврозпаду багатьох ізотопів досить тривало.

Зараження повітря, місцевості і об'єктів відбувається в результаті випадання радіоактивних речовин. Вони осідають по ходу, утворюючи радіоактивний слід. Причому, в міру віддалення від епіцентру небезпека зменшується. І, звичайно ж, зоною зараження стає і сам район вибуху. Велика частина небезпечних речовин випадають у вигляді опадів на протязі 12-24 годин після вибуху.

Основними параметрами цього фактора є доза опромінення і його потужність.

Радіоактивні продукти здатні випускати три види частинок: альфа, бета і гамма. Перші два не володіють серйозною проникаючу здатність, тому становлять меншу загрозу. Найбільшу небезпеку становить можливе потрапляння радіоактивних речовин всередину організму разом з повітрям, їжею і водою.

Чорнобильська АЕС - місце найстрашнішої техногенної аварії в історії людства

Кращий спосіб захисту від радіоактивних продуктів - це повна ізоляція людей від їх впливу. Після застосування ЯО повинна бути створена карта місцевості із зазначенням найбільш забруднених областей, відвідування яких суворо заборонено. Необхідно створити умови, що перешкоджають попаданню небажаних речовин в воду або їжу. Люди і техніка, яка відвідує забруднені ділянки, обов'язково повинні проходити дезактиваціні процедури. Ще одним ефективним способом є індивідуальні засоби захисту: протигази, респіратори, костюми ОЗК.

Правдою є те, що різні способи захисту від ядерного вибуху можуть врятувати життя тільки, якщо ви перебуваєте досить далеко від його епіцентру. У безпосередній близькості від нього все буде перетворено в невеликий оплавлений щебінь, а будь-які притулку знищені сейсмічними коливаннями.

Крім того, ядерна атака неодмінно призведе до руйнування інфраструктури, паніці, розвитку інфекційних захворювань. Подібні явища можна назвати вторинним вражаючим чинником ЯО. До ще більш важким результатами здатний привести ядерний вибух на атомній електростанції. В цьому випадку в навколишнє середовище будуть викинуті тонни радіоактивних ізотопів, частина з яких має тривалий період напіврозпаду.

як показав трагічний досвід Хіросіми і Нагасакі , Ядерний вибух не тільки вбиває людей і калічить їх тіла, але і завдає жертвам найсильніші психологічні травми. Апокаліптичні видовища постядерного ландшафту, масштабні пожежі та руйнування, велика кількість тіл і стогони обвуглених вмираючих викликають у людини ні з чим не порівнянні душевні страждання. Багато з пережили кошмар ядерних бомбардувань в майбутньому так і не змогли позбутися від серйозних розладів психіки. В Японії для цієї категорії придумали спеціальну назву - «хібакуся».

Атом в мирних цілях

Енергія ланцюгової ядерної реакції - це найпотужніша сила, доступна сьогодні людині. Не дивно, що її спробували пристосувати для виконання мирних завдань. Особливо багато подібних проектів розроблялося в СРСР. З 135 вибухів, проведених в Радянському Союзі з 1965 по 1988 рік, 124 ставилися до «мирним», а решта були виконані в інтересах військових.

За допомогою підземних ядерних вибухів планували споруджувати водосховища, а також ємності для її зберігання природного газу і токсичних відходів. Водойми, створені подібним способом, повинні були мати значну глибину і порівняно невелику площу дзеркала, що вважалося важливою перевагою.

Їх хотіли використовувати для повороту сибірських річок на південь країни, з їх допомогою збиралися рити канали. Правда, для подібних проектів думали пустити в справу невеликі за потужністю «чисті» заряди, створити які так і не вийшло.

В СРСР розроблялися десятки проектів підземних ядерних вибухів для видобутку корисних копалин. Їх мали намір використовувати для підвищення віддачі нафтоносних родовищ. Таким же чином хотіли перекривати аварійні свердловини. У Донбасі провели підземний вибух для видалення метану з вугленосних шарів.

Карта «мирних» ядерних вибухів на території СРСР

Ядерні вибухи послужили і на благо теоретичної науки. З їх допомогою вивчалося будова Землі, різні сейсмічні процеси, що відбуваються в її надрах. Були пропозиції шляхом підриву ЯО боротися з землетрусами.

Міць, прихована в атомі, приваблювала не тільки радянських вчених. У США розроблявся проект космічного корабля, тягу якого повинна була створювати енергія атома: до реалізації справа не дійшла.

До сих пір значення радянських експериментів в цій області не оцінена по достоїнству. Інформація про ядерні вибухи в СРСР здебільшого закрита, про деякі подібних проектах ми майже нічого не знаємо. Складно визначити їх наукове значення, а також можливу небезпеку для навколишнього середовища.

В останні роки за допомогою ЯО планують боротися з космічною загрозою - можливим ударом астероїда або комети.

Ядерна зброя - це найстрашніше винахід людства, а його вибух - найбільш «інфернальний» засіб знищення з усіх існуючих на землі. Створивши його, людство наблизилося до межі, за якою може бути кінець нашої цивілізації. І нехай сьогодні немає напруженості Холодної війни, але загроза від цього не стала меншою.

В наші дні найбільша небезпека - це подальше безконтрольне розповсюдження ядерної зброї. Чим більше держав будуть їм володіти, тим вище ймовірність, що хтось не витримає і натисне горезвісну «червону кнопку». Тим більше, що сьогодні роздобути бомбу намагаються найбільш агресивні і маргінальні режими на планеті.

Автор статті:

Захоплююсь військовою історією, бойовий технікою, зброєю та іншімі харчування, пов'язаними з армією. Люблю Друкований слово у всех его формах.

Свіжі Публікації автора: