Что бы не пропустить лучшие материалы с сайта

А также задавать вопросы в комментариях и получать ответы

Килотонны ужаса или что такое ядерный взрыв?

Если у вас есть статья, заметка или обзор, которыми вы хотите поделиться с аудиторией нашего сайта, присылайте информацию на: aleksandr.belozerov@gmail.com. За статьи платим деньги!
Ядерный взрыв
Ядерное оружие — самое страшное средство уничтожения из созданных человеком

16 июля 1945 года на авиабазе ВВС США в штате Нью-Мексико произошло событие, изменившее всю последующую историю человечества. В 5 часов 30 минут по местному времени здесь была взорвана первая в мире ядерная бомба Gadget, мощностью 20 килотонн в тротиловом эквиваленте. По воспоминаниям очевидцев, яркость взрыва значительно превосходила солнечный свет в полдень, а облако грибовидной формы всего за пять минут достигло высоты в 11 километров. Эти успешные испытания стали началом новой эры человечества – ядерной. Буквально через несколько месяцев мощь и ярость созданного оружия в полной мере испытают на себе жители Хиросимы и Нагасаки.

Американцы недолго обладали монополией на ядерную бомбу, и последующие четыре десятилетия стали периодом жесткого противостояния между США и СССР, которое вошло в учебники истории под названием Холодной войны. Ядерное оружие и сегодня является важнейшим стратегическим фактором, с которым вынуждены считаться все. Сегодня в элитный ядерный клуб фактически входит восемь государств, еще несколько стран всерьез занимаются созданием ЯО. Больше всего зарядов находятся в арсенале США и России.

Что же такое ядерный взрыв? Какими они бывают, и что представляет собой физика ядерного взрыва? Отличается ли современное ЯО от зарядов, которые были сброшены на японские города семьдесят лет назад? Ну и главное: каковы основные поражающие факторы ядерного взрыва и можно ли защититься от их воздействия? Обо всем этом будет рассказано в данном материале.

Из истории данного вопроса

Конец XIX и первая четверть XX столетия стали для ядерной физики периодом невиданных прорывов и удивительных свершений. Уже к середине 30-х годов ученые сделали практически все теоретические открытия, позволяющие создать ядерный заряд. В начале 30-х впервые было расщеплено атомное ядро, а в 1934 году венгерский физик Силард запатентовал конструкцию ядерного реактора.

В 1938 году трое немецких ученых – Фриц Штрассман, Отто Ган и Лиза Мейтнер – открыли процесс расщепления урана при бомбардировке нейтронами. Это была последняя остановка на пути к Хиросиме, вскоре французский физик Фредерик Жолио-Кюри получил патент на конструкцию урановой бомбы. В 1941 году Ферми закончил теорию цепной ядерной реакции.

Роберт Оппенгеймер
Роберт Оппенгеймер — отец американской ядерной бомбы

В это время мир неумолимо скатывался к новой глобальной войне, поэтому изыскания ученых, направленные на создание оружия невиданной сокрушительной силы, не могли остаться незамеченными. Большой интерес к подобным исследованиям проявляло руководство гитлеровской Германии. Обладая великолепной научной школой, эта страна вполне могла первой создать ядерное оружие. Подобная перспектива сильно тревожила ведущих ученых, большинство из которых были настроены крайне антигермански. В августе 1939 года Альберт Эйнштейн по просьбе своего друга Силарда написал письмо президенту США, где указывал на опасность появления у Гитлера ядерной бомбы. Результатом этой переписки стал сначала «Урановый комитет», а затем и «Манхеттенский проект», который и привел к созданию американского ядерного оружия. В 1945 году США имели уже три бомбы: плутониевую «Штучку» (Gadget) и «Толстяка» (Fat boy), а также уранового «Малыша» (Little boy). «Родителями» американского ЯО считаются ученые Ферми и Оппенгеймер.

16 июля 1945 года на полигоне в Нью-Мексико подорвали «Штучку», а уже в августе «Малыш» и «Толстяк» сбросили на японские города. Результаты бомбардировок превзошли все ожидания военных.

В 1949 году ЯО появилось у Советского Союза. В 1952 году американцы впервые провели испытания первого устройства, в основе работы которого лежали реакции ядерного синтеза, а не распада. Вскоре термоядерная бомба была создана и в СССР.

В 1954 году американцы взорвали устройство, эквивалентом 15 мегатонн тринитротолуола. Но самый мощный ядерный взрыв в истории состоялся несколькими годами позже – на Новой Земле подорвали пятидесятимегатонную «Царь-бомбу».

К счастью, и в СССР, и в США быстро поняли, к чему способна привести масштабная ядерная война. Поэтому в 1967 году сверхдержавы подписали Договор о нераспространении ЯО. Позже был выработан еще ряд соглашений, касающихся данной области: ОСВ-I и ОСВ-II, СНВ-I и СНВ-II, др.

"Царь-бомба"
Советская «Царь-бомба» АН 602 мощностью 58 мегатонн, взорванная 30 октября 1961 года на Новой Земле

Ядерные взрывы в СССР проводились на Новой Земле и в Казахстане, американцы испытывали свое ЯО на полигоне в штате Невада. В 1996 году приняли договор о запрете проведения любых испытаний ЯО.

Как устроена атомная бомба?

Ядерный взрыв – это хаотичный процесс освобождения колоссального количества энергии, которая образуется в результате ядерной реакции деления или синтеза. Аналогичные и сопоставимые по мощности процессы происходят в недрах звезд.

Ядро атома любого вещества делится при поглощении нейтронов, но для большинства элементов периодической таблицы для этого необходимо затратить значительную энергию. Однако существуют элементы, способные к подобной реакции под воздействием нейтронов, которые обладают любой – даже минимальной – энергией. Они называются делящимися.

Для создания ЯО используются изотопы уран-235 или плутоний-239. Первый элемент встречается в земной коре, его можно выделить из природного урана (обогащение), а оружейный плутоний получают искусственно в ядерных реакторах. Существуют и другие делящиеся элементы, которые теоретически можно применить в ЯО, но их получение связано с большими трудностями и затратами, поэтому они почти не используются.

Главной особенностью ядерной реакции является ее цепной, то есть самоподдерживающийся характер. При облучении атома нейтронами он распадается на два осколка с выделением большого количества энергии, а также двух вторичных нейтронов, которые, в свою очередь, способны вызывать деление соседних ядер. Так процесс становится каскадным. В результате цепной ядерной реакции за короткий промежуток времени в очень ограниченном объеме образуется колоссальное количество «осколков» распавшихся ядер и атомов в виде высокотемпературной плазмы: нейтронов, электронов и квантов электромагнитного излучения. Этот сгусток стремительно расширяется, образуя ударную волну огромной разрушительной силы.

Схема ядерной бомбы
Устройство первой советской ядерной бомбы

Подавляющая часть современного ядерного оружия работает не на основе цепной реакции распада, а за счет слияния ядер легких элементов, которые начинаются при высоких температурах и огромном давлении. При этом происходит выделение еще большего количества энергии, чем во время распада ядер типа урана или плутония, но принципиально результат не изменяется – образуется область высокотемпературной плазмы. Подобные превращения носят название реакции термоядерного синтеза, а заряды, в которых они используются, — термоядерные.

Отдельно следует сказать о специальных видах ЯО, у которых большая часть энергии деления (или синтеза) направлена на один из факторов поражения. К ним относятся нейтронные боеприпасы, порождающие поток жесткого излучения, а также так называемая кобальтовая бомба, дающая максимальное радиационное заражение местности.

Какие бывают ядерные взрывы?

Существует две основные классификации ядерных взрывов:

  • по мощности;
  • по месторасположению (точке расположения заряда) в момент взрыва.

Мощность – это определяющая характеристика ядерного взрыва. От нее зависит радиус зоны полных разрушений, а также размер территории, зараженной радиацией.

Для оценки этого параметра используется тротиловый эквивалент. Он показывает, сколько нужно взорвать тринитротолуола, чтобы получить сопоставимую энергию. Согласно этой классификации, бывают следующие виды ядерных взрывов:

  • сверхмалые;
  • малые;
  • средние;
  • большие;
  • сверхбольшие.

При сверхмалом (до 1 кТ) взрыве образуется огненный шар диаметром не более 200 метров и грибовидное облако с высотой 3,5 км. Сверхбольшие — имеют мощность более 1 мТ, их огненный шар превышает 2 км, а высота облака – 8,5 км.

Виды ядерных взрывов
Различные виды ядерных взрывов

Не менее важной особенностью является месторасположение ядерного заряда перед взрывом, а также среда, в которой он происходит. Исходя из этого, различают следующие виды ядерных взрывов:

  • Атмосферный. Его центр может находиться на высоте от нескольких метров до десятков, а то и сотен километров над поверхностью земли. В последнем случае он относится к категории высотных (от 15 до 100 км). Воздушный ядерный взрыв имеет сферическую форму вспышки;
  • Космический. Для попадания в эту категорию, он должен иметь высоту больше 100 км;
  • Наземный. К этой группе относятся не только взрывы на поверхности земли, но и на высоте несколько метров над ней. Они проходят как с выбросом грунта, так и без него;
  • Подземный. После подписания Договора о запрете испытаний ЯО в атмосфере, на земле, под водой и в космосе (1963 год) подобный тип стал единственно возможным при испытаниях ядерных зарядов. Он проводится на разной глубине, от нескольких десятков до сотен метров. Под толщей земли образуется полость или столб обрушения, сила ударной волны значительно ослабляется (зависит от глубины);
  • Надводный. В зависимости от высоты он может быть бесконтактным и контактным. В последнем случае происходит образование подводной ударной волны;
  • Подводный. Его глубина бывает разной, от десятков до многих сотен метров. Исходя из этого, имеет свои особенности: наличие или отсутствие «султана», характер радиоактивного заражения и др.

Что происходит при ядерном взрыве?

После начала реакции в течение короткого периода времени и в очень ограниченном объеме выделяется значительное количество тепловой и лучистой энергии. В результате в центре ядерного взрыва до огромных значений возрастает температура и давление. Издалека эта фаза воспринимается, как очень яркая светящаяся точка. На этом этапе большая часть энергии превращается в электромагнитное излучение, в основном в рентгеновской части спектра. Оно называют первичным.

Окружающий воздух нагревается и вытесняется с точки взрыва со сверхзвуковой скоростью. Формируется облако и образуется ударная волна, которая от него отрывается. Это происходит примерно через 0,1 мсек после начала реакции. По мере остывания облако увеличивается и начинает подниматься, увлекая за собой зараженные частицы грунта и воздух. В эпицентре образуется воронка от ядерного взрыва.

Ядерные реакции, происходящие в это время, становятся источником целого ряда различных излучений, от гамма-лучей и нейтронов до высокоэнергетических электронов и атомных ядер. Так возникает проникающая радиация ядерного взрыва – один из главных поражающих факторов ЯО. Кроме того, это излучение воздействует на атомы окружающего вещества, превращая их в радиоактивные изотопы, которые заражают местность.

Гамма-излучение ионизирует атомы окружающей среды, создавая электромагнитный импульс (ЭМИ), который выводит из строя любые электронные приборы поблизости. Электромагнитный импульс высотных атмосферных взрывов распространяется на значительно большую площадь, чем при наземных или маловысотных.

Чем опасно атомное оружие и как от него защититься?

Основные поражающие факторы ядерного взрыва:

  • световое излучение;
  • ударная волна;
  • проникающая радиация;
  • заражение местности;
  • электромагнитный импульс.

Если говорить о наземном взрыве, то половина его энергии (50%) уходит на образование ударной волны и воронки, примерно 30% приходится на световое излучение ядерного взрыва, 5% – на электромагнитный импульс и проникающую радиацию и 15% – на заражение местности.

Хиросима
Хиросима после бомбардировки

Световое излучение ядерного взрыва – это один из основных поражающих факторов ЯО. Оно представляет собой мощнейший поток лучистой энергии, в состав которого входит излучение ультрафиолетовой, инфракрасной и видимой части спектра. Его источником является облако взрыва на ранних этапах существования (огненный шар). В это время оно имеет температуру от 6 до 8 тыс. °C.

Световое излучение распространяется практически мгновенно, длительность действия этого фактора исчисляется секундами (максимум до 20 сек.). Но, несмотря на кратковременность, световое излучение очень опасно. На небольшом расстоянии от эпицентра оно сжигает все горючие материалы, а на удалении приводит к масштабным пожарам и возгораниям. Даже на значительном расстоянии от взрыва возможно поражение органов зрения и ожоги кожи.

Так как излучение распространяется прямолинейно, то защитой от него может стать любая непрозрачная преграда. Этот поражающий фактор значительно ослабевает при наличии задымленности, тумана или запыленности.

Ударная волна ядерного взрыва – это наиболее опасный фактор ЯО. Большинство поражений людей, а также разрушений и повреждений объектов происходит именно благодаря ее воздействию. Ударная волна – это область резкого сжатия среды (воды, грунта или воздуха), который двигается во все стороны от эпицентра. Если говорить об атмосферном взрыве, то скорость ударной волны составляет 350 м/с. С увеличением расстояния ее скорость быстро падает.

Ударная волна ядерного взрыва
Ударная волна ядерного взрыва сносит здание. Кадры, снятые во время учений

Этот поражающий фактор оказывает прямое воздействие за счет избыточного давления и скорости, также человек может пострадать от различных обломков, которые она несет. Ближе к эпицентру волна вызывает серьезные сейсмические колебания, способные обрушивать подземные сооружения и коммуникации.

Следует понимать, что ни здания, ни даже специальные убежища не смогут защитить от ударной волны в непосредственной близости от эпицентра. Однако они вполне действенны на значительном расстоянии от него. Разрушительную силу этого фактора существенно снижают складки местности.

Проникающая радиация. Данный поражающий фактор представляет собой поток жесткого излучения, который состоит из нейтронов и гамма-лучей, испускаемого из эпицентра взрыва. Его воздействие, как и светового излучения, является кратковременным, потому что он сильно поглощается атмосферой. Проникающая радиация опасна в течение 10-15 секунд после ядерного взрыва. По той же причине она способна воздействовать на человека только на сравнительно небольшом расстоянии от эпицентра – 2-3 км. При удалении от него уровень радиоактивного облучения быстро падает.

Проходя через ткани нашего тела, поток частиц, ионизирует молекулы, нарушая нормальное течение биологических процессов, что приводит к выходу из строя важнейших систем организма. При тяжелых поражениях возникает лучевая болезнь. Данный фактор оказывает разрушительное воздействие на некоторые материалы, а также выводит из строя электронные и оптические приборы.

Для защиты от проникающей радиации используются поглощающие материалы. Для гамма-излучения это тяжелые элементы со значительной атомной массой: например, свинец или железо. Однако эти вещества плохо улавливают нейтроны, более того, данные частицы вызывают в металлах наведенную радиоактивность. Нейтроны, в свою очередь, хорошо поглощаются легкими элементами, типа лития или водорода. Для комплексной защиты объектов или военной техники используются многослойные материалы. Например, оголовки шахтных установок МБР экранируют с помощью железобетона и емкостей с литием. При сооружении противоатомных убежищ в строительные материалы нередко добавляют бор.

Электромагнитный импульс. Поражающий фактор, который не оказывает влияния на здоровье человека или животных, но выводящий из строя электронные приборы.

Мощное электромагнитное поле возникает после ядерного взрыва в результате воздействия жесткого излучения на атомы окружающей среды. Его влияние кратковременно (несколько миллисекунд), однако и его достаточно для повреждения аппаратуры и линий электропередач. Сильная ионизация воздуха нарушает нормальную работу радиосвязи и РЛС, поэтому подрыв ЯО используется для ослепления системы предупреждения о ракетном нападении.

Эффективный способ защиты от ЭМИ — экранирование электронной техники. Он уже много десятилетий применяется на практике.

Радиационное заражение. Источником этого фактора поражения являются продукты ядерных реакций, неиспользованная часть заряда, а также наведенная радиация. Заражение при ядерном взрыве представляет серьезную опасность здоровью человека, тем более что время полураспада многих изотопов весьма продолжительно.

Заражение воздуха, местности и объектов происходит в результате выпадения радиоактивных веществ. Они оседают по ходу, образуя радиоактивный след. Причем, по мере удаления от эпицентра опасность уменьшается. И, конечно же, зоной заражения становится и сам район взрыва. Бо́льшая часть опасных веществ выпадают в виде осадков на протяжении 12-24 часов после взрыва.

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.

ЧАЭС
Чернобыльская АЭС — место самой страшной техногенной аварии в истории человечества

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.

Карта ядерных взрывов
Карта «мирных» ядерных взрывов на территории СССР

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.

Если у вас возникли вопросы - оставляйте их в комментариях под статьей. Мы или наши посетители с радостью ответим на них