16 Juli 1945 di Pangkalan Angkatan Udara AS di New Mexico, sebuah peristiwa terjadi yang mengubah seluruh sejarah umat manusia selanjutnya. Pada 5 jam 30 menit waktu setempat, Gadget bom nuklir pertama di dunia, dengan kapasitas 20 kiloton di TNT, meledak di sini. Menurut saksi mata, kecerahan ledakan secara signifikan melebihi sinar matahari pada siang hari, dan bentuk jamur berbentuk awan hanya dalam lima menit mencapai ketinggian 11 kilometer. Percobaan yang sukses ini adalah awal dari era baru kemanusiaan - nuklir. Hanya dalam beberapa bulan, orang-orang Hiroshima dan Nagasaki akan sepenuhnya merasakan kekuatan dan kemarahan dari senjata yang diciptakan.
Amerika tidak memiliki monopoli bom nuklir untuk waktu yang lama, dan empat dekade berikutnya menjadi periode konfrontasi yang keras antara AS dan Uni Soviet, yang dimasukkan dalam buku-buku sejarah yang disebut Perang Dingin. Senjata nuklir saat ini adalah faktor strategis terpenting yang harus diperhitungkan oleh setiap orang. Saat ini, klub nuklir elit sebenarnya mencakup delapan negara bagian, beberapa negara lagi secara serius terlibat dalam pembuatan senjata nuklir. Sebagian besar dakwaan berada di gudang Amerika Serikat dan Rusia.
Apa itu ledakan nuklir? Seperti apa mereka dan apa fisika ledakan nuklir? Apakah senjata nuklir modern berbeda dari tuduhan yang dijatuhkan di kota-kota Jepang tujuh puluh tahun yang lalu? Nah dan yang utama: apa faktor utama ledakan nuklir dan apakah mungkin bertahan melawan dampaknya? Semua ini akan dibahas dalam materi ini.
Dari sejarah masalah ini
Akhir abad ke-19 dan kuartal pertama abad ke-20 bagi fisika nuklir merupakan periode terobosan yang belum pernah terjadi sebelumnya dan pencapaian luar biasa. Pada pertengahan 1930-an, para ilmuwan telah membuat hampir semua penemuan teoretis yang memungkinkan untuk menciptakan muatan nuklir. Pada awal 1930-an, inti atom pertama kali terbelah, dan pada 1934, fisikawan Hongaria, Silard, mematenkan desain reaktor nuklir.
Pada tahun 1938, tiga ilmuwan Jerman - Fritz Strassmann, Otto Hahn dan Lisa Meitner - menemukan proses fisi uranium selama pemboman neutron. Ini adalah perhentian terakhir dalam perjalanan ke Hiroshima, segera fisikawan Prancis Frederic Joliot-Curie menerima paten untuk desain bom uranium. Pada 1941, Fermi menyelesaikan teori reaksi berantai nuklir.
Pada saat ini, dunia secara tak terhindarkan meluncur ke dalam perang global yang baru, sehingga penelitian para ilmuwan yang bertujuan menciptakan senjata dengan kekuatan penghancur yang belum pernah terjadi sebelumnya tidak dapat diabaikan. Minat besar dalam studi tersebut menunjukkan kepemimpinan Jerman Hitler. Memiliki sekolah ilmiah yang unggul, negara ini bisa menjadi yang pertama untuk membuat senjata nuklir. Prospek ini sangat mengganggu para ilmuwan terkemuka, yang kebanyakan sangat anti-Jerman. Pada Agustus 1939, atas permintaan temannya, Sylard, Albert Einstein menulis surat kepada Presiden Amerika Serikat, yang mengindikasikan bahaya bom nuklir di Hitler. Hasil korespondensi ini adalah pertama Komite Uranium, dan kemudian Proyek Manhattan, yang mengarah pada penciptaan senjata nuklir Amerika. Pada tahun 1945, Amerika Serikat sudah memiliki tiga bom: plutonium "hal kecil" (Gadget) dan "pria gendut" (anak gendut), dan juga uranium "anak kecil" (bocah kecil). "Orang tua" dari NW Amerika adalah ilmuwan Fermi dan Oppenheimer.
16 Juli 1945 di situs di New Mexico, merusak "hal-hal kecil", dan pada bulan Agustus, "Kid" dan "Fat Man" dijatuhkan di kota-kota Jepang. Hasil pemboman melebihi semua harapan militer.
Pada tahun 1949, senjata nuklir muncul di Uni Soviet. Pada tahun 1952, Amerika pertama kali menguji perangkat pertama, yang didasarkan pada fusi nuklir, bukan pembusukan. Segera bom termonuklir dibuat di Uni Soviet.
Pada tahun 1954, Amerika meledakkan perangkat trinitrotoluene 15 megaton. Tetapi ledakan nuklir paling kuat dalam sejarah terjadi beberapa tahun kemudian - Tsar-Bomba 50 megaton meledak di Novaya Zemlya.
Untungnya, baik di Uni Soviet dan di AS, mereka dengan cepat memahami apa yang bisa menyebabkan perang nuklir berskala besar. Oleh karena itu, pada tahun 1967, negara adidaya menandatangani NPT Non-Proliferation Treaty. Kemudian, sejumlah perjanjian yang berkaitan dengan bidang ini dikembangkan: SALT-I dan SALT-II, START-I dan START-II, dll.
Ledakan nuklir di Uni Soviet dilakukan di Novaya Zemlya dan di Kazakhstan, Amerika menguji senjata nuklir mereka di lokasi uji di negara bagian Nevada. Pada tahun 1996, kami menerima perjanjian untuk melarang pengujian senjata nuklir.
Bagaimana bom atomnya?
Ledakan nuklir adalah proses kacau melepaskan energi dalam jumlah besar yang terbentuk sebagai hasil reaksi fisi atau sintesis nuklir. Proses kekuatan yang serupa dan sebanding terjadi di kedalaman bintang.
Inti atom dari suatu zat dibagi ketika neutron diserap, tetapi untuk sebagian besar elemen tabel periodik, ini membutuhkan pengeluaran energi yang cukup besar. Namun, ada elemen yang mampu bereaksi seperti itu di bawah pengaruh neutron, yang memiliki - bahkan energi minimal. Mereka disebut fisil.
Isotop Uranium-235 atau plutonium-239 digunakan untuk membuat senjata nuklir. Unsur pertama ditemukan di kerak bumi, dapat diisolasi dari uranium alami (pengayaan), dan plutonium tingkat senjata diperoleh secara artifisial dalam reaktor nuklir. Ada elemen fisil lain yang secara teoritis dapat digunakan dalam senjata nuklir, tetapi penerimaan mereka dikaitkan dengan kesulitan dan biaya yang besar, sehingga mereka hampir tidak pernah digunakan.
Ciri utama dari reaksi nuklir adalah rantainya, yaitu sifat mandiri. Ketika sebuah atom diiradiasi dengan neutron, ia terpecah menjadi dua fragmen dengan melepaskan sejumlah besar energi, serta dua neutron sekunder, yang, pada gilirannya, dapat menyebabkan fisi dari nuklei tetangga. Jadi prosesnya menjadi mengalir. Sebagai hasil dari reaksi berantai nuklir dalam waktu singkat, sejumlah besar “fragmen” nukleus dan atom yang membusuk dalam bentuk plasma suhu tinggi: neutron, elektron, dan kuanta radiasi elektromagnetik terbentuk dalam volume yang sangat terbatas. Gumpalan ini berkembang pesat, membentuk gelombang kejut dari kekuatan destruktif yang luar biasa.
Mayoritas senjata nuklir modern tidak bekerja atas dasar reaksi pembusukan rantai, tetapi karena penggabungan inti elemen cahaya, yang dimulai pada suhu tinggi dan tekanan tinggi. Dalam hal ini, jumlah energi yang lebih besar dilepaskan daripada selama peluruhan inti seperti uranium atau plutonium, tetapi pada prinsipnya hasilnya tidak berubah - daerah plasma suhu tinggi terbentuk. Transformasi semacam itu disebut reaksi fusi termonuklir, dan muatan di mana mereka digunakan adalah termonuklir.
Secara terpisah, harus dikatakan tentang jenis senjata nuklir khusus, di mana sebagian besar energi fisi (atau sintesis) diarahkan ke salah satu faktor kerusakan. Ini termasuk amunisi neutron yang menghasilkan aliran radiasi keras, serta bom kobalt, yang memberikan kontaminasi radiasi maksimum di daerah tersebut.
Apakah ledakan nuklir itu?
Ada dua klasifikasi utama ledakan nuklir:
- pada kekuasaan;
- menurut lokasi (titik pengisian) pada saat ledakan.
Kekuasaan adalah ciri khas dari ledakan nuklir. Itu tergantung pada radius zona kehancuran total, serta ukuran wilayah yang terkontaminasi oleh radiasi.
Untuk memperkirakan parameter ini, ekuivalen TNT digunakan. Ini menunjukkan berapa banyak trinitrotoluene yang perlu diledakkan untuk mendapatkan energi yang sebanding. Menurut klasifikasi ini, ada beberapa jenis ledakan nuklir berikut ini:
- sangat kecil;
- kecil;
- sedang;
- besar;
- ekstra besar.
Pada ledakan ultralow (hingga 1 kT), bola api terbentuk dengan diameter tidak lebih dari 200 meter dan awan jamur dengan ketinggian 3,5 km. Yang super besar memiliki kekuatan lebih dari 1 mT, bola api mereka melebihi 2 km, dan ketinggian awan adalah 8,5 km.
Fitur yang sama pentingnya adalah lokasi muatan nuklir sebelum ledakan, serta lingkungan tempat ledakan itu terjadi. Atas dasar ini, jenis-jenis ledakan nuklir berikut dibedakan:
- Atmosfer. Pusatnya bisa mencapai beberapa meter hingga puluhan, atau bahkan ratusan kilometer di atas tanah. Dalam kasus terakhir, itu termasuk kategori ketinggian tinggi (dari 15 hingga 100 km). Ledakan nuklir udara memiliki bentuk kilat bola;
- Kosmik Untuk masuk dalam kategori ini, ia harus memiliki ketinggian lebih dari 100 km;
- Tanah. Kelompok ini tidak hanya mencakup ledakan di permukaan bumi, tetapi juga pada ketinggian beberapa meter di atasnya. Mereka lulus dengan melepaskan tanah, dan tanpa tanah;
- Bawah Tanah. Setelah penandatanganan Perjanjian tentang Larangan Menguji Senjata Nuklir di Atmosfer, di Bumi, Di Bawah Air, dan di Luar Angkasa (1963), jenis ini adalah satu-satunya cara yang mungkin untuk menguji senjata nuklir. Itu dilakukan pada kedalaman yang berbeda, dari beberapa puluh hingga ratusan meter. Di bawah ketebalan bumi, rongga atau kolom runtuh terbentuk, kekuatan gelombang kejut melemah secara signifikan (tergantung pada kedalaman);
- Permukaan Bergantung pada ketinggian, itu bisa tanpa kontak dan kontak. Dalam kasus terakhir, pembentukan gelombang kejut bawah air;
- Di bawah air. Kedalamannya berbeda, dari puluhan hingga ratusan meter. Atas dasar ini, ia memiliki karakteristiknya sendiri: ada atau tidak adanya "Sultan", sifat kontaminasi radioaktif, dll.
Apa yang terjadi dalam ledakan nuklir?
Setelah dimulainya reaksi, sejumlah besar panas dan energi radiasi dipancarkan dalam waktu singkat dan dalam volume yang sangat terbatas. Akibatnya, suhu dan tekanan meningkat di pusat ledakan nuklir ke nilai yang sangat besar. Dari jauh, fase ini dianggap sebagai titik bercahaya yang sangat terang. Pada tahap ini, sebagian besar energi diubah menjadi radiasi elektromagnetik, terutama di bagian sinar-X spektrum. Ini disebut primer.
Udara sekitar dipanaskan dan dikeluarkan dari titik ledakan dengan kecepatan supersonik. Awan terbentuk dan gelombang kejut terbentuk, yang terlepas darinya. Ini terjadi sekitar 0,1 msec setelah dimulainya reaksi. Saat dingin, awan itu tumbuh dan mulai naik, menyeret partikel-partikel tanah dan udara yang terinfeksi. Di episentrum pembentukan corong dari ledakan nuklir.
Reaksi nuklir yang terjadi pada saat ini menjadi sumber dari sejumlah radiasi yang berbeda, dari sinar gamma dan neutron hingga elektron berenergi tinggi dan inti atom. Ini adalah bagaimana radiasi penetrasi ledakan nuklir muncul - salah satu faktor utama kerusakan senjata nuklir. Selain itu, radiasi ini mempengaruhi atom-atom zat di sekitarnya, mengubahnya menjadi isotop radioaktif yang menginfeksi daerah tersebut.
Radiasi gamma mengionisasi atom-atom lingkungan, menciptakan pulsa elektromagnetik (EMP), yang menonaktifkan perangkat elektronik di sekitarnya. Pulsa elektromagnetik dari ledakan atmosfer ketinggian tinggi menyebar ke area yang jauh lebih besar daripada dengan tanah atau ketinggian rendah.
Apa itu senjata atom berbahaya dan bagaimana melindunginya?
Faktor mencolok utama dari ledakan nuklir:
- emisi cahaya;
- gelombang kejut;
- radiasi penetrasi;
- kontaminasi area;
- pulsa elektromagnetik.
Jika kita berbicara tentang ledakan tanah, separuh energinya (50%) digunakan untuk pembentukan gelombang kejut dan corong, sekitar 30% berasal dari radiasi ledakan nuklir, 5% dari pulsa elektromagnetik dan radiasi penetrasi, dan 15% dari kontaminasi medan.
Radiasi cahaya dari ledakan nuklir adalah salah satu faktor utama kerusakan senjata nuklir. Ini adalah aliran energi radiasi yang kuat, yang mencakup radiasi dari ultraviolet, inframerah, dan bagian spektrum yang terlihat. Sumbernya adalah awan ledakan di tahap awal keberadaan (bola api). Pada saat ini, ia memiliki suhu 6 hingga 8 ribu ° C.
Radiasi cahaya merambat hampir secara instan, durasi faktor ini dihitung dalam detik (hingga maksimum 20 detik). Tetapi, meskipun durasinya singkat, radiasi cahaya sangat berbahaya. Pada jarak pendek dari pusat gempa, ia membakar semua bahan yang mudah terbakar, dan pada jarak tertentu menyebabkan kebakaran dan kebakaran skala besar. Bahkan pada jarak yang cukup jauh dari ledakan dapat merusak organ penglihatan dan kulit terbakar.
Karena radiasi merambat dalam garis lurus, setiap penghalang yang tidak transparan dapat menjadi pertahanan terhadapnya. Faktor yang merusak ini secara signifikan dilemahkan dengan adanya asap, kabut, atau debu.
Gelombang kejut dari ledakan nuklir adalah faktor paling berbahaya dari senjata nuklir. Kebanyakan kerusakan pada manusia, serta kerusakan dan kerusakan pada benda terjadi justru karena dampaknya. Gelombang kejut adalah area kompresi media yang tajam (air, tanah atau udara), yang bergerak ke segala arah dari pusat gempa. Jika kita berbicara tentang ledakan atmosfer, maka kecepatan gelombang kejut adalah 350 m / s. Dengan meningkatnya jarak, kecepatannya turun dengan cepat.
Faktor yang merusak ini memiliki efek langsung karena tekanan dan kecepatan yang berlebihan, serta seseorang dapat menderita berbagai puing yang ditimbulkannya. Lebih dekat ke episentrum gelombang menyebabkan getaran seismik yang serius yang dapat menurunkan fasilitas dan komunikasi bawah tanah.
Harus dipahami bahwa baik bangunan maupun tempat perlindungan khusus tidak akan dapat melindungi dari gelombang kejut di sekitar pusat gempa. Namun, mereka cukup efektif pada jarak yang cukup jauh darinya. Kekuatan destruktif dari faktor ini secara signifikan mengurangi lipatan medan.
Radiasi penetrasi. Faktor yang merusak ini adalah aliran radiasi keras, yang terdiri dari neutron dan sinar gamma yang dipancarkan dari pusat ledakan. Efeknya, seperti halnya cahaya, berdurasi pendek, karena sangat diserap oleh atmosfer. Radiasi penetrasi berbahaya selama 10-15 detik setelah ledakan nuklir. Untuk alasan yang sama, itu dapat mempengaruhi seseorang hanya pada jarak yang relatif pendek dari pusat gempa - 2-3 km. Ketika dihapus dari itu, tingkat paparan radiasi menurun dengan cepat.
Melewati jaringan tubuh kita, aliran partikel mengionisasi molekul, mengganggu aliran normal proses biologis, yang mengarah pada kegagalan sistem terpenting tubuh. Pada lesi yang parah, penyakit radiasi terjadi. Faktor ini memiliki efek yang menghancurkan pada beberapa bahan, dan juga mengganggu perangkat elektronik dan optik.
Untuk melindungi dari radiasi penetrasi, digunakan bahan penyerap. Untuk radiasi gamma, ini adalah elemen berat dengan massa atom yang signifikan: misalnya, timbal atau besi. Namun, zat-zat ini menangkap neutron dengan buruk, apalagi, partikel-partikel ini menyebabkan radioaktivitas dalam logam. Neutron, pada gilirannya, diserap dengan baik oleh elemen cahaya seperti lithium atau hidrogen. Untuk perlindungan benda atau peralatan militer yang kompleks, digunakan bahan berlapis-lapis. Misalnya, kepala instalasi tambang MBR disaring dengan beton bertulang dan tangki dengan lithium. Saat membangun tempat perlindungan anti-nuklir, boron sering ditambahkan ke bahan bangunan.
Pulsa elektromagnetik. Faktor yang mencolok yang tidak mempengaruhi kesehatan manusia atau hewan, tetapi menonaktifkan perangkat elektronik.
Medan elektromagnetik yang kuat terjadi setelah ledakan nuklir sebagai akibat paparan atom keras pada lingkungan. Efeknya pendek (beberapa milidetik), tetapi juga cukup untuk merusak peralatan dan saluran listrik. Ionisasi udara yang kuat mengganggu operasi normal komunikasi radio dan stasiun radar, sehingga peledakan senjata nuklir digunakan untuk membutakan sistem peringatan rudal.
Cara efektif untuk melindungi terhadap ESDM adalah melindungi peralatan elektronik. Ini telah digunakan dalam praktik selama beberapa dekade.
Kontaminasi radiasi. Sumber dari faktor kerusakan ini adalah produk dari reaksi nuklir, bagian muatan yang tidak digunakan, serta radiasi yang ditimbulkan. Infeksi dalam ledakan nuklir menimbulkan bahaya serius bagi kesehatan manusia, terutama sejak paruh banyak isotop sangat panjang.
Infeksi udara, medan, dan benda terjadi sebagai akibat dari pengendapan zat radioaktif. Mereka disimpan di sepanjang jalan, membentuk jejak radioaktif. Selain itu, karena jarak dari episentrum berkurang, bahaya berkurang. Dan, tentu saja, area ledakan itu sendiri menjadi area infeksi. Sebagian besar zat berbahaya jatuh sebagai presipitasi selama 12-24 jam setelah ledakan.
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.
