10 wstydliwych pytań dotyczących broni jądrowej: odpowiada fizyk Dmitrij Pobedinsky

w nowym seria artykułów eksperci odpowiadają na pytania, które zwykle są krępujące: wydaje się, że wszyscy już o tym wiedzą, a pytający będzie wyglądał głupio.

Przed premierą Oppenheimera rozmawialiśmy z fizykiem Dmitrijem Pobedinskim o bombach atomowych. Mamy nadzieję, że teraz film będzie bardziej przejrzysty.

1. Czym różni się bomba atomowa od konwencjonalnej?

Zasadniczo bomba to pocisk wypełniony materiałem wybuchowym, który może bardzo szybko wejść w reakcję chemiczną. Kiedy tak się dzieje, następuje eksplozja - to znaczy, że w krótkim czasie uwalniana jest duża ilość energii.

Przed aktywacją bomby energia ta jest magazynowana w stanie „uśpienia”. W zwykłych bombach jest przechowywany w postaci wiązań między atomami cząsteczek. W bombie atomowej - w postaci połączeń między cząstkami jądra, protonami i neutronami. Powiązania między tymi ostatnimi są znacznie silniejsze, więc energia, która zostanie uwolniona w momencie aktywacji bomby, będzie większa – ceteris paribus – około miliona razy.

2. Jaka jest różnica między bombami atomowymi, jądrowymi i termojądrowymi?

Pojęcia bomby atomowej i jądrowej są najczęściej wymienne iw naszym kontekście oznaczają to samo: do ich wybuchu wykorzystywana jest reakcja rozszczepienia jądrowego ciężkie elementyjak uran czy pluton.

Bomby termojądrowe wykorzystują inną zasadę - fuzję termojądrową, w której takie płuca pierwiastki takie jak wodór czy lit łączą się w cięższe, dzięki czemu energia niezbędna do eksplozja.

Jeśli chodzi o uwalnianie energii, bomby termojądrowe, w przeciwieństwie do bomb jądrowych, mogą być bardzo duże. Pomnożenie mocy ładunku jądrowego jest dość trudne, ale stosunkowo łatwo jest zwiększyć moc bomby termojądrowej.

Nawet bomby termojądrowe nie mają tak szkodliwego czynnika jak promieniowanie. Ale kiedy wybucha bomba atomowa, powstaje wiele niestabilnych elementów i dochodzi do skażenia radioaktywnego obszaru.

Jednak często bomba termojądrowa zawiera bombę atomową, co prowadzi do zanieczyszczenia promieniowaniem, choć w mniejszym stopniu.

Podsumowując:

• bomba atomowa i bomba atomowa to to samo
• bomby atomowe wykorzystują reakcje ciężkich pierwiastków, bomby termojądrowe wykorzystują lekkie,
• łatwiej jest zwiększyć moc bomb termojądrowych niż bomb atomowych,
• przy wybuchu nuklearnym i termojądrowym o tej samej mocy w drugim przypadku zanieczyszczenie promieniowaniem będzie mniejsze.

3. W jaki sposób broń jądrowa jest aktywowana i kierowana w kierunku celu?

W substancji radioaktywnej zawartej w bombie atomowej reakcja rozszczepienia zachodzi stale w trybie tlącym. Jednak energia uwolniona w tym przypadku nie wystarczy, aby nastąpiła duża eksplozja.

Możliwe jest, aby proces przebiegał bardziej aktywnie. W tym celu reakcja rozszczepienia musi być łańcuchowa i samopodtrzymująca się - to znaczy, że zerwanie jednego wiązania między cząstkami jądra powoduje zerwanie innego i tak dalej w rosnącej kolejności. Wtedy to lawinowe uderzenie w mikroułamkach sekundy doprowadzi do uwolnienia dużej ilości energii i odpowiednio do eksplozji.

Istnieje coś takiego jak masa krytyczna - minimalna masa substancji niezbędna do zapoczątkowania reakcji łańcuchowej rozszczepienia. Oznacza to, że aby bomba wybuchła, konieczne jest przekroczenie masy krytycznej. Odbywa się to na dwa sposoby:

1. Połącz ze sobą dwa identyczne batoniki z tą samą substancją w środku i ściśnij je przez chwilę. To znaczy, jeśli masa krytyczna wynosi 10 kg, a każdy pręt waży 6 kg, to łącząc je otrzymamy pręt o wadze 12 kg, który przekroczy masę krytyczną i rozpocznie się jądrowa reakcja łańcuchowa. Tak zrobili na przykład twórcy pierwszej bomby „Baby”, która została zrzucona na Hiroszimę.
2. Kula o masie mniejszej niż masa krytyczna jest otoczona materiałami wybuchowymi i powoduje ukierunkowaną eksplozję. Fala uderzeniowa ściska tę kulkę, jej gęstość wzrasta. Masa dla tej nowej gęstości staje się większa niż masa krytyczna i rozpoczyna się reakcja. Ta metoda nazywa się implozja, użyto jej do aktywacji Fat Mana zrzuconego na Nagasaki, a także do Gadżetu, pierwszej bomby zdetonowanej na amerykańskiej pustyni. Film Oppenheimer pokazuje ten moment.

Sposób, w jaki bomba jest kierowana do celu, jest kwestią aerodynamiki i balistyki kosmicznej. Obecnie istnieją pociski balistyczne z głowicami nuklearnymi lub termojądrowymi, które są wystrzeliwane w powietrze jak rakiety kosmiczne, ale nie wchodzą na orbitę. Zamiast tego zaczynają opadać w kierunku celu po określonej, wcześniej obliczonej trajektorii.

4. Co dzieje się po wybuchu?

Po wybuchu bomby najpierw uwalnia się dużo promieniowania świetlnego, które spala wszystko w określonym promieniu. Błysk ten jest tak silny, że można go porównać do promieniowania gwiazdy w kosmosie. Dlatego wszystko, co znajduje się w epicentrum, natychmiast się wypala.

Potem nadchodzi fala uderzeniowa. Porusza się z prędkością większą niż prędkość dźwięku, ale poniżej prędkości światła, zmiatając wszystko na swojej drodze: niszcząc budynki, wyrywając drzewa, przewracając samochody.

Równolegle obszar ten jest skażony promieniowaniem. Ludzie chorują na chorobę popromienną, oni i ich potomkowie zwiększają rozwój chorób onkologicznych. Rośliny i zwierzęta mutują. Pola uprawne stają się bezużyteczne.

5. Czy prezydenci nuklearni naprawdę mają czerwony przycisk?

Nie wiem tego. Myślę, że jest to tytuł graficzny. Na przykład w samolocie są urządzenia, na których rejestrowane są parametry lotu i rozmowy pilotów. Nazywa się je czarnymi skrzynkami, chociaż w rzeczywistości są pomalowane na pomarańczowo. Tak samo jest tutaj – jest mało prawdopodobne, że „czerwony przycisk” opisuje fizyczną postać.

Ale fakt, że istnieje strategiczna broń nuklearna, która jest w pogotowiu i, relatywnie rzecz biorąc, gotowa do użycia w każdej chwili, jest prawdą. Można jej użyć, gdy istnieje bezpośrednie zagrożenie dla państwa – od ataku nuklearnego po atak obcych. W tym przypadku pierwsza osoba w państwie, prezydent, wydaje osobisty rozkaz jej uruchomienia.

Ponadto istnieją taktyczne bronie jądrowe, które nie są przygotowane do bezpośredniego użycia. Jest przechowywany w stanie „zamrożonym” w jednostkach wojskowych.

6. Czy broń jądrowa ma datę ważności?

Bomby jądrowe wykorzystują niestabilną substancję radioaktywną, która ulega naturalnemu procesowi rozpadu. Z tego powodu aktywne właściwości bomb atomowych z czasem stają się coraz mniejsze. Ale konto nie obejmuje lat, ale dziesiątki tysięcy lat.

Na przykład okres półtrwania plutonu-239 wynosi 24 000 lat, a uranu-235 700 000 000 lat. Co to znaczy? Oznacza to, że dopiero po tym czasie substancji czynnej w bombie będzie o połowę mniej. Oznacza to, że na horyzoncie setek lat bomba atomowa pozostaje niebezpieczna.

Jednak oprócz tego w bombie znajdują się dodatkowe elementy, z których każdy ma swoją własną datę ważności. Elementy te również stają się przestarzałe. Na przykład najczęstsze materiały wybuchowe mogą zawilgocić, elektronika może stać się bezużyteczna. Dlatego okres trwałości każdej konkretnej bomby zależy od jej konstrukcji.

7. Czy bomba atomowa może wybuchnąć sama?

Bardzo mało prawdopodobne. Eksplozja bomby atomowej lub termojądrowej to proces, w którym łatwo coś może pójść nie tak. Jeśli np. bomba przypadkowo wypadnie z samolotu na chodnik, wówczas coś w niej może się poruszyć, kliknąć, rozpocznie się proces rozpoczęcia eksplozji, ale najprawdopodobniej nie zostanie on w pełni zakończony i nie doprowadzi do powstania giganta uwolnienie energii. Będzie tylko mały "zilch".

Na przykład w 1966 roku, podczas zimnej wojny, siły powietrzne USA przeprowadziły operację Chrome Dome. Kilka bombowców z bombami atomowymi na pokładzie było stale w powietrzu i było gotowych w każdej chwili do uderzenia na ZSRR.

Podczas tej operacji doszło do kilku wypadków. Kiedyś z ich włazu wypadła bomba atomowa, a jej fragmenty spadły na hiszpańską wioskę Palomares. Wybuchł pożar, ale na szczęście nie doszło do wybuchu i nikt z mieszkańców nie został ranny. Również bomba wpadła do morza i została wyciągnięta przy udziale nurków. Każdy z tych przypadków, pomimo innych negatywnych konsekwencji, nie doprowadził do aktywacji bomby atomowej.

8. Czy broń jądrową można kupić?

Zdobycie lub wyprodukowanie broni jądrowej jest prawie niemożliwe - jest to trudne, kosztowne i nielegalne.

W 1968 r. większość ówczesnych państw podpisała Układ o nierozprzestrzenianiu broni jądrowej. Ogranicza produkcję i sprzedaż takiej broni. Jednak niektóre kraje są obecnie podejrzane o jej naruszenie. Pojawiły się na przykład doniesienia, że ​​Iran chce dołączyć do klubu mocarstw nuklearnych. Podobno na jego terytorium trwają prace nad bombą atomową.

Z całą pewnością można stwierdzić, że prywatne przedsiębiorstwa z trudem rozwijają broń jądrową. Najczęściej są to projekty narodowe dostępne tylko dla krajów o dużych gospodarkach. Rzeczywiście, aby stworzyć bombę atomową od podstaw, należy najpierw wzbogacić rudę, aby ze zwykłego uranu uzyskać pożądany izotop. Ponadto potrzebne są bardzo dokładne przyrządy do pomiaru obecności materiałów wybuchowych w broni.

Ponadto specjalna „radioaktywna policja” monitoruje obieg pierwiastków promieniotwórczych. W końcu promieniowanie zawsze pozostawia ślady. Dlatego trudno jest upewnić się, że duża ilość materiału radioaktywnego zostanie przetransportowana gdzieś niepostrzeżenie.

9. Czym różni się wybuch w elektrowni jądrowej od wybuchu bomby atomowej?

Kiedy wybucha bomba jądrowa, zachodzi reakcja łańcuchowa, w wyniku której uwalniana jest energia zmagazynowana w jądrze atomu. A w razie wypadku w elektrowni jądrowej w reaktorze jądrowym z substancją radioaktywną powstaje duże ciśnienie, co prowadzi do pęknięcia. Wyobraź sobie, że gotujesz skondensowane mleko: jeśli ugotujesz słoik, wybuchnie.

Tak, w obu przypadkach dochodzi do skażenia radioaktywnego terenu, ale może ono mieć różną skalę. Na przykład Hiroszima i Nagasaki zostały ponownie zaludnione zaledwie kilka lat po bombardowaniu. Ale wokół elektrowni jądrowej w Czarnobylu strefa wykluczenia jest nadal zachowana, chociaż wypadek miał miejsce dawno temu - w 1986 roku. Dlaczego?

Po pierwsze, faktem jest, że bomba atomowa w Japonii została zdetonowana na wysokości kilkuset metrów nad ziemią, więc promieniowanie „wietrzało” szybciej. Reaktor w Czarnobylu eksplodował na poziomie gruntu, czyniąc glebę radioaktywną przez wiele lat. Dopiero od niedawna zaczęto spotykać dzikie zwierzęta i rośliny bez śladów mutacji.

Po drugie, bomba „Kid” zawierała tylko około 65 kg uranu, podczas gdy „Fat Man” zawierała około 6 kg plutonu. Reaktor w Czarnobylu uwolnił 180 ton paliwa jądrowego. Oznacza to, że podczas wypadku do atmosfery uwolniono o rząd wielkości więcej szkodliwych substancji.

10. Ile bomb atomowych potrzeba do zniszczenia Ziemi? Co się stanie, jeśli wybuchnie wojna nuklearna?

Światowy arsenał nuklearny liczy obecnie około 13 000 głowic nuklearnych. Ta rezerwa nie wystarczy, aby np. wyprowadzić Ziemię z jej orbity i tym samym ewentualnie zniszczyć na niej życie.

Jeśli jednak wybuchnie wojna nuklearna, ucierpi większość światowej populacji. Jeśli weźmiemy pod uwagę, że co piąta osoba mieszka w ponad milionowym mieście, to strajki przeciwko nim doprowadzą do znacznego zmniejszenia populacji ludzkiej.

Wtedy pożary wybuchną na całej Ziemi, co wpłynie na klimat. Tak więc ci, którzy przeżyją, będą musieli stawić czoła ogromnej suszy, kwaśnym deszczom i głodowi.