10 hanebných otázok o jadrových zbraniach: odpovedá fyzik Dmitrij Pobedinsky
Rôzne / / July 17, 2023
Zhromaždili sme všetko, čo ste chceli vedieť, ale hanbili ste sa opýtať.
V novom séria článkov odborníci odpovedajú na otázky, ktoré je zvyčajne trápne klásť: zdá sa, že o tom už všetci vedia a pýtajúci sa bude vyzerať hlúpo.
Pred premiérou Oppenheimera sme sa rozprávali s fyzikom Dmitrijom Pobedinským o atómových bombách. Dúfame, že teraz bude film prehľadnejší.
Dmitrij Pobedinský
1. Ako sa líši atómová bomba od konvenčnej?
Bomba je v princípe projektil naplnený výbušninou, ktorý môže veľmi rýchlo vstúpiť do chemickej reakcie. Keď sa tak stane, dôjde k výbuchu – teda v krátkom čase sa uvoľní veľké množstvo energie.
Pred aktiváciou bomby je táto energia uložená v „spánkovom stave“. V bežných bombách je uložený vo forme väzieb medzi atómami molekúl. V jadrovej bombe - vo forme väzieb medzi časticami jadra, protónov a neutrónov. Spojenie medzi poslednými menovanými sú oveľa silnejšie, takže energie, ktorá sa uvoľní pri aktivácii bomby, bude viac - za rovnakých okolností - asi miliónkrát.
2. Aký je rozdiel medzi atómovými, jadrovými a termonukleárnymi bombami?
Pojmy atómová a jadrová bomba sú najčastejšie zameniteľné a v našom kontexte znamenajú to isté: na ich výbuch sa používa jadrová štiepna reakcia ťažké prvkyako je urán alebo plutónium.
Termonukleárne bomby využívajú iný princíp – termonukleárnu fúziu, pri ktorej sú takéto pľúca prvky ako vodík alebo lítium sa spájajú do ťažších, vďaka čomu je potrebná energia o výbuch.
Pokiaľ ide o uvoľňovanie energie, termonukleárne bomby, na rozdiel od jadrových bômb, môžu byť vyrobené veľmi veľké. Znásobiť silu jadrovej nálože je pomerne ťažké, ale zvýšiť výkon termonukleárnej bomby je pomerne jednoduché.
Ani termonukleárne bomby nemajú taký škodlivý faktor ako radiácia. Keď však vybuchne jadrová bomba, vytvorí sa veľa nestabilných prvkov a oblasť sa zamorí radiáciou.
Často však termonukleárna bomba obsahuje jadrovú bombu, čo vedie k radiačnému znečisteniu, aj keď menšiemu.
Zhrnúť:
- atómová bomba a jadrová bomba sú to isté
- atómové bomby využívajú reakcie ťažkých prvkov, termonukleárne bomby využívajú ľahké,
- je jednoduchšie zvýšiť silu termonukleárnych bômb ako atómových bômb,
- pri jadrovom a termonukleárnom výbuchu rovnakého výkonu bude v druhom prípade menšie radiačné znečistenie.
3. Ako sa aktivujú a vedú jadrové zbrane k cieľu?
V rádioaktívnej látke obsiahnutej vo vnútri atómovej bomby prebieha štiepna reakcia neustále v režime tlenia. Uvoľnená energia však v tomto prípade nestačí na to, aby došlo k veľkému výbuchu.
Je možné, aby proces prebiehal aktívnejšie. Na to musí byť štiepna reakcia reťazová a samoudržiavacia - to znamená, že prerušenie jednej väzby medzi časticami jadra vyvolá rozbitie ďalšej a tak ďalej v rastúcom poradí. Potom tento náraz podobný lavínovi v mikro zlomkoch sekundy povedie k uvoľneniu veľkého množstva energie, a teda k výbuchu.
Existuje niečo ako kritická hmotnosť - minimálna hmotnosť látky potrebná na spustenie štiepnej reťazovej reakcie. To znamená, že na to, aby bomba vybuchla, je potrebné prekročiť kritické množstvo. Toto sa vykonáva dvoma spôsobmi:
- Spojte dve rovnaké tyče s rovnakou hmotou vo vnútri a na chvíľu ich stlačte. To znamená, že ak je kritická hmotnosť 10 kg a každá tyč váži 6 kg, ich spojením dostaneme tyč s hmotnosťou 12 kg, ktorá prekročí kritickú hmotnosť a začne jadrová reťazová reakcia. Tak to urobili napríklad tvorcovia prvej bomby „Baby“, ktorá bola zhodená na Hirošimu.
- Guľa, ktorá má hmotnosť menšiu ako je kritická, je obklopená výbušninami a vytvára riadený výbuch. Rázová vlna túto guľu stlačí, jej hustota sa zvýši. Hmotnosť pre túto novú hustotu je vyššia ako kritická a reakcia sa spustí. Táto metóda sa nazýva implózia, bola použitá na aktiváciu Fat Mana zhodeného na Nagasaki, ako aj na Gadget, úplne prvú bombu odpálenú v púšti USA. Film Oppenheimer ukazuje tento moment.
To, ako je bomba nasmerovaná na cieľ, je vecou aerodynamiky a vesmírnej balistiky. Teraz existujú balistické rakety s jadrovými alebo termonukleárnymi hlavicami, ktoré sú vypustené do vzduchu ako vesmírne rakety, ale nedostanú sa na obežnú dráhu. Namiesto toho začnú padať k cieľu po určitej vopred vypočítanej trajektórii.
4. Čo sa stane po výbuchu?
Po výbuchu bomby sa najskôr uvoľní množstvo svetelného žiarenia, ktoré všetko v určitom okruhu spáli. Tento záblesk je taký silný, že ho možno prirovnať k žiareniu hviezdy vo vesmíre. Preto všetko, čo je v epicentre, okamžite zhorí.
Potom príde rázová vlna. Pohybuje sa rýchlosťou vyššou ako rýchlosť zvuku, no pod rýchlosťou svetla, zmetá všetko, čo jej stojí v ceste: ničí budovy, vyvracia stromy, prevracia autá.
Paralelne s tým je oblasť kontaminovaná žiarením. Ľudia ochorejú na choroby z ožiarenia, oni aj ich potomkovia zvyšujú nárast onkologických ochorení. Rastliny a zvieratá mutujú. Poľnohospodárske polia sa stávajú nepoužiteľnými.
5. Majú jaderní prezidenti naozaj červené tlačidlo?
Neviem to. Myslím, že je to obrazný názov. V lietadle sú napríklad zariadenia, na ktorých sa zaznamenávajú parametre letu a rozhovory pilotov. Nazývajú sa čierne skrinky, hoci sú v skutočnosti namaľované oranžovou farbou. To isté platí aj tu – je nepravdepodobné, že by „červené tlačidlo“ popisovalo fyzické stelesnenie.
Ale skutočnosť, že existujú strategické jadrové zbrane, ktoré sú v pohotovosti a relatívne povedané, kedykoľvek pripravené na použitie, je pravda. Dá sa použiť pri priamom ohrození štátu – od jadrového úderu až po mimozemský útok napr. V tomto prípade dáva prvý človek štátu, prezident, osobný príkaz na jeho spustenie.
Okrem toho existujú taktické jadrové zbrane, ktoré nie sú pripravené na priame použitie. Vo vojenských jednotkách je uložený v „zakonzervovanom“ stave.
6. Majú jadrové zbrane dátum spotreby?
Jadrové bomby využívajú nestabilnú rádioaktívnu látku, ktorá prechádza prirodzeným procesom rozpadu. Z tohto dôvodu sa aktívne vlastnosti jadrových bômb časom zmenšujú. Ale účet trvá nie roky, ale desiatky tisíc rokov.
Napríklad polčas rozpadu plutónia-239 je 24 000 rokov a uránu-235 je 700 000 000 rokov. Čo to znamená? To znamená, že až po tomto čase bude účinná látka v bombe polovičná. To znamená, že v horizonte stoviek rokov zostáva jadrová bomba nebezpečná.
Okrem toho sú však v bombe ďalšie prvky, z ktorých každý má svoj vlastný dátum spotreby. Aj tieto prvky sa stávajú zastaranými. Napríklad najbežnejšie výbušniny môžu zvlhnúť, elektronika sa môže stať nepoužiteľnou. Preto trvanlivosť každej konkrétnej bomby závisí od jej konštrukcie.
7. Môže atómová bomba vybuchnúť sama od seba?
Mimoriadne nepravdepodobné. Výbuch jadrovej alebo termonukleárnej bomby je proces, pri ktorom sa môže ľahko niečo pokaziť. Ak napríklad bomba náhodou vypadne z lietadla na chodník, niečo v nej sa môže pohnúť, kliknúť, proces spustenia výbuchu sa začne, ale s najväčšou pravdepodobnosťou nebude úplne dokončený a nepovedie k obrovi uvoľnenie energie. Bude tam len malý „zilch“.
Napríklad v roku 1966, počas studenej vojny, americké letectvo vykonalo operáciu Chrome Dome. Niekoľko bombardérov s atómovými bombami na palube bolo neustále vo vzduchu a boli kedykoľvek pripravené zaútočiť na ZSSR.
Počas tejto operácie došlo k niekoľkým nehodám. Raz im z poklopu vypadla atómová bomba a jej úlomky dopadli na španielsku dedinu Palomares. Došlo k požiaru, ale našťastie nedošlo k výbuchu a nikto z obyvateľov nebol zranený. Bomba tiež spadla do mora a bola vytiahnutá za účasti potápačov. Každý z týchto prípadov, napriek iným negatívnym dôsledkom, neviedol k aktivácii jadrovej bomby.
8. Dajú sa kúpiť jadrové zbrane?
Je takmer nemožné získať alebo vyrobiť jadrové zbrane – je to ťažké, drahé a nezákonné.
V roku 1968 väčšina krajín, ktoré v tom čase existovali, podpísala Zmluvu o nešírení jadrových zbraní. Obmedzuje výrobu a predaj takýchto zbraní. Niektoré krajiny sú však teraz podozrivé z jej porušovania. Objavili sa napríklad správy, že Irán chce vstúpiť do klubu jadrových veľmocí. Na jeho území vraj prebieha vývoj atómovej bomby.
S istotou možno povedať, že súkromné podniky len ťažko dokážu vyvinúť jadrové zbrane. Najčastejšie ide o národné projekty dostupné len krajinám s veľkými ekonomikami. Ak chcete vytvoriť atómovú bombu od nuly, musíte najprv obohatiť rudu tak, aby sa požadovaný izotop získal z obyčajného uránu. Okrem toho sú potrebné veľmi presné prístroje na meranie prítomnosti výbušnín v zbraniach.
Okrem toho špeciálna „rádioaktívna polícia“ monitoruje cirkuláciu rádioaktívnych prvkov. Koniec koncov, žiarenie vždy zanecháva stopy. Preto je sotva možné zabezpečiť, aby sa veľké množstvo rádioaktívneho materiálu niekam dopravilo nebadane.
9. Ako sa líši výbuch v jadrovej elektrárni od výbuchu atómovej bomby?
Keď vybuchne jadrová bomba, dôjde k reťazovej reakcii a energia uložená v jadre atómu sa uvoľní. A v prípade havárie v jadrovej elektrárni vzniká vo vnútri jadrového reaktora s rádioaktívnou látkou veľký tlak, ktorý vedie k prasknutiu. Predstavte si, že varíte kondenzované mlieko: ak uvaríte pohár, vybuchne.
Áno, v oboch prípadoch dochádza k rádioaktívnej kontaminácii územia, ale môže sa líšiť v rozsahu. Napríklad Hirošima a Nagasaki boli znovu osídlené len niekoľko rokov po bombardovaní. Ale okolo jadrovej elektrárne v Černobyle je zóna vylúčenia stále zachovaná, hoci k nehode došlo už dávno - v roku 1986. prečo?
Po prvé, faktom je, že atómová bomba v Japonsku bola odpálená vo výške niekoľko stoviek metrov nad zemou, takže žiarenie rýchlejšie „zvetralo“. Reaktor v Černobyle explodoval na úrovni zeme, čo spôsobilo, že pôda bola rádioaktívna na mnoho rokov. Len nedávno sa začali stretávať s divokými zvieratami a rastlinami bez známok mutácií.
Po druhé, bomba „Kid“ obsahovala len asi 65 kg uránu, zatiaľ čo „Tlustý muž“ obsahoval asi 6 kg plutónia. Z černobyľského reaktora sa uvoľnilo 180 ton jadrového paliva. To znamená, že pri havárii sa do ovzdušia dostalo rádovo viac škodlivých látok.
10. Koľko atómových bômb je potrebných na zničenie Zeme? Čo sa stane, ak vypukne jadrová vojna?
Svetový jadrový arzenál má teraz približne 13 000 jadrových hlavíc. Táto rezerva nepostačuje na to, aby napríklad Zem posunula z jej obežnej dráhy a tým prípadne zničila život na nej.
Ak však vypukne jadrová vojna, väčšina svetovej populácie bude trpieť. Ak vezmeme do úvahy, že každý piaty človek žije vo viac ako miliónovom meste, tak štrajky proti nim povedú k výraznému zníženiu ľudskej populácie.
Potom na celej Zemi vypuknú požiare, ktoré ovplyvnia klímu. Takže tí, ktorí prežili, budú čeliť obrovskému suchu, kyslým dažďom a hladomoru.