뉴 멕시코의 미 공군 기지에서 1945 년 7 월 16 일 인류의 모든 후속 역사가 바뀐 사건이 발생했습니다. 현지 시간으로 5 시간 30 분에 TNT에서 20 킬로톤의 용량을 가진 세계 최초의 핵폭탄 가제트가 폭발했습니다. 목격자들의 말에 따르면 폭발의 밝기는 정오에 햇빛을 크게 상회했으며 구름 모양의 버섯 모양이 불과 5 분 만에 11 킬로미터에 달했다. 이러한 성공적인 시도는 인류의 새로운 시대, 즉 핵의 시작이었습니다. 단 몇 달 만에 히로시마와 나가사키 사람들은 창조 된 무기의 힘과 분노를 완전히 경험할 것입니다.
미국인들은 오랫동안 핵무기에 대한 독점권을 갖고 있지 않았고, 향후 40 년은 냉전이라는 역사 책에 포함 된 미국과 소련 사이의 강력한 대결의시기가되었습니다. 오늘날 핵무기는 모두가 반드시 알아야 할 가장 중요한 전략적 요소입니다. 오늘날 엘리트 핵 클럽은 실제로 8 개 주를 포함하고 있으며, 더 많은 국가들이 핵무기 제조에 진지하게 참여하고 있습니다. 대부분의 혐의는 미국과 러시아의 무기고에있다.
핵폭발이란 무엇인가? 그들이 좋아하는 것은 무엇이고 핵 폭발의 물리학은 무엇인가? 현대 핵무기는 70 년 전에 일본 도시에 떨어 뜨린 혐의와 다른가요? 무엇보다 중요한 것은 핵 폭발의 주된 요소는 무엇이며 그 영향을 막는 것이 가능한가? 이 모든 것은이 자료에서 논의 될 것입니다.
이 문제의 역사에서
20 세기의 19 세기와 1 분기의 끝은 전례없는 돌파구와 놀랄만한 성취의 시대가되었습니다. 1930 년대 중반까지 과학자들은 핵 전하를 만들 수있는 거의 모든 이론적 발견을했습니다. 1930 년대 초, 원자핵이 처음으로 나뉘었고, 1934 년 헝가리의 물리학 자 실라드 (Silard)는 원자로 설계에 대한 특허를 취득했습니다.
1938 년에 프리츠 스트라 스만 (Fritz Strassmann), 오토 한 (Otto Hahn), 리사 메이 틀너 (Lisa Meitner) 등 세 명의 독일 과학자가 중성자 폭격시 우라늄 분열 과정을 발견했습니다. 이것은 히로시마로가는 도중에 마지막으로 멈췄다. 곧 프랑스의 물리학 자 프레드릭 졸리 오 - 퀴리 (Frederic Joliot-Curie)는 우라늄 폭탄 설계에 관한 특허를 받았다. 1941 년 페르미는 핵 연쇄 반응 이론을 완성했다.
이때 세계는 새로운 세계 전쟁으로 굴러 들어갔습니다. 전례없는 분쇄 무기를 만드는 것을 목표로 한 과학자들의 연구는 눈에 띄지 않았습니다. 그러한 연구에 대한 큰 관심은 히틀러의 독일 지도력을 보여주었습니다. 우수한 과학 학교를 소유하고있는이 나라는 핵무기를 처음 만들 수 있습니다. 이 전망은 주요 과학자들에게 큰 장애가되었으며, 그 중 대부분은 극도로 반독점이었다. 1939 년 8 월, 알렉스 아인슈타인 (Albert Einstein)은 그의 친구 인 실라 드 (Sylard)의 요청으로 미국 대통령에게 편지를 써서 히틀러에서 핵폭탄의 위험을 알렸다. 이 서신의 결과는 우라늄위원회 (Uranium Committee)와 맨하탄 프로젝트 (Manhattan Project)로 나뉘어 미국의 핵무기 개발을 이끌었다. 1945 년 미국은 이미 플루토늄 "작은 물건"(가제트)과 "뚱뚱한 남자"(지방 소년) 그리고 우라늄 "어린 소년"(어린 소년) 등 3 개의 폭탄을 이미 보유하고있다. 미국 NW의 "부모"는 과학자 Fermi와 Oppenheimer입니다.
뉴 멕시코에있는 사이트에서 1945 년 7 월 16 일, "작은 것들"을 훼손하고 8 월에는 "키드"와 "팻 맨"이 일본 도시에 떨어졌습니다. 폭격의 결과는 군대의 모든 기대치를 초과했다.
1949 년에 소련에 핵무기가 등장했습니다. 1952 년에 미국인들은 먼저 핵융합에 근거한 붕괴가 아닌 최초의 장치를 시험했다. 곧 소련에서 열 핵폭탄이 만들어졌습니다.
1954 년에 미국인들은 15 메가톤 트리 니트로 톨루엔 장치를 날려 버렸다. 그러나 몇 년 후 역사상 가장 강력한 핵폭발이 일어났습니다. 50 메가톤 짜르 봄바 (Tsar-Bomba)가 노바 야 젬 랴 (Novaya Zemlya)에서 날아갔습니다.
다행히도 소련과 미국에서 그들은 대규모 핵전쟁이 가져올 수있는 것을 빨리 이해했습니다. 따라서 1967 년에 초강대국은 NPT 비확산 조약에 서명했습니다. 나중에 SALT-I 및 SALT-II, START-I 및 START-II 등이 분야와 관련된 다수의 협약이 개발되었습니다.
소련의 핵 폭발은 Novaya Zemlya와 카자흐스탄에서 수행되었으며, 미국인들은 네바다 주 시험장에서 핵무기를 시험했다. 1996 년에 우리는 핵무기 실험을 금지하는 합의를 수락했다.
원자 폭탄은 어때?
핵폭발은 핵분열이나 합성 반응의 결과로 생성되는 엄청난 양의 에너지를 방출하는 혼란스러운 과정입니다. 유사하고 비교 가능한 힘 과정은 별들의 깊이에서 일어난다.
중성자가 흡수되면 어떤 물질의 원자핵이 나뉘지만, 주기율표의 대부분 원소는 상당한 에너지를 소비해야합니다. 그러나 중성자의 영향으로 그러한 반응을 일으킬 수있는 원소가있다. 그들은 핵분열이라고합니다.
우라늄 235 또는 플루토늄 239 동위 원소는 핵무기 제조에 사용됩니다. 첫 번째 요소는 지구의 지각에서 발견되며, 천연 우라늄 (농축)으로부터 격리 될 수 있으며 핵 등급 플루토늄은 원자로에서 인위적으로 얻어진다. 이론적으로는 핵무기에 사용될 수있는 핵분열 성 요소가 많이 있지만 그 영수증에는 큰 어려움과 비용이 관련되어 있으므로 거의 사용되지 않습니다.
핵반응의 주요 특징은 사슬, 즉 자립적 성격이다. 원자가 중성자로 조사되면, 두 개의 2 차 중성자뿐만 아니라 많은 양의 에너지가 방출되어 두 개의 파편으로 분열되며, 그 결과 두 개의 이차 중성자가 인접 핵의 분열을 일으킬 수 있습니다. 따라서 프로세스가 계단식이됩니다. 짧은 시간에 핵 사슬 반응의 결과로, 고온 플라즈마의 형태로 붕괴하는 핵과 원자의 엄청난 양의 "단편": 전자기 복사의 중성자, 전자 및 양자는 매우 제한된 양으로 형성됩니다. 이 덩어리는 빠르게 팽창하여 엄청난 파괴력을 가진 충격파를 형성합니다.
압도적 인 다수의 현대 핵무기는 사슬 부식 반응을 토대로 작동하지 않지만 고온 및 고압에서 시작되는 경 원소의 핵이 융합되어 작동합니다. 이 경우 우라늄이나 플루토늄과 같은 핵이 붕괴 될 때보 다 훨씬 많은 양의 에너지가 방출되지만 원칙적으로 그 결과는 변하지 않는다. 고온 플라즈마 영역이 형성된다. 이러한 변형을 열 핵융합 반응이라고하며, 이들이 사용되는 혐의는 열핵이다.
이와는 별도로 핵분열 (또는 합성)의 대부분의 에너지가 손상 요인 중 하나를 향하게되는 특별한 형태의 핵무기에 관해서는 언급되어야한다. 여기에는 하드 방사선의 흐름을 생성하는 중성자 탄약과이 지역의 최대 방사선 오염을주는 소위 코발트 폭탄이 포함됩니다.
핵폭발이란 무엇인가?
핵폭발에는 두 가지 주요 분류가 있습니다.
- 전원;
- 폭발 당시의 위치 (충전 지점) 별.
권력은 핵폭발의 특징입니다. 그것은 방사선에 의해 오염 된 지역의 크기뿐만 아니라 완전한 파괴 구역의 반경에 달려있다.
이 매개 변수를 추정하기 위해 TNT가 사용됩니다. 비슷한 에너지를 얻기 위해 얼마나 많은 트리 니트로 톨루엔을 날려야하는지 보여줍니다. 이 분류에 따르면 다음과 같은 유형의 핵폭발이 있습니다.
- 초소형;
- 작은;
- 매체;
- 큰;
- 초대형.
초저 (최대 1kT) 폭발시 직경이 200 미터 이하이고 고도가 3.5 킬로미터 인 버섯 구름 형태의 불 덩어리가 형성됩니다. 초대형은 1mT 이상의 출력을 가지며, 불 덩어리는 2km를 초과하고, 구름의 높이는 8.5km입니다.
똑같이 중요한 특징은 폭발 전 핵 충전소의 위치와 그것이 발생하는 환경입니다. 이를 토대로 다음과 같은 유형의 핵폭발이 구별됩니다.
- 대기. 그 중심은 수 미터에서 수십, 심지어는 수 백 킬로미터 높이에있을 수 있습니다. 후자의 경우 높은 고도 (15 ~ 100km) 범주에 속합니다. 공중 핵 폭발은 구형의 플래시 모양을 가지고 있습니다.
- 우주. 이 범주에 속하려면 높이가 100km 이상이어야합니다.
- 그라운드. 이 그룹에는 지구 표면의 폭발뿐만 아니라 그 위에 몇 미터 높이의 폭발도 포함됩니다. 그들은 토양의 방출과 함께, 그리고 그것없이.
- 지하. 대기, 지구, 물, 우주에서 핵무기 테스트 금지 조약 (1963)에 서명 한 이후,이 유형은 핵무기를 시험 할 수있는 유일한 방법이었다. 그것은 수십에서 수 백 미터의 다른 깊이로 수행됩니다. 지구의 두께의 밑에, 구멍 또는 붕괴 기둥이 형성된다, 충격파의 힘은 (깊이에 따라서) 두드러지게 약해진다;
- 표면 높이에 따라 비접촉식으로 접촉 할 수 있습니다. 후자의 경우, 수중 충격파의 형성;
- 수중. 그것의 깊이는 수십에서 수 백 미터까지 다양합니다. 이를 바탕으로 "술탄 (Sultan)"의 존재 유무, 방사성 오염의 성질 등 자체의 특성을 가지고있다.
핵폭발에서 어떻게 될까요?
반응이 시작된 후, 상당한 양의 열과 복사 에너지가 짧은 시간 내에 매우 제한된 양으로 방출됩니다. 결과적으로 온도와 압력은 핵 폭발의 중심에서 엄청난 가치로 증가합니다. 멀리서 보면이 위상은 매우 밝은 빛의 점으로 인식됩니다. 이 단계에서 대부분의 에너지는 주로 X 선 부분의 전자기 복사로 변환됩니다. 이를 기본이라고합니다.
주변 공기는 초음속으로 폭발 지점에서 가열 및 배출됩니다. 구름이 형성되고 충격파가 형성되어 그로부터 분리됩니다. 이것은 반응 시작 후 약 0.1 msec에 발생합니다. 그것이 냉각되면서, 구름은 자라서 감염된 토양 입자와 공기를 따라 끌려 올라 가기 시작합니다. 핵폭발로 인한 깔때기 형성의 진원지.
이 때 일어나는 핵 반응은 감마선과 중성자부터 고 에너지 전자와 원자핵에 이르기까지 여러 가지 다른 방사선의 근원이됩니다. 이것은 핵무기의 주된 피해 요소 중 하나 인 핵폭발의 침투하는 방사능이 어떻게 발생 하는지를 보여줍니다. 또한,이 복사는 주변 물질의 원자에 영향을 미치고, 주변의 물질을 감염시키는 방사성 동위 원소로 바뀝니다.
감마 방사선은 환경의 원자를 이온화하여 전자기 펄스 (EMP)를 생성하여 근처의 모든 전자 장치를 사용할 수 없게합니다. 고지대 대기 폭발의 전자기 펄스는 지상 또는 저고도보다 훨씬 더 넓은 지역으로 퍼집니다.
위험한 원자 무기는 무엇이며 어떻게 방어해야합니까?
핵폭발의 주된 주요 요인 :
- 발광;
- 충격파;
- 관통하는 방사선;
- 지역의 오염;
- 전자기 펄스.
우리가 지상 폭발에 관해 이야기하면 에너지의 절반 (50 %)이 충격파와 깔때기의 형성으로 이어진다. 약 30 %는 핵폭발의 방사능, 5 %는 전자파 펄스와 관통 방사능, 15 %는 땅의 오염 때문이다.
핵폭발의 빛 방사능은 핵무기의 주요 피해 요소 중 하나이다. 그것은 스펙트럼의 자외선, 적외선 및 가시적 인 부분으로부터의 복사를 포함하는 복사 에너지의 가장 강력한 플럭스를 나타냅니다. 그것의 근원은 존재 (불 덩어리)의 초기 단계에서 폭발의 구름이다. 이때, 온도는 6 내지 8000 ℃이다.
광선 방사는 거의 즉시 전파되며이 요소의 지속 시간은 초 단위로 계산됩니다 (최대 20 초). 그러나, 짧은 기간에도 불구하고, 빛의 복사는 매우 위험합니다. 진원지에서 가까운 거리에서 모든 가연성 물질을 태우며 먼 거리에서 대규모 화재 및 화재가 발생합니다. 폭발로부터 상당한 거리를 두어도 시력의 장기가 손상되고 피부 화상을 입을 수 있습니다.
방사선이 직선으로 전파되기 때문에 불투명 한 장벽이 방어벽이 될 수 있습니다. 이 손상 요인은 연기, 안개 또는 먼지가있는 경우 크게 약화됩니다.
핵폭탄의 충격파는 핵무기의 가장 위험한 요소입니다. 사람들에게 미치는 가장 큰 피해는 물체에 대한 파괴와 손상뿐만 아니라 충격 때문에 발생합니다. 충격파는 진원지에서 모든 방향으로 움직이는 매체 (물, 토양 또는 공기)의 날카로운 압축 영역입니다. 대기 폭발에 관해 이야기하면 충격파의 속도는 350 m / s입니다. 거리가 멀어지면 속도가 급격히 떨어집니다.
이 손상 요인은 과도한 압력과 속도로 인한 직접 효과뿐만 아니라 사람이 운반하는 다양한 파편으로 고통받을 수 있습니다. 파도의 진원지에 가까워지면 지하 시설과 통신을 중단시킬 수있는 심각한 지진파 진동이 발생합니다.
건물이나 특별한 피난처조차도 진원지 부근의 충격파로부터 보호 할 수는 없다는 것을 이해해야합니다. 그러나 그것들은 상당한 거리에서 상당히 효과적입니다. 이 요소의 파괴적인 힘은 지형의 주름을 크게 줄입니다.
침투하는 방사선. 이 피해 요소는 폭발의 진원지에서 방출되는 중성자와 감마선으로 구성된 경수선의 흐름입니다. 빛의 효과와 마찬가지로 그 효과는 대기에 강하게 흡수되기 때문에 지속 시간이 짧습니다. 침투하는 방사선은 핵폭발 후 10-15 초 동안 위험합니다. 같은 이유로, 진원지에서 2-3km 떨어진 비교적 짧은 거리에있는 사람에게만 영향을 줄 수 있습니다. 그것으로부터 제거되면 방사선 피폭 수준이 급격히 감소합니다.
우리 몸의 조직을 통과하면서, 입자의 흐름은 분자를 이온화 시키며, 생물학적 과정의 정상적인 흐름을 방해하여 신체의 가장 중요한 시스템의 실패를 가져옵니다. 심한 병변에서 방사선 병이 발생합니다. 이 요소는 일부 재료에 치명적인 영향을 미치고 전자 및 광학 장치를 파괴합니다.
침투하는 방사선으로부터 보호하기 위해 흡수 물질이 사용됩니다. 감마 방사선의 경우, 이들은 상당한 원자 질량을 갖는 무거운 원소입니다 (예 : 납 또는 철). 그러나 이들 물질은 중성자를 잘 포착하지 못하고, 또한 이들 입자는 금속에서 유도 된 방사능을 일으킨다. 중성자는 리튬 또는 수소와 같은 가벼운 원소에 잘 흡수됩니다. 물체 나 군사 장비의 복잡한 보호를 위해 다층 재료가 사용됩니다. 예를 들어, 광산의 머리는 철근 콘크리트 및 리튬 탱크가있는 MBR을 설치합니다. 반핵 시설을 건설 할 때 붕소는 종종 건축 자재에 첨가됩니다.
전자기 펄스. 인간 또는 동물의 건강에는 영향을주지 않지만 전자 장치는 사용할 수없는 현저한 요소입니다.
강력한 전자기장은 환경에있는 단단한 원자에 노출 된 결과로 핵폭발이 발생한 후에 발생합니다. 그 효과는 짧지 만 (수 밀리 초), 장비와 전원 선을 손상시키는 데에도 충분합니다. 공기의 강력한 이온화는 무선 통신과 레이더 방송국의 정상적인 작동을 방해하기 때문에 핵무기의 폭파는 미사일 공격 경보 시스템을 눈 감아주기 위해 사용됩니다.
EMR로부터 보호하는 효과적인 방법은 전자 장비의 차폐입니다. 그것은 수십 년 동안 실제로 사용되어 왔습니다.
방사선 오염. 이 손상 요인의 근원은 핵 반응의 생성물, 사용되지 않은 충전 부분 및 유도 된 방사선입니다. 핵폭발로 인한 감염은 특히 많은 동위 원소의 반감기가 매우 길기 때문에 인체 건강에 심각한 위험을 초래합니다.
공기, 지형 및 물체의 감염은 방사성 물질의 침전으로 발생합니다. 그것들은 도중에 퇴적되어 방사능 궤적을 형성합니다. 또한 진원지와의 거리가 멀어짐에 따라 위험이 감소합니다. 그리고 물론, 폭발의 영역 자체가 감염의 영역이됩니다. 대부분의 유해 물질은 폭발 후 12-24 시간 동안 강수량으로 떨어집니다.
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.
