10 häpeällistä kysymystä ydinaseista: fyysikko Dmitri Pobedinsky vastaa

Uudessa artikkelisarja asiantuntijat vastaavat kysymyksiin, joita on yleensä noloa kysyä: näyttää siltä, ​​​​että kaikki jo tietävät sen, ja kysyjä näyttää tyhmältä.

Ennen Oppenheimerin ensi-iltaa keskustelimme fyysikon Dmitri Pobedinskyn kanssa atomipommeista. Toivomme, että elokuva on nyt selkeämpi.

1. Miten atomipommi eroaa perinteisestä?

Pommi on periaatteessa räjähteellä täytetty ammus, joka voi päästä kemialliseen reaktioon hyvin nopeasti. Kun näin tapahtuu, tapahtuu räjähdys - eli suuri määrä energiaa vapautuu lyhyessä ajassa.

Ennen pommin aktivointia tämä energia varastoidaan ikään kuin "nukkuvaan tilaan". Tavallisissa pommeissa se varastoidaan molekyylien atomien välisten sidosten muodossa. Ydinpommissa - linkkien muodossa ytimen hiukkasten, protonien ja neutronien välillä. Jälkimmäisten väliset yhteydet ovat paljon vahvemmat, joten pommin aktivoituessa vapautuva energia on enemmän - ceteris paribus - noin miljoona kertaa.

2. Mitä eroa on atomi-, ydin- ja lämpöydinpommeilla?

Atomi- ja ydinpommin käsitteet ovat useimmiten keskenään vaihdettavissa ja tarkoittavat meidän kontekstissamme samaa: niiden räjähtämiseen käytetään ydinfissioreaktiota. raskaita elementtejäkuten uraani tai plutonium.

Termoydinpommeissa käytetään erilaista periaatetta - lämpöydinfuusiota, jossa tällaiset keuhkot alkuaineet, kuten vety tai litium, sulautuvat raskaampiin aineisiin, minkä ansiosta tarvitaan energiaa räjähdys.

Energian vapautumisen kannalta lämpöydinpommeista, toisin kuin ydinpommeista, voidaan valmistaa erittäin suuria. Ydinpanoksen tehoa on melko vaikeaa moninkertaistaa, mutta lämpöydinpommin tehoa on suhteellisen helppo lisätä.

Edes lämpöydinpommeilla ei ole niin haitallista tekijää kuin säteily. Mutta kun ydinpommi räjähtää, muodostuu monia epävakaita elementtejä ja alueella tapahtuu säteilysaastumista.

Usein lämpöydinpommi sisältää kuitenkin ydinpommin, mikä aiheuttaa säteilysaastetta, joskin vähemmän.

Yhteenvetona:

• atomipommi ja ydinpommi ovat sama asia
• atomipommit käyttävät raskaiden alkuaineiden reaktioita, lämpöydinpommit käyttävät kevyitä,
• lämpöydinpommien tehoa on helpompi lisätä kuin atomipommien,
• samantehoisella ydin- ja lämpöydinräjähdyksellä toisessa tapauksessa säteilysaaste on vähemmän.

3. Miten ydinaseet aktivoidaan ja ohjataan kohti kohdetta?

Atomipommin sisältämässä radioaktiivisessa aineessa fissioreaktio jatkuu jatkuvasti kytevänä. Tässä tapauksessa vapautuva energia ei kuitenkaan riitä suuren räjähdyksen syntymiseen.

On mahdollista saada prosessi etenemään aktiivisemmin. Tätä varten fissioreaktion on oltava ketjullinen ja itseään ylläpitävä - eli niin, että yhden sidoksen katkeaminen ytimen hiukkasten välillä saa aikaan toisen katkeamisen ja niin edelleen kasvavassa järjestyksessä. Sitten tämä lumivyöryn kaltainen isku sekunnin mikro-osissa johtaa suuren energiamäärän vapautumiseen ja vastaavasti räjähdykseen.

On olemassa sellainen asia kuin kriittinen massa - aineen vähimmäismassa, joka tarvitaan fissioketjureaktion käynnistämiseen. Toisin sanoen, jotta pommi räjähtäisi, on välttämätöntä ylittää kriittinen massa. Tämä tehdään kahdella tavalla:

1. Yhdistä kaksi identtistä tankoa, joiden sisällä on sama aine, ja purista niitä jonkin aikaa. Eli jos kriittinen massa on 10 kg ja jokainen tanko painaa 6 kg, niin yhdistämällä ne saamme 12 kg painavan tangon, joka ylittää kriittisen massan, ja ydinketjureaktio alkaa. Niin tekivät esimerkiksi ensimmäisen pommin "Baby" luojat, joka pudotettiin Hiroshimaan.
2. Pallo, jonka massa on pienempi kuin kriittinen pallo, ympäröi räjähteitä ja saa aikaan suunnatun räjähdyksen. Iskuaalto puristaa tätä palloa, sen tiheys kasvaa. Tämän uuden tiheyden massa kasvaa kriittistä suuremmiksi ja reaktio alkaa. Tätä menetelmää kutsutaan implosioksi, sillä sitä käytettiin Nagasakiin pudonneen Fat Manin aktivoimiseen sekä Gadgetiin, joka on ensimmäinen Yhdysvaltain autiomaassa räjäytetty pommi. Elokuva Oppenheimer näyttää tämän hetken.

Se, miten pommi suunnataan kohteeseen, on aerodynamiikasta ja avaruusballistiikasta. Nyt on olemassa ballistisia ohjuksia, joissa on ydin- tai lämpöydinkärkiä, jotka laukaistaan ​​ilmaan kuin avaruusraketit, mutta ne eivät mene kiertoradalle. Sen sijaan ne alkavat pudota kohti kohdetta tiettyä, ennalta laskettua lentorataa pitkin.

4. Mitä tapahtuu räjähdyksen jälkeen?

Pommin räjähdyksen jälkeen vapautuu ensin paljon valosäteilyä, joka polttaa kaiken tietyllä säteellä. Tämä salama on niin voimakas, että sitä voidaan verrata avaruudessa olevan tähden säteilyyn. Siksi kaikki, mikä on episentrumissa, palaa välittömästi.

Sitten tulee shokkiaalto. Se liikkuu nopeudella, joka on suurempi kuin äänen nopeus, mutta alle valon nopeuden, pyyhkäisemällä pois kaiken tieltään: tuhoaa rakennuksia, kaataa puita, kaataa autoja.

Samanaikaisesti alue on säteilyn saastuttama. Ihmiset sairastuvat säteilytautiin, he ja heidän jälkeläisensä lisäävät onkologisten sairauksien kasvua. Kasvit ja eläimet mutatoituvat. Maatalouspellot muuttuvat käyttökelvottomiksi.

5. Onko ydinpresidenteillä todella punainen painike?

En tiedä sitä. Minusta se on kuvaannollinen otsikko. Esimerkiksi lentokoneessa on laitteita, joihin tallennetaan lentoparametrit ja lentäjien keskustelut. Niitä kutsutaan mustiksi laatikoiksi, vaikka ne onkin maalattu oranssiksi. Sama pätee tässä - on epätodennäköistä, että "punainen painike" kuvaa fyysistä suoritusmuotoa.

Mutta se tosiasia, että on olemassa strategisia ydinaseita, jotka ovat valmiustilassa ja suhteellisesti ottaen käyttövalmiita milloin tahansa, on totta. Sitä voidaan käyttää, kun valtiolle on suora uhka - esimerkiksi ydiniskusta muukalaisten hyökkäykseen. Tässä tapauksessa valtion ensimmäinen henkilö, presidentti, antaa henkilökohtaisen käskyn käynnistää se.

Lisäksi on taktisia ydinaseita, joita ei ole valmistettu suoraan käyttöön. Sitä säilytetään sotilasyksiköissä "koiruohoisessa" tilassa.

6. Onko ydinaseilla viimeinen käyttöpäivä?

Ydinpommeissa käytetään epästabiilia radioaktiivista ainetta, joka käy läpi luonnollisen hajoamisprosessin. Tämän vuoksi ydinpommien aktiiviset ominaisuudet pienenevät ajan myötä. Mutta tili ei kestä vuosia, vaan kymmeniä tuhansia vuosia.

Esimerkiksi plutonium-239:n puoliintumisaika on 24 000 vuotta ja uraani-235:n puoliintumisaika on 700 000 000 vuotta. Mitä se tarkoittaa? Tämä tarkoittaa, että vasta tämän ajan kuluttua pommin vaikuttava aine muuttuu puoleen. Eli satojen vuosien horisontissa ydinpommi on edelleen vaarallinen.

Tämän lisäksi pommissa on kuitenkin lisäelementtejä, joilla jokaisella on oma viimeinen käyttöpäivä. Nämä elementit ovat myös vanhentuneita. Esimerkiksi yleisimmät räjähteet voivat kostua, elektroniikka voi muuttua käyttökelvottomaksi. Siksi kunkin pommin säilyvyys riippuu sen suunnittelusta.

7. Voiko atomipommi räjähtää itsestään?

Erittäin epätodennäköistä. Ydin- tai lämpöydinpommin räjähdys on prosessi, jossa jokin voi helposti mennä pieleen. Jos esimerkiksi pommi putoaa vahingossa lentokoneesta jalkakäytävälle, jokin siinä voi liikkua, naksahtaa, räjähdyksen käynnistysprosessi alkaa, mutta todennäköisesti se ei ole täysin valmis eikä johda jättiläiseen energian vapautuminen. Tulee vain pieni "zilch".

Esimerkiksi vuonna 1966, kylmän sodan aikana, Yhdysvaltain ilmavoimat suorittivat operaation Chrome Dome. Useat pommittajat, joissa oli atomipommeja, olivat jatkuvasti ilmassa ja olivat valmiina milloin tahansa iskemään Neuvostoliittoon.

Tämän operaation aikana tapahtui useita onnettomuuksia. Kerran heidän luukkunsa putosi atomipommi, ja sen palaset putosivat espanjalaiseen Palomaresin kylään. Palo syttyi, mutta onneksi räjähdystä ei tapahtunut, eikä kukaan asukkaista loukkaantunut. Lisäksi pommi putosi mereen, ja se vedettiin ulos sukeltajien mukana. Jokainen näistä tapauksista ei muista kielteisistä seurauksista huolimatta johtanut ydinpommin aktivoitumiseen.

8. Voiko ydinaseita ostaa?

On lähes mahdotonta hankkia tai tuottaa ydinaseita - se on vaikeaa, kallista ja laitonta.

Vuonna 1968 suurin osa tuolloin olemassa olevista maista allekirjoitti ydinaseiden leviämisen estämistä koskevan sopimuksen. Se rajoittaa tällaisten aseiden tuotantoa ja myyntiä. Joitakin maita epäillään kuitenkin nyt rikkoneen sitä. On esimerkiksi raportoitu, että Iran haluaa liittyä ydinvaltojen kerhoon. Väitetään, että atomipommin kehittäminen on käynnissä sen alueella.

Varmasti voidaan sanoa, että yksityiset yritykset tuskin pystyvät kehittämään ydinaseita. Useimmiten nämä ovat kansallisia hankkeita, jotka ovat saatavilla vain suurten talouksien maille. Itse asiassa, jotta voit luoda atomipommin tyhjästä, sinun on ensin rikastettava malmi niin, että haluttu isotooppi saadaan tavallisesta uraanista. Lisäksi tarvitaan erittäin tarkkoja laitteita räjähteiden esiintymisen mittaamiseen aseissa.

Lisäksi erityinen "radioaktiivinen poliisi" valvoo radioaktiivisten elementtien kiertoa. Loppujen lopuksi säteily jättää aina jälkiä. Siksi on tuskin mahdollista varmistaa, että suuri määrä radioaktiivista ainetta kulkeutuu jonnekin huomaamattomasti.

9. Miten ydinvoimalaitoksen räjähdys eroaa atomipommin räjähdyksestä?

Kun ydinpommi räjähtää, tapahtuu ketjureaktio ja atomin ytimeen varastoitunut energia vapautuu. Ja jos ydinvoimalassa tapahtuu onnettomuus, radioaktiivisen aineen ydinreaktorin sisällä syntyy suuri paine, joka johtaa repeämiseen. Kuvittele, että keität kondensoitua maitoa: jos keität purkin, se räjähtää.

Kyllä, molemmissa tapauksissa alueella esiintyy radioaktiivista saastumista, mutta se voi vaihdella mittakaavaltaan. Esimerkiksi Hiroshima ja Nagasaki asutettiin uudelleen vain muutama vuosi pommituksen jälkeen. Mutta Tšernobylin ydinvoimalan ympärillä suojavyöhyke on edelleen säilynyt, vaikka onnettomuus tapahtui kauan sitten - vuonna 1986. Miksi?

Ensinnäkin tosiasia on, että Japanin atomipommi räjäytettiin useiden satojen metrien korkeudella maanpinnasta, joten säteily "sää" nopeammin. Tshernobylin reaktori räjähti maanpinnan tasolla tehden maaperän radioaktiiviseksi useiksi vuosiksi. Vasta äskettäin he ovat alkaneet tavata villieläimiä ja kasveja ilman merkkejä mutaatioista.

Toiseksi "Kid"-pommi sisälsi vain noin 65 kg uraania, kun taas "Fat Man" sisälsi noin 6 kg plutoniumia. Tshernobylin reaktorista vapautui 180 tonnia ydinpolttoainetta. Eli onnettomuuden aikana ilmakehään vapautui suuruusluokkaa enemmän haitallisia aineita.

10. Kuinka monta atomipommia tarvitaan maan tuhoamiseen? Mitä tapahtuu, jos ydinsota syttyy?

Maailman ydinarsenaalissa on nyt noin 13 000 ydinkärkeä. Tämä reservi ei riitä esimerkiksi siirtämään Maata pois kiertoradalta ja siten mahdollisesti tuhoamaan sillä olevaa elämää.

Jos ydinsota kuitenkin syttyy, suurin osa maailman väestöstä kärsii. Jos otamme huomioon, että joka viides asuu ylimiljoonaisessa kaupungissa, heitä vastaan ​​suunnatut lakot johtavat väestön merkittävään vähenemiseen.

Sitten kaikkialla maapallolla syttyy tulipaloja, jotka vaikuttavat ilmastoon. Joten selviytyjät kohtaavat valtavan kuivuuden, happosateet ja nälänhädän.