10 срамни въпроса за ядрените оръжия: отговаря физикът Дмитрий Победински

В новия поредица от статии експертите отговарят на въпроси, които обикновено са неудобни за задаване: изглежда, че всички вече знаят за това и питащият ще изглежда глупав.

Преди премиерата на Опенхаймер разговаряхме с физика Дмитрий Победински за атомните бомби. Надяваме се филмът вече да е по-ясен.

1. Как атомната бомба се различава от конвенционалната?

Бомбата по принцип е снаряд, напълнен с експлозив, който може да влезе в химическа реакция много бързо. Когато това се случи, настъпва експлозия – тоест за кратко време се освобождава голямо количество енергия.

Преди активирането на бомбата, тази енергия се съхранява в „спящо състояние“, така да се каже. В обикновените бомби той се съхранява под формата на връзки между атомите на молекулите. В ядрена бомба - под формата на връзки между частиците на ядрото, протони и неутрони. Връзките между последните са много по-силни, така че енергията, която ще се освободи при активиране на бомбата, ще бъде повече - ceteris paribus - около милион пъти.

2. Каква е разликата между атомни, ядрени и термоядрени бомби?

Понятията атомна и ядрена бомба най-често са взаимозаменяеми и в нашия контекст означават едно и също нещо: за тяхната експлозия се използва реакцията на ядрено делене тежки елементикато уран или плутоний.

Термоядрените бомби използват различен принцип - термоядрен синтез, при който такива бели дробове елементи като водород или литий се сливат в по-тежки, поради което енергията, необходима за експлозия.

По отношение на освобождаването на енергия, термоядрените бомби, за разлика от ядрените, могат да бъдат направени много големи. Доста трудно е да се умножи мощността на ядрен заряд, но е относително лесно да се увеличи мощността на термоядрена бомба.

Дори термоядрените бомби нямат такъв увреждащ фактор като радиация. Но когато избухне ядрена бомба, се образуват много нестабилни елементи и се получава радиационно замърсяване на района.

Често обаче термоядрената бомба съдържа ядрена бомба, което води до радиационно замърсяване, макар и по-малко.

Да обобщим:

• атомната бомба и ядрената бомба са едно и също
• атомните бомби използват реакции на тежки елементи, термоядрените бомби използват леки,
• по-лесно е да се увеличи мощността на термоядрените бомби, отколкото на атомните,
• с ядрен и термоядрен взрив със същата мощност, по-малко радиационно замърсяване ще бъде във втория случай.

3. Как ядрените оръжия се активират и насочват към цел?

В радиоактивното вещество, съдържащо се в атомната бомба, реакцията на делене протича постоянно в режим на тлеене. Освободената в този случай енергия обаче не е достатъчна, за да се получи голяма експлозия.

Възможно е процесът да протече по-активно. За целта реакцията на делене трябва да е верижна и самоподдържаща се – тоест така, че разкъсването на една връзка между частиците на ядрото да провокира разкъсване на друга и така нататък във възходящ ред. Тогава този лавинообразен удар за микро части от секундата ще доведе до отделяне на голямо количество енергия и съответно взрив.

Има такова нещо като критична маса - минималната маса от вещество, необходимо за започване на верижна реакция на делене. Тоест, за да избухне бомбата, е необходимо надвишаване на критичната маса. Това става по два начина:

1. Свържете две еднакви ленти с еднакво вещество вътре и ги компресирайте за известно време. Тоест, ако критичната маса е 10 кг, а всеки прът тежи 6 кг, тогава като ги свържем, получаваме прът с тегло 12 кг, който ще надхвърли критичната маса и ще започне ядрена верижна реакция. Така например направиха създателите на първата бомба "Бебе", която беше пусната над Хирошима.
2. Топка с маса, по-малка от критичната, е заобиколена от експлозиви и създава насочена експлозия. Ударната вълна компресира тази топка, нейната плътност се увеличава. Масата за тази нова плътност става по-висока от критичната и реакцията започва. Този метод се нарича имплозия, използван е за активиране на Дебелия човек, хвърлен върху Нагасаки, както и за Джаджата, първата бомба, взривена в пустинята на САЩ. Филмът Опенхаймер показва този момент.

Как бомбата се насочва към целта е въпрос на аеродинамика и космическа балистика. Сега има балистични ракети с ядрени или термоядрени бойни глави, които се изстрелват във въздуха като космически ракети, но не излизат в орбита. Вместо това те започват да падат към целта по определена, предварително изчислена траектория.

4. Какво се случва след експлозията?

След като бомбата избухне, първо се отделя много светлинна радиация, която изгаря всичко в определен радиус. Тази светкавица е толкова мощна, че може да се сравни с радиацията от звезда в космоса. Следователно всичко, което е в епицентъра, моментално изгаря.

След това идва ударната вълна. Движи се със скорост над скоростта на звука, но под скоростта на светлината, помитайки всичко по пътя си: разрушавайки сгради, изкоренявайки дървета, преобръщайки коли.

Успоредно с това районът е замърсен с радиация. Хората се разболяват от лъчева болест, те и техните потомци увеличават растежа на онкологичните заболявания. Растенията и животните мутират. Селскостопанските ниви стават неизползваеми.

5. Наистина ли ядрените президенти имат червен бутон?

Не знам това. Мисля, че това е образно заглавие. В самолета например има устройства, на които се записват параметрите на полета и разговорите на пилотите. Те се наричат ​​черни кутии, въпреки че всъщност са боядисани в оранжево. Същото важи и тук - малко вероятно е "червеният бутон" да описва физическото въплъщение.

Но фактът, че има стратегически ядрени оръжия, които са в готовност и условно казано готови за използване във всеки един момент, е вярно. Може да се използва, когато има пряка заплаха за държавата - от ядрен удар до атака на извънземни, например. В този случай първият човек на държавата, президентът, дава лична заповед за стартирането му.

Освен това има тактически ядрени оръжия, които не са подготвени за пряка употреба. Съхранява се в "консервирано" състояние във военни части.

6. Ядрените оръжия имат ли срок на годност?

Ядрените бомби използват нестабилно радиоактивно вещество, което претърпява естествен процес на разпадане. Поради това активните свойства на ядрените бомби стават все по-малки с времето. Но сметката върви не за години, а за десетки хиляди години.

Например, полуживотът на плутоний-239 е 24 000 години, а този на уран-235 е 700 000 000 години. Какво означава? Това означава, че само след това време активното вещество в бомбата ще стане наполовина по-малко. Тоест на хоризонта от стотици години ядрената бомба остава опасна.

Въпреки това, в допълнение към това, в бомбата има допълнителни елементи, всеки от които има свой собствен срок на годност. Тези елементи също остаряват. Например, най-обикновените експлозиви могат да се овлажнят, електрониката може да стане неизползваема. Следователно срокът на годност на всяка конкретна бомба зависи от нейния дизайн.

7. Може ли атомна бомба да избухне сама?

Изключително малко вероятно. Експлозията на ядрена или термоядрена бомба е процес, при който нещо лесно може да се обърка. Ако, например, бомба случайно падне от самолет върху тротоара, тогава нещо в нея може да се движи, да щракне, процесът на стартиране на експлозията ще започне, но най-вероятно няма да бъде напълно завършен и няма да доведе до гигант освобождаване на енергия. Ще има само малък "zilch".

Например през 1966 г., по време на Студената война, ВВС на САЩ провеждат операция Chrome Dome. Няколко бомбардировача с атомни бомби на борда постоянно бяха във въздуха и бяха готови всеки момент да ударят СССР.

По време на операцията са възникнали няколко инцидента. Веднъж от люка им падна атомна бомба и нейните фрагменти паднаха върху испанското село Паломарес. Имало е пожар, но за щастие не е имало експлозия и никой от жителите не е пострадал. Освен това бомбата е паднала в морето и е била извадена с участието на водолази. Всеки от тези случаи, въпреки други негативни последици, не е довел до активиране на ядрена бомба.

8. Могат ли да се купят ядрени оръжия?

Почти невъзможно е да се придобият или произвеждат ядрени оръжия - това е трудно, скъпо и незаконно.

През 1968 г. повечето от съществуващите по това време държави подписаха Договора за неразпространение на ядрени оръжия. Той ограничава производството и продажбата на такива оръжия. Някои държави обаче сега са заподозрени, че го нарушават. Например, имаше съобщения, че Иран иска да се присъедини към клуба на ядрените сили. Твърди се, че на нейна територия е в ход разработването на атомна бомба.

Това, което може да се каже със сигурност е, че частните предприятия трудно могат да разработят ядрени оръжия. Най-често това са национални проекти, достъпни само за страни с големи икономики. Наистина, за да създадете атомна бомба от нулата, първо трябва да обогатите рудата, така че желаният изотоп да се получи от обикновения уран. Освен това са необходими много точни инструменти за измерване на наличието на експлозиви в оръжията.

Освен това специална „радиоактивна полиция” следи циркулацията на радиоактивни елементи. В крайна сметка радиацията винаги оставя следи. Следователно едва ли е възможно да се гарантира, че голямо количество радиоактивен материал ще бъде пренесено някъде незабележимо.

9. По какво се различава експлозия в атомна електроцентрала от експлозия на атомна бомба?

Когато ядрена бомба експлодира, възниква верижна реакция и енергията, съхранявана в ядрото на атома, се освобождава. И в случай на авария в атомна електроцентрала възниква голямо налягане вътре в ядрен реактор с радиоактивно вещество, което води до разкъсване. Представете си, че варите кондензирано мляко: ако кипнете буркан, той ще избухне.

Да, и в двата случая се получава радиоактивно замърсяване на района, но то може да се различава по мащаб. Например Хирошима и Нагасаки бяха заселени отново само няколко години след бомбардировките. Но около атомната електроцентрала в Чернобил зоната на изключване все още е запазена, въпреки че аварията е станала отдавна - през 1986 г. Защо?

Първо, факт е, че атомната бомба в Япония е била взривена на височина от няколкостотин метра над земята, така че радиацията е „изветряла“ по-бързо. Реакторът в Чернобил експлодира на нивото на земята, правейки почвата радиоактивна в продължение на много години. Едва наскоро те започнаха да срещат диви животни и растения без признаци на мутации.

Второ, бомбата „Хлапе“ съдържа само около 65 кг уран, докато „Дебелият човек“ съдържа около 6 кг плутоний. Реакторът в Чернобил освободи 180 тона ядрено гориво. Тоест по време на аварията в атмосферата са изхвърлени порядък повече вредни вещества.

10. Колко атомни бомби са необходими, за да се унищожи земята? Какво ще стане, ако избухне ядрена война?

Сега световният ядрен арсенал има около 13 000 ядрени бойни глави. Този резерв не е достатъчен, например, за да измести Земята от нейната орбита и по този начин евентуално да унищожи живота върху нея.

Ако обаче избухне ядрена война, по-голямата част от населението на света ще пострада. Ако вземем предвид, че всеки пети човек живее в милионен град, тогава ударите срещу тях ще доведат до значително намаляване на човешкото население.

Тогава ще започнат пожари по цялата Земя, което ще се отрази на климата. Така че оцелелите ще се сблъскат с масивна суша, киселинни дъждове и глад.