Le 16 juillet 1945 à la base de l'US Air Force au Nouveau-Mexique, un événement se produisit qui a changé toute l'histoire de l'humanité. À 5 h 30, heure locale, le premier gadget nucléaire au monde doté d'une bombe nucléaire, d'une capacité de 20 kilotonnes en TNT, a explosé ici. Selon des témoins oculaires, la luminosité de l'explosion a largement dépassé la lumière du soleil à midi et la forme de champignon en forme de nuage a atteint une hauteur de 11 kilomètres en seulement cinq minutes. Ces essais couronnés de succès ont marqué le début d'une nouvelle ère d'humanité: le nucléaire. Dans quelques mois à peine, les habitants d'Hiroshima et de Nagasaki feront pleinement l'expérience du pouvoir et de la rage de l'arme créée.
Les Américains n’ont pas eu le monopole d’une bombe nucléaire pendant longtemps, et les quatre décennies suivantes sont devenues une période de dure confrontation entre les États-Unis et l’URSS, qui a été incluse dans des livres d’histoire appelés «guerre froide». Les armes nucléaires sont aujourd’hui le facteur stratégique le plus important avec lequel chacun doit compter. Aujourd’hui, le club nucléaire d’élite compte actuellement huit États. Plusieurs autres pays s’engagent sérieusement dans la création d’armes nucléaires. La plupart des accusations sont dans l'arsenal des États-Unis et de la Russie.
Qu'est-ce qu'une explosion nucléaire? Comment sont-ils et quelle est la physique d'une explosion nucléaire? Les armes nucléaires modernes sont-elles différentes des accusations portées contre les villes japonaises il y a soixante-dix ans? Bien et l’essentiel: quels sont les principaux facteurs de frappe d’une explosion nucléaire et est-il possible de se défendre contre leur impact? Tout cela sera discuté dans ce document.
De l'histoire de ce numéro
La fin du XIXe siècle et le premier quart du XXe siècle sont devenus pour la physique nucléaire une période de percées sans précédent et de réalisations étonnantes. Au milieu des années 1930, les scientifiques ont réalisé presque toutes les découvertes théoriques qui ont permis de créer une charge nucléaire. Au début des années 1930, le noyau atomique a été divisé et en 1934, le physicien hongrois Silard a breveté la conception d'un réacteur nucléaire.
En 1938, trois scientifiques allemands - Fritz Strassmann, Otto Hahn et Lisa Meitner - ont découvert le processus de fission de l'uranium lors du bombardement de neutrons. C'était la dernière étape sur le chemin de Hiroshima. Le physicien français Frédéric Joliot-Curie a rapidement obtenu un brevet pour la conception d'une bombe à l'uranium. En 1941, Fermi a complété la théorie de la réaction nucléaire en chaîne.
À cette époque, le monde se retrouvait inexorablement dans une nouvelle guerre mondiale. Par conséquent, les recherches de scientifiques visant à créer des armes d'une force écrasante sans précédent ne pouvaient passer inaperçues. Un grand intérêt pour de telles études a montré le leadership de l'Allemagne hitlérienne. Possédant une excellente école scientifique, ce pays pourrait bien être le premier à créer des armes nucléaires. Cette perspective a grandement perturbé les scientifiques les plus en vue, pour la plupart extrêmement opposés à l'Allemagne. En août 1939, à la demande de son ami Sylard, Albert Einstein écrivit au président des États-Unis une lettre indiquant le danger d'une bombe nucléaire à Hitler. Le résultat de cette correspondance a d'abord été le Comité de l'uranium, puis le Projet Manhattan, qui a conduit à la création d'armes nucléaires américaines. En 1945, les États-Unis possédaient déjà trois bombes: la "petite chose" au plutonium (Gadget) et le "gros homme" (Le gros garçon), ainsi que le "Petit garçon" pour l'uranium. Les "parents" du NW américain sont les scientifiques Fermi et Oppenheimer.
16 juillet 1945 sur le site du Nouveau-Mexique, a sapé les "petites choses", et en août, "Kid" et "Fat Man" sont tombés sur les villes japonaises. Les résultats de cet attentat ont dépassé toutes les attentes de l'armée.
En 1949, les armes nucléaires sont apparues en Union soviétique. En 1952, les Américains testèrent pour la première fois le premier appareil, basé sur la fusion nucléaire et non sur la désintégration. Bientôt, la bombe thermonucléaire a été créée en URSS.
En 1954, les Américains ont fait exploser un dispositif au trinitrotoluène de 15 mégatonnes. Mais l’explosion nucléaire la plus puissante de l’histoire eut lieu quelques années plus tard: un tsar-bomba de 50 mégatonnes était détruit sur Novaya Zemlya.
Heureusement, tant en URSS qu'aux États-Unis, ils ont rapidement compris à quoi pouvait mener une guerre nucléaire à grande échelle. Par conséquent, en 1967, les superpuissances ont signé le Traité de non-prolifération des armes nucléaires du TNP. Par la suite, plusieurs accords relatifs à ce domaine ont été élaborés: SALT-I et SALT-II, START-I et START-II, etc.
Des explosions nucléaires en URSS ont eu lieu à Novaya Zemlya et au Kazakhstan, les Américains ont testé leurs armes nucléaires sur un site d’essai situé dans l’état du Nevada. En 1996, nous avons accepté un accord interdisant tout essai d’armes nucléaires.
Comment est la bombe atomique?
Une explosion nucléaire est un processus chaotique consistant à libérer une énorme quantité d’énergie formée à la suite d’une réaction de fission nucléaire ou de synthèse. Des processus de puissance similaires et comparables se produisent dans les profondeurs des étoiles.
Le noyau d'un atome de toute substance est divisé lorsque les neutrons sont absorbés, mais pour la plupart des éléments du tableau périodique, cela nécessite une dépense d'énergie considérable. Cependant, il existe des éléments capables d'une telle réaction sous l'influence de neutrons, qui ont une énergie - même minimale -. Ils sont appelés fissiles.
Les isotopes d’uranium 235 ou de plutonium 239 sont utilisés pour créer des armes nucléaires. Le premier élément se trouve dans la croûte terrestre, il peut être isolé de l'uranium naturel (enrichissement) et le plutonium de qualité militaire est obtenu artificiellement dans des réacteurs nucléaires. Il existe d’autres éléments fissiles qui peuvent théoriquement être utilisés dans les armes nucléaires, mais leur réception est associée à de grandes difficultés et à des coûts élevés, de sorte qu’ils ne sont presque jamais utilisés.
La principale caractéristique d’une réaction nucléaire est sa chaîne, c’est-à-dire sa nature autonome. Lorsqu'un atome est irradié avec des neutrons, il se décompose en deux fragments entraînant la libération d'une grande quantité d'énergie, ainsi que de deux neutrons secondaires, qui peuvent à leur tour provoquer la fission des noyaux voisins. Donc, le processus devient en cascade. À la suite d’une réaction nucléaire en chaîne sur une courte période, une énorme quantité de «fragments» de noyaux et d’atomes en décomposition se présentant sous la forme d’un plasma à haute température: neutrons, électrons et quanta de rayonnement électromagnétique se forment dans un volume très limité. Ce caillot est en pleine expansion, formant une onde de choc d'un énorme pouvoir destructeur.
La très grande majorité des armes nucléaires modernes ne fonctionne pas sur la base d’une réaction de désintégration en chaîne, mais bien à cause de la fusion des noyaux d’éléments légers, qui démarrent à des températures et à des pressions élevées. Dans ce cas, une quantité d'énergie encore plus importante est libérée que lors de la désintégration de noyaux tels que l'uranium ou le plutonium, mais en principe, le résultat ne change pas: une région de plasma à haute température se forme. De telles transformations sont appelées réactions de fusion thermonucléaire et les charges dans lesquelles elles sont utilisées sont thermonucléaires.
Séparément, il convient de mentionner les types spéciaux d’armes nucléaires, dans lesquels la majeure partie de l’énergie de fission (ou de synthèse) est dirigée vers l’un des facteurs de dommage. Il s’agit notamment des munitions à neutrons générant un flux de radiations dures, ainsi que de la soi-disant bombe au cobalt, qui assure une contamination maximale par rayonnement de la région.
Quelles sont les explosions nucléaires?
Il existe deux principales classifications des explosions nucléaires:
- sur le pouvoir;
- par lieu (point de charge) au moment de l'explosion.
Le pouvoir est la caractéristique déterminante d’une explosion nucléaire. Cela dépend du rayon de la zone de destruction complète, ainsi que de la taille du territoire contaminé par les radiations.
Pour estimer ce paramètre, l'équivalent TNT est utilisé. Il montre combien de trinitrotoluène doit être gonflé pour obtenir une énergie comparable. Selon cette classification, il existe les types suivants d’explosions nucléaires:
- ultra petit;
- petit;
- moyen;
- grand
- extra large.
Lors de l’explosion ultime (jusqu’à 1 kT), il se forme une boule de feu dont le diamètre n’excède pas 200 mètres et un champignon de nuages ayant une altitude de 3,5 km. Les très grands ont une puissance de plus de 1 mT, leur boule de feu dépasse 2 km et la hauteur du nuage est de 8,5 km.
Une caractéristique tout aussi importante est l'emplacement de la charge nucléaire avant l'explosion, ainsi que l'environnement dans lequel elle se produit. Sur cette base, on distingue les types d’explosions nucléaires suivants:
- Atmosphérique. Son centre peut être à une hauteur de plusieurs mètres à plusieurs dizaines, voire plusieurs centaines de kilomètres au-dessus du sol. Dans ce dernier cas, il appartient à la catégorie des hautes altitudes (de 15 à 100 km). Une explosion nucléaire aérienne a une forme flash sphérique;
- Cosmique. Pour entrer dans cette catégorie, il doit avoir une hauteur supérieure à 100 km;
- Au sol. Ce groupe comprend non seulement les explosions à la surface de la Terre, mais aussi à plusieurs mètres au-dessus de celle-ci. Ils passent avec la libération de la terre et sans elle;
- Souterrain Après la signature du Traité sur l'interdiction de tester les armes nucléaires dans l'atmosphère, sur terre, sous l'eau et dans l'espace (1963), ce type était le seul moyen possible de tester les armes nucléaires. Elle est réalisée à différentes profondeurs, de plusieurs dizaines à plusieurs centaines de mètres. Sous l'épaisseur de la terre, une cavité ou une colonne d'effondrement est formée, la force de l'onde de choc est considérablement affaiblie (en fonction de la profondeur);
- Surface En fonction de la hauteur, il peut être sans contact et contact. Dans ce dernier cas, la formation d’une onde de choc sous-marine;
- Sous l'eau. Sa profondeur est différente, de quelques dizaines à plusieurs centaines de mètres. Sur cette base, il a ses propres caractéristiques: la présence ou l'absence du "sultan", la nature de la contamination radioactive, etc.
Que se passe-t-il dans une explosion nucléaire?
Après le début de la réaction, une quantité importante de chaleur et d’énergie radiante est émise en peu de temps et dans un volume très limité. En conséquence, la température et la pression augmentent énormément au centre d’une explosion nucléaire. De loin, cette phase est perçue comme un point lumineux très lumineux. À ce stade, la plus grande partie de l’énergie est convertie en rayonnement électromagnétique, principalement dans la partie du spectre correspondant aux rayons X. C'est ce qu'on appelle le primaire.
L'air ambiant est chauffé et expulsé à partir du point d'explosion à des vitesses supersoniques. Un nuage est formé et une onde de choc est formée, qui en est détachée. Cela se produit environ 0,1 ms après le début de la réaction. En se refroidissant, le nuage grossit et commence à s'élever, entraînant les particules de sol et l'air contaminés. À l'épicentre de la formation d'un entonnoir provenant d'une explosion nucléaire.
Les réactions nucléaires qui se produisent à ce moment-là deviennent la source d'un certain nombre de radiations différentes, allant des rayons gamma et des neutrons aux électrons de haute énergie et aux noyaux atomiques. C’est ainsi que se produisent les radiations pénétrantes d’une explosion nucléaire - l’un des principaux facteurs de dommage des armes nucléaires. De plus, ce rayonnement affecte les atomes de la substance environnante et les transforme en isotopes radioactifs qui infectent la région.
Le rayonnement gamma ionise les atomes de l'environnement, créant une impulsion électromagnétique (EMP), qui désactive tous les appareils électroniques à proximité. L'impulsion électromagnétique des explosions atmosphériques à haute altitude se propage dans une zone beaucoup plus vaste qu'avec le sol ou à basse altitude.
Qu'est-ce qu'une arme atomique dangereuse et comment s'en protéger?
Les principaux facteurs de frappe d'une explosion nucléaire:
- émission de lumière;
- onde de choc;
- rayonnement pénétrant;
- contamination de la zone;
- impulsion électromagnétique.
Si nous parlons d'une explosion au sol, la moitié de son énergie (50%) va à la formation d'une onde de choc et d'un entonnoir, environ 30% proviennent du rayonnement d'une explosion nucléaire, 5% d'une impulsion électromagnétique et d'un rayonnement pénétrant et 15% de la contamination du terrain.
Le rayonnement lumineux d’une explosion nucléaire est l’un des principaux facteurs de dommage des armes nucléaires. Il s’agit d’un puissant flux d’énergie radiante, qui comprend les rayonnements ultraviolets, infrarouges et visibles du spectre. Sa source est un nuage d'explosion dans les premiers stades de l'existence (boule de feu). A cette époque, il a une température de 6 à 8 000 ° C.
Le rayonnement lumineux se propage presque instantanément, la durée de ce facteur est calculée en secondes (maximum 20 secondes). Mais, malgré la courte durée, le rayonnement lumineux est très dangereux. À une courte distance de l'épicentre, il brûle tous les matériaux combustibles et, à distance, provoque des incendies à grande échelle et des incendies. Même à une distance considérable de l'explosion, les organes de la vision et les brûlures de la peau peuvent être endommagés.
Puisque le rayonnement se propage en ligne droite, toute barrière non transparente peut devenir une défense contre elle. Ce facteur dommageable est considérablement affaibli en présence de fumée, de brouillard ou de poussière.
L'onde de choc d'une explosion nucléaire est le facteur le plus dangereux des armes nucléaires. La plupart des dommages causés aux personnes, ainsi que des destructions et des dommages aux objets, sont causés précisément par son impact. L'onde de choc est une zone de forte compression du milieu (eau, sol ou air), qui se déplace dans toutes les directions depuis l'épicentre. Si nous parlons d’explosion atmosphérique, la vitesse de l’onde de choc est de 350 m / s. À mesure que la distance augmente, sa vitesse diminue rapidement.
Ce facteur dommageable a un effet direct dû à une pression et à une vitesse excessives, de même qu’une personne peut souffrir de divers débris qu’elle transporte. Plus près de l'épicentre de la vague provoque de graves vibrations sismiques qui peuvent détruire les installations et les communications souterraines.
Il faut comprendre que ni les bâtiments ni même des abris spéciaux ne pourront protéger contre une onde de choc à proximité immédiate de l'épicentre. Cependant, ils sont assez efficaces à une distance considérable de celui-ci. Le pouvoir destructeur de ce facteur réduit considérablement les plis du terrain.
Rayonnement pénétrant. Ce facteur dommageable est un flux de rayonnement dur, composé de neutrons et de rayons gamma émis par l'épicentre de l'explosion. Son effet, comme celui de la lumière, est de courte durée, car il est fortement absorbé par l'atmosphère. Le rayonnement pénétrant est dangereux pendant 10-15 secondes après une explosion nucléaire. Pour la même raison, il ne peut affecter une personne qu'à une distance relativement courte de l'épicentre - 2-3 km. Une fois retiré, le niveau d'exposition aux radiations diminue rapidement.
En passant à travers les tissus de notre corps, le flux de particules ionise les molécules, perturbant le flux normal des processus biologiques, ce qui conduit à la défaillance des systèmes les plus importants du corps. Dans les lésions sévères, le mal des rayons se produit. Ce facteur a un effet dévastateur sur certains matériaux et perturbe également les dispositifs électroniques et optiques.
Des matériaux absorbants sont utilisés pour se protéger des rayonnements pénétrants. Pour le rayonnement gamma, il s'agit d'éléments lourds ayant une masse atomique importante: par exemple, le plomb ou le fer. Cependant, ces substances captent mal les neutrons. De plus, ces particules provoquent une radioactivité induite dans les métaux. Les neutrons, à leur tour, sont bien absorbés par des éléments légers tels que le lithium ou l'hydrogène. Pour la protection complexe d'objets ou d'équipements militaires, des matériaux multicouches sont utilisés. Par exemple, le responsable d’une installation de mine MBR est blindé avec du béton armé et des réservoirs avec du lithium. Lors de la construction d'abris anti-nucléaires, le bore est souvent ajouté aux matériaux de construction.
Impulsion électromagnétique. Un facteur frappant qui n'affecte pas la santé humaine ou animale, mais qui désactive les appareils électroniques.
Un champ électromagnétique puissant se produit après une explosion nucléaire résultant de l'exposition à des atomes durs de l'environnement. Son effet est court (quelques millisecondes), mais il est également suffisant pour endommager les équipements et les lignes électriques. Une forte ionisation de l'air perturbe le fonctionnement normal des stations de communication radio et des stations radar. Le tir d'armes nucléaires est donc utilisé pour rendre aveugle le système d'alerte d'attaque par missile.
Un moyen efficace de protection contre le DME est le blindage des équipements électroniques. Il est utilisé dans la pratique depuis plusieurs décennies.
Contamination par radiation. La source de ce facteur de dommage est constituée par les produits des réactions nucléaires, la partie non utilisée de la charge ainsi que par les radiations induites. L'infection lors d'une explosion nucléaire représente un grave danger pour la santé humaine, d'autant plus que la demi-vie de nombreux isotopes est très longue.
L'infection de l'air, du terrain et des objets résulte de la déposition de substances radioactives. Ils se déposent en cours de route, formant une trace radioactive. De plus, à mesure que la distance de l'épicentre diminue, le danger diminue. Et, bien sûr, la zone de l'explosion elle-même devient une zone d'infection. La plupart des substances dangereuses tombent sous forme de précipitation 12 à 24 heures après l'explosion.
Les principaux paramètres de ce facteur sont la dose de rayonnement et sa puissance.
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.
