Мы собрали то, что вы действительно хотите знать, но стесняетесь спросить.
В новой серии статей эксперты отвечают на вопрос, который часто трудно задать: кажется, все уже знают, и из-за которого спрашивающий выглядит глупо.
Накануне премьеры «Оппенгеймера» мы беседуем с физиком Дмитрием Побединским об атомной бомбе. Мы надеемся, что теперь фильм станет более понятным.
Дмитрий Побекинский
Физик, популяризатор науки, автор канала «Побединская физика», владелец магазина наборов по физике.
- 1. Чем атомная бомба отличается от обычной?
- 2. Чем отличаются атомная, ядерная и термоядерная бомбы?
- 3. Как ядерное оружие активизируют и направляют к цели?
- 4. Что происходит после взрыва?
- 5. Действительно ли у президентов ядерных держав есть красная кнопка?
- 6. Есть ли срок годности у ядерного оружия?
- 7. Может ли атомная бомба взорваться сама?
- 8. Можно ли купить ядерное оружие?
- 9. Чем взрыв на АЭС отличается от взрыва атомной бомбы?
- 10. Сколько атомных бомб нужно, чтобы уничтожить Землю? Что будет, если начнётся ядерная война?
1. Чем атомная бомба отличается от обычной?
Бомба – это, по сути, снаряд, наполненный взрывчатым веществом, которое может очень быстро вступить в химическую реакцию. Когда это происходит, происходит взрыв — за короткий промежуток времени высвобождается большое количество энергии.
Эта энергия сохраняется, так сказать, в «спящем состоянии», пока бомба не активируется. В обычной бомбе он хранится в виде связей между атомами молекулы. В ядерной бомбе – в виде связей между ядерными частицами, протонами и нейтронами. Связь между последними гораздо сильнее, поэтому при прочих равных условиях энергия, выделяющаяся при активации бомбы, будет примерно в миллион раз больше.
2. Чем отличаются атомная, ядерная и термоядерная бомбы?
Понятия «атом» и «ядерная бомба» часто взаимозаменяемы и в нашем контексте означают одно и то же: для их взрыва используются реакции деления в ядрах тяжелых элементов, таких как уран или плутоний.
В термоядерных бомбах используется другой принцип — термоядерный синтез — для синтеза легких элементов, таких как водород или литий, в более тяжелые элементы, тем самым высвобождая энергию, необходимую для взрыва.
По энерговыделению термоядерные бомбы, в отличие от ядерных, можно сделать очень большими. Увеличить мощность ядерного заряда довольно сложно, а вот мощность термоядерной бомбы увеличить относительно легко.
Термоядерные бомбы также не обладают такими разрушительными факторами, как радиация. Но когда взрывается ядерная бомба, образуется множество нестабильных элементов, вызывающих радиационное загрязнение местности.
Однако термоядерные бомбы часто содержат ядерные бомбы, что может привести к радиоактивному заражению, хотя и в меньшей степени.
Подводя итог:
- Атомные бомбы и ядерные бомбы — это одно и то же;
- В атомных бомбах используются реакции тяжелых элементов, а в термоядерных бомбах используются реакции легких элементов;
- Мощность термоядерных бомб легче увеличить, чем атомных бомб;
- При ядерных взрывах и термоядерных взрывах одинаковой мощности радиационное загрязнение во втором случае будет меньше.
3. Как ядерное оружие активизируют и направляют к цели?
В радиоактивном материале внутри атомной бомбы реакции деления происходят непрерывно в тлеющем режиме. Однако выделяющейся при этом энергии недостаточно, чтобы вызвать большой взрыв.
Этот процесс можно активизировать. Для этого реакция деления должна быть цепной и самоподдерживающейся, т е разрыв одной связи между ядерными частицами вызывает разрыв другой связи и так далее в возрастающем порядке. Этот лавинообразный удар за доли секунды приводит к высвобождению такого количества энергии, что вызывает взрыв.
Есть так называемая критическая масса — минимальная масса вещества, необходимая для начала цепной реакции деления. То есть, чтобы бомба взорвалась, она должна превысить критическую массу. Это можно сделать двумя способами:
- Они соединили два одинаковых стержня с одинаковым веществом внутри и на некоторое время сжали их. То есть, если критическая масса равна 10 килограммам и каждый стержень весит 6 килограммов, то, объединив их, мы получим стержень массой 12 килограммов, что превысит критическую массу и начнется цепная ядерная реакция. Например, так сделали создатели первой «маленькой» бомбы: они сбросили ее на Хиросиму.
- Шар с массой меньше критического значения окружен взрывчаткой и создает направленный взрыв. Ударная волна сжимает шар и его плотность увеличивается. Масса этой новой плотности становится выше критического значения, и начинается реакция. Этот метод был известен как имплозия, и он использовался для активации «Толстяка», сброшенного на Нагасаки, а также «Гаджета», первой бомбы, взорванной в американской пустыне. В фильме «Оппенгеймер» показан этот момент.
Способ наведения бомбы зависит от аэродинамики и космической баллистики. Сейчас существуют баллистические ракеты с ядерными или термоядерными боеголовками, которые можно запускать в воздух, как космические ракеты, но они не выходят на орбиту. Вместо этого они начинают падать к цели по определенной, заранее рассчитанной траектории.
4. Что происходит после взрыва?
После взрыва бомба сначала испускает большое количество светового излучения, сжигающего все в определенном радиусе. Эта вспышка настолько мощна, что ее можно сравнить с излучением звезд в космосе. Поэтому все, что находится в эпицентре, сгорит моментально.
Затем приходит ударная волна. Он движется со скоростью выше скорости звука, но ниже скорости света, уничтожая все на своем пути: разрушая здания, выкорчевывая деревья, переворачивая автомобили.
В то же время территория также была заражена радиацией. У людей развивается лучевая болезнь, и они и их потомки подвергаются повышенному риску развития рака. Растения и животные мутируют. Сельскохозяйственные земли становятся непригодными для использования.
5. Действительно ли у президентов ядерных держав есть красная кнопка?
Не имею представления. Я думаю, что это символическое имя. Например, в самолетах есть устройства, записывающие параметры полета и разговоры пилотов. Их называют черными ящиками, хотя на самом деле они оранжевого цвета. То же самое и здесь – «красная кнопка» вряд ли описывает физическое воплощение.
Но существует стратегическое ядерное оружие, которое находится в боевой готовности и относительно готово к применению в любой момент. Его можно использовать, когда страна сталкивается с непосредственной угрозой, например, от ядерного удара до нападения инопланетян. При этом первый человек в стране — президент лично приказал его запустить.
Кроме того, существует тактическое ядерное оружие, не предназначенное для прямого применения. Хранится в воинских частях в «законсервированном» состоянии.
6. Есть ли срок годности у ядерного оружия?
Ядерные бомбы содержат нестабильный радиоактивный материал, который распадается естественным путем. Из-за этого ядерные бомбы со временем становятся все менее активными. Но расчет идет не на несколько лет, а на десятки тысяч лет.
Например, период полураспада плутония-239 составляет 24 000 лет, а период полураспада урана-235 — 700 миллионов лет. Что это значит? Это означает, что только по истечении этого времени количество активного материала в бомбе уменьшится вдвое. Тем не менее, ядерные бомбы будут по-прежнему опасны в течение сотен лет.
Однако помимо этого в бомбе есть и другие элементы, каждый из которых имеет свой срок годности. Эти элементы также устаревают. Например, наиболее распространенные взрывчатые вещества могут подвергнуться воздействию влаги, а электронное оборудование может прийти в негодность. Поэтому срок годности каждой конкретной бомбы зависит от ее конструкции.
7. Может ли атомная бомба взорваться сама?
очень маловероятно. Взрыв ядерной или термоядерной бомбы — процесс, чреватый ошибками. Например, если бомбу случайно уронить с самолета на асфальт, что-то в ней может сдвинуться, щелкнуть, и начнется процесс инициирования взрыва, но, скорее всего, он не завершится полностью, да и не произойдет взрыв. В результате происходит огромный выброс энергии. Будет только небольшой «пшик».
Например, в 1966 году, во время Холодной войны, ВВС США провели операцию «Хромовый купол». В воздухе постоянно летало несколько бомбардировщиков с атомными бомбами, готовых в любой момент нанести удар по Советскому Союзу.
В ходе этой операции произошло несколько инцидентов. В какой-то момент атомная бомба выпала из люка и обломки упали на испанскую деревню Паломарес. Вспыхнул пожар, но, к счастью, взрыва не произошло и никто из жителей не пострадал. Кроме того, бомба упала в море и была поднята с помощью водолазов. Каждый из этих случаев, несмотря на другие негативные последствия, не привел к активации ядерной бомбы.
8. Можно ли купить ядерное оружие?
Получить или произвести ядерное оружие практически невозможно — это сложно, дорого и незаконно.
В 1968 году большинство стран того времени подписали Договор о нераспространении ядерного оружия. Это ограничивает производство и продажу такого оружия. Однако сейчас некоторые страны подозреваются в нарушении этого положения. Например, есть сообщения о том, что Иран хочет вступить в клуб ядерных держав. Говорят, что на его территории разрабатывают атомную бомбу.
Конечно, частная промышленность вряд ли разработает ядерное оружие. Чаще всего это национальные проекты, доступные только экономически сильным странам. Ведь чтобы сделать атомную бомбу с нуля, руду нужно сначала обогатить, чтобы получить нужные изотопы из обычного урана. Кроме того, нам нужны очень точные инструменты для измерения наличия взрывчатых веществ в оружии.
Кроме того, существует специализированная «радиоактивная полиция», следящая за круговоротом радиоактивных элементов. Ведь радиация всегда оставляет свой след. Поэтому обеспечить, чтобы большое количество радиоактивного материала было перевезено незамеченным, практически невозможно.
9. Чем взрыв на АЭС отличается от взрыва атомной бомбы?
При взрыве ядерной бомбы происходит цепная реакция и высвобождается энергия, запасенная в ядре. В случае аварии на атомной электростанции внутри ядерного реактора, содержащего радиоактивный материал, возникнет высокое давление, что приведет к его разрыву. Представьте, что вы варите сгущенку: если банка будет вариться слишком долго, она взорвется.
Да, в обоих случаях радиоактивное заражение территории произойдет, но его масштабы могут быть разными. Например, Хиросима и Нагасаки были заселены заново всего через несколько лет после атомной бомбардировки. Но вокруг Чернобыльской АЭС до сих пор существует зона отчуждения, хотя авария произошла очень давно – в 1986 году. Почему?
Во-первых, атомные бомбы Японии были взорваны на высоте сотен метров над землей, поэтому радиация «рассеивается» быстрее. Реактор Чернобыля взорвался над землей, оставив почву радиоактивной на долгие годы. Лишь недавно здесь начали встречаться дикие животные без признаков мутаций.
Во-вторых, бомба «Малышка» содержит всего около 65 килограммов урана, а бомба «Толстяк» — около 6 килограммов плутония. Чернобыльский реактор выбросил 180 тонн ядерного топлива. То есть при аварии в атмосферу выбрасывается больше вредных веществ.
10. Сколько атомных бомб нужно, чтобы уничтожить Землю? Что будет, если начнётся ядерная война?
В настоящее время мировой ядерный арсенал насчитывает около 13 000 ядерных боеголовок. Например, этого резерва недостаточно, чтобы отклонить Землю от ее орбиты, потенциально уничтожив жизнь на Земле.
Однако если разразится ядерная война, пострадает большая часть населения Земли. Если учесть, что в городах-миллионниках проживает пятая часть населения, то нападение на них приведет к значительному сокращению населения.
Тогда по всей планете начнутся пожары, что повлияет на климат. Таким образом, выжившие столкнутся с крупномасштабной засухой, кислотными дождями и голодом.
- Хотите связаться со мной?
