10 skammelige spørsmål om atomvåpen: fysiker Dmitry Pobedinsky svarer
Miscellanea / / July 17, 2023
Vi har samlet alt du ønsket å vite, men var for sjenerte til å spørre.
I det nye artikkelserie eksperter svarer på spørsmål som vanligvis er pinlige å stille: det ser ut til at alle allerede vet om det, og spørren vil se dum ut.
Før premieren på Oppenheimer snakket vi med fysikeren Dmitry Pobedinsky om atombomber. Vi håper filmen blir klarere nå.
Dmitry Pobedinsky
1. Hvordan er en atombombe forskjellig fra en konvensjonell?
En bombe er i prinsippet et prosjektil fylt med et eksplosiv som kan gå inn i en kjemisk reaksjon veldig raskt. Når dette skjer skjer det en eksplosjon – det vil si at det frigjøres en stor mengde energi på kort tid.
Før aktiveringen av bomben er denne energien lagret i en "sovende tilstand", så å si. I vanlige bomber er det lagret i form av bindinger mellom atomene til molekyler. I en atombombe - i form av koblinger mellom partiklene i kjernen, protoner og nøytroner. Forbindelsene mellom sistnevnte er mye sterkere, så energien som vil frigjøres når bomben aktiveres vil være mer – ceteris paribus – omtrent en million ganger.
2. Hva er forskjellen mellom atom-, atom- og termonukleære bomber?
Begrepene en atom- og atombombe er oftest utskiftbare og betyr i vår sammenheng det samme: for deres eksplosjon brukes atomfisjonsreaksjonen tunge elementersom uran eller plutonium.
Termonukleære bomber bruker et annet prinsipp - termonukleær fusjon, der slike lunger elementer som hydrogen eller litium smelter sammen til tyngre, på grunn av hvilke energien som er nødvendig for eksplosjon.
Når det gjelder energifrigjøring, kan termonukleære bomber, i motsetning til atombomber, gjøres veldig store. Det er ganske vanskelig å multiplisere kraften til en atomladning, men det er relativt enkelt å øke kraften til en termonukleær bombe.
Selv termonukleære bomber har ikke en så skadelig faktor som stråling. Men når en atombombe eksploderer, dannes det mange ustabile elementer og det oppstår strålingsforurensning av området.
Imidlertid inneholder ofte en termonukleær bombe en atombombe, noe som fører til strålingsforurensning, om enn mindre.
Å oppsummere:
- atombombe og atombombe er det samme
- atombomber bruker reaksjoner av tunge grunnstoffer, termonukleære bomber bruker lette,
- det er lettere å øke kraften til termonukleære bomber enn atombomber,
- med en kjernefysisk og termonukleær eksplosjon med samme kraft, vil mindre strålingsforurensning være i det andre tilfellet.
3. Hvordan aktiveres og ledes atomvåpen mot et mål?
I det radioaktive stoffet inne i atombomben, fortsetter fisjonsreaksjonen konstant i en ulmende modus. Imidlertid er energien som frigjøres i dette tilfellet ikke nok til at en stor eksplosjon kan skje.
Det er mulig å få prosessen til å gå mer aktivt. For dette må fisjonsreaksjonen være kjede- og selvopprettholdende - det vil si slik at bruddet av en binding mellom partiklene i kjernen provoserer til brudd av en annen, og så videre i økende rekkefølge. Da vil dette skredlignende nedslaget i mikrobrøkdeler av et sekund føre til frigjøring av en stor mengde energi og følgelig en eksplosjon.
Det er noe som heter kritisk masse - minimumsmassen til et stoff som er nødvendig for å starte en fisjonskjedereaksjon. Det vil si at for at bomben skal eksplodere, er det nødvendig å overskride den kritiske massen. Dette gjøres på to måter:
- Koble sammen to identiske stenger med samme stoff inni og komprimer dem en stund. Det vil si at hvis den kritiske massen er 10 kg, og hver stang veier 6 kg, får vi ved å koble dem til en stang som veier 12 kg, som vil overstige den kritiske massen, og en kjernefysisk kjedereaksjon vil begynne. Det samme gjorde for eksempel skaperne av den første bomben "Baby", som ble sluppet på Hiroshima.
- En ball som har en masse mindre enn den kritiske er omgitt av eksplosiver og skaper en rettet eksplosjon. Sjokkbølgen komprimerer denne ballen, dens tetthet øker. Massen for denne nye tettheten blir høyere enn den kritiske, og reaksjonen starter. Denne metoden kalles implosjon, den ble brukt til å aktivere Fat Man droppet på Nagasaki, så vel som for Gadgeten, den aller første bomben som ble detonert i USAs ørken. Filmen Oppenheimer viser dette øyeblikket.
Hvordan bomben rettes mot målet er et spørsmål om aerodynamikk og romballistikk. Nå er det ballistiske missiler med atom- eller termonukleære stridshoder som skytes opp i luften som romraketter, men de går ikke i bane. I stedet begynner de å falle mot målet langs en bestemt, forhåndsberegnet bane.
4. Hva skjer etter eksplosjonen?
Etter at bomben eksploderer frigjøres først mye lysstråling, som brenner alt i en viss radius. Denne blitsen er så kraftig at den kan sammenlignes med strålingen fra en stjerne i verdensrommet. Derfor brenner alt som er i episenteret øyeblikkelig ut.
Så kommer sjokkbølgen. Den beveger seg med en hastighet over lydens hastighet, men under lysets hastighet, og feier bort alt i sin vei: ødelegger bygninger, rykker opp trær, velter biler.
Parallelt med dette er området forurenset med stråling. Folk blir syke av strålesyke, de og deres etterkommere øker veksten av onkologiske sykdommer. Planter og dyr muterer. Jordbruksmarker blir ubrukelige.
5. Har atompresidenter virkelig en rød knapp?
Det vet jeg ikke. Jeg synes det er en billedlig tittel. I et fly er det for eksempel enheter som flyparametere og pilotenes samtaler registreres på. De kalles svarte bokser, selv om de egentlig er malt oransje. Det samme gjelder her - det er usannsynlig at den "røde knappen" beskriver den fysiske legemliggjørelsen.
Men det faktum at det er strategiske atomvåpen som er i beredskap og relativt sett klare til bruk når som helst er sant. Den kan brukes når det er en direkte trussel mot staten – fra et atomangrep til et fremmed-angrep, for eksempel. I dette tilfellet gir den første personen i staten, presidenten, en personlig ordre om å lansere den.
I tillegg kommer taktiske atomvåpen som ikke er klargjort for direkte bruk. Den er lagret i en "møllkule" tilstand i militære enheter.
6. Har atomvåpen en utløpsdato?
Atombomber bruker et ustabilt radioaktivt stoff som gjennomgår en naturlig nedbrytningsprosess. På grunn av dette blir de aktive egenskapene til atombomber mindre og mindre over tid. Men kontoen går ikke i årevis, men i titusenvis av år.
For eksempel er halveringstiden for plutonium-239 24 000 år, og for uran-235 er 700 000 000 år. Hva betyr det? Dette betyr at først etter dette tidspunktet vil virkestoffet i bomben bli halvparten så mye. Det vil si at i horisonten av hundrevis av år forblir en atombombe farlig.
Men i tillegg til dette er det flere elementer i bomben, som hver har sin egen utløpsdato. Disse elementene blir også foreldet. For eksempel kan de vanligste eksplosivene bli fuktige, elektronikk kan bli ubrukelig. Derfor avhenger holdbarheten til hver enkelt bombe av utformingen.
7. Kan en atombombe eksplodere av seg selv?
Ekstremt usannsynlig. Eksplosjonen av en atom- eller termonukleær bombe er en prosess der noe lett kan gå galt. Hvis for eksempel en bombe ved et uhell faller ut av et fly på fortauet, kan noe i den bevege seg, klikk, prosessen med å starte eksplosjonen vil begynne, men mest sannsynlig vil den ikke bli fullstendig fullført og vil ikke føre til en gigant energifrigjøring. Det blir bare en liten "zilch".
For eksempel, i 1966, under den kalde krigen, gjennomførte det amerikanske flyvåpenet Operasjon Chrome Dome. Flere bombefly med atombomber om bord var konstant i luften og var klare når som helst til å angripe USSR.
Det skjedde flere ulykker under denne operasjonen. En gang falt en atombombe ut av luken deres, og fragmentene falt på den spanske landsbyen Palomares. Det var en brann, men heldigvis var det ingen eksplosjon, og ingen av beboerne ble skadet. Også bomben falt i sjøen, og den ble trukket ut med involvering av dykkere. Hver av disse tilfellene, til tross for andre negative konsekvenser, førte ikke til aktivering av en atombombe.
8. Kan man kjøpe atomvåpen?
Det er nesten umulig å anskaffe eller produsere atomvåpen – det er vanskelig, dyrt og ulovlig.
I 1968 signerte de fleste landene som eksisterte på den tiden traktaten om ikke-spredning av atomvåpen. Det begrenser produksjon og salg av slike våpen. Imidlertid er noen land nå mistenkt for å bryte den. For eksempel har det vært rapporter om at Iran ønsker å bli med i atommaktenes klubb. Angivelig er utviklingen av en atombombe i gang på dens territorium.
Det som kan sies med sikkerhet er at private virksomheter neppe kan utvikle atomvåpen. Oftest er dette nasjonale prosjekter som kun er tilgjengelige for land med store økonomier. Faktisk, for å lage en atombombe fra bunnen av, må du først berike malmen slik at den ønskede isotopen oppnås fra vanlig uran. I tillegg trengs det svært nøyaktige instrumenter for å måle tilstedeværelsen av eksplosiver i våpen.
I tillegg overvåker et spesielt "radioaktivt politi" sirkulasjonen av radioaktive elementer. Stråling setter tross alt alltid spor. Derfor er det neppe mulig å forsikre seg om at en stor mengde radioaktivt materiale transporteres et umerkelig sted.
9. Hvordan er en eksplosjon ved et atomkraftverk forskjellig fra en eksplosjon av en atombombe?
Når en atombombe eksploderer, skjer det en kjedereaksjon, og energien som er lagret i atomkjernen frigjøres. Og ved en ulykke på et atomkraftverk oppstår det et stort trykk inne i en atomreaktor med et radioaktivt stoff, som fører til brudd. Tenk deg at du koker kondensert melk: hvis du koker en krukke, vil den eksplodere.
Ja, i begge tilfeller forekommer radioaktiv forurensning av området, men det kan variere i omfang. For eksempel ble Hiroshima og Nagasaki gjenbefolket bare noen få år etter bombingen. Men rundt atomkraftverket i Tsjernobyl er eksklusjonssonen fortsatt bevart, selv om ulykken skjedde for lenge siden – i 1986. Hvorfor?
For det første er faktum at atombomben i Japan ble detonert i en høyde av flere hundre meter over bakken, så strålingen "forvitret" raskere. Reaktoren i Tsjernobyl eksploderte på bakkenivå og gjorde jorda radioaktiv i mange år. Først nylig har de begynt å møte ville dyr og planter uten tegn til mutasjoner.
For det andre inneholdt "Kid"-bomben bare ca. 65 kg uran, mens "Fat Man" inneholdt ca. 6 kg plutonium. Tsjernobyl-reaktoren slapp ut 180 tonn atombrensel. Det vil si at under ulykken ble det sluppet ut en størrelsesorden flere skadelige stoffer til atmosfæren.
10. Hvor mange atombomber skal til for å ødelegge jorden? Hva skjer hvis en atomkrig bryter ut?
Verdens atomarsenal har nå rundt 13 000 atomstridshoder. Denne reserven er ikke nok til for eksempel å flytte jorden ut av sin bane og dermed muligens ødelegge liv på den.
Men hvis en atomkrig bryter ut, vil det meste av verdens befolkning lide. Hvis vi tar med i betraktningen at hver femte person bor i en millionby, så vil streik mot dem føre til en betydelig reduksjon i den menneskelige befolkningen.
Da vil det starte branner over hele jorden, som vil påvirke klimaet. Så de overlevende vil møte massiv tørke, sur nedbør og hungersnød.