Albert Einsteini avastus ainete võimest vabastada aatomitasandil suures koguses energiat tähistas tuumafüüsika algust. 1930. aastatel simuleerisid teadlased laboris õhus toimunud tuumaplahvatust, kuid saadud kogemused seadsid ohtu rahuliku elu Maal.
Tööpõhimõte
Õhus toimuva tuumaplahvatuse jaoks peate looma teatud tingimused, mis kutsuvad esile detonatsiooni. Tavaliselt kasutatakse detonaatoritena TNT-d või RDX-i, mille mõjul pressitakse radioaktiivne aine (tavaliselt uraan või plutoonium) 10 sekundi jooksul kriitilise massini ja seejärel toimub võimas energia vabanemine. Kui pomm on termotuuma, siis selles toimub kergete elementide muundumine raskemateks. Sel juhul vabanev energia toob endaga kaasa veelgi võimsama plahvatuse.
Tuumareaktorit saab kasutada ka rahumeelsetel eesmärkidel, kuna lõhustumist saab kontrollida. Selleks kasutatakse seadmeid, mis neelavad neutroneid. Sellises paigalduses toimuvad protsessid on alati tasakaalus. Isegiparameetrite väiksemate muutuste korral kustutab süsteem need õigel ajal ja naaseb töörežiimile. Hädaolukordades lähtestatakse ahelreaktsiooni peatamiseks elemendid automaatselt.
Esimene kogemus
Avastas Einstein ja uuris edasi tuumafüüsikud. Energia vabanemine ei huvitanud mitte ainult teadlasi, vaid ka sõjaväelasi. Võimalus hankida väikesest kogusest materjalist uusi relvi, mis võiksid tekitada võimsaid plahvatusi, viis katseteni radioaktiivsete elementidega.
Füüsiliselt tõestas olulise kahjustava mõjuga plahvatuse võimalikkust prantsuse teadlane Joliot-Curie. Ta avastas ahelreaktsiooni, millest sai võimas energiaallikas. Lisaks kavatses ta teha katseid deuteeriumoksiidiga, kuid Teise maailmasõja tingimustes oli seda Prantsusmaal võimatu teha, mistõttu hakkasid Briti teadlased tulevikus aatomirelvade välja töötama.
Esimest lõhkekeha katsetati 1945. aasta suvel Ameerikas. Tänapäeva standardite järgi oli pommil vähe jõudu, kuid toona ületas tekkiv efekt kõik ootused. Plahvatuse jõud ja mõju ümbritsevale alale olid tohutud.
Tulemused
Õhk-tuumaplahvatuse omaduste kindlakstegemiseks viidi läbi katsed. Kohalviibijad kirjeldasid seejärel nähtut. Nad jälgisid eredat helendavat punkti mitmesaja kilomeetri kaugusel. Siis muutus see tohutuks palliks, kuuldus väga vali heli ja seda kilomeetrite kaupalööklaine rullus üle. Õhupall plahvatas, jättes endast maha kaheteistkilomeetrise seenekujulise pilve. Plahvatuspaika jäi kraater, mis ulatus kümnete meetrite sügavusele ja laiusele. Maapind tema ümber mitmesaja meetri ulatuses muutus elutuks, auklikuks pinnaseks.
Tuumaplahvatuse ajal tõusis õhutemperatuur märkimisväärselt ja atmosfäär ise näis muutuvat tihedamaks. Seda tundsid isegi pe altnägijad, kes olid varjupaiga epitsentrist kaugel. Nende nähtu ulatus oli hämmastav, sest keegi ei kujutanud ette, millise võimuga nad silmitsi seisavad. Jõuti järeldusele, et testid olid edukad.
Õhus toimuva tuumaplahvatuse kahjustavad tegurid
Sõjaväelased mõistsid kohe, et uus relv võib otsustada iga sõja tulemuse. Kuid sel ajal ei mõelnud keegi tuumaplahvatuse kahjustavate tegurite mõjust. Teadlased pöörasid tähelepanu ainult kõige ilmsematele neist:
- šokilaine;
- valguskiirgus.
Sel ajal ei teadnud keegi radioaktiivsest saastatusest ja ioniseerivast kiirgusest, kuigi hiljem osutus just läbitungiv kiirgus kõige ohtlikumaks. Niisiis, kui laastamistööd ja hävingud paiknesid õhu tuumaplahvatuse epitsentrist mitmesaja meetri kaugusel, ulatus kiirguse lagunemissaaduste hajumise ala sadade kilomeetriteni. Inimene sai esimese kokkupuute, mida hiljem süvendas kiirgussademed lähipiirkondades.
Samuti ei teadnud teadlased seda veel mõju allTuumaplahvatuse õhulööklaine tekitab elektromagnetilise impulsi, mis võib sadade kilomeetrite kaugusel kogu elektroonika välja lülitada. Seega ei osanud esimesed testijad isegi ette kujutada, kui võimas relv loodi ja kui katastroofilised võivad selle kasutamise tagajärjed olla.
Plahvatuste tüübid
Õhu tuumaplahvatused toimuvad troposfääri kõrgusel, st 10 km raadiuses maapinnast. Kuid peale nende on ka teisi tüüpe, näiteks:
- Maapealne või veepealne, mis juhitakse vastav alt maa või vee pinnale. Tulekera, mis paisub sähvatusest, samas näib, et päike tõuseb horisondi tagant.
- Kõrgkõrgus, läbi viidud atmosfääris. Samal ajal on helendav välklamp väga suure suurusega, see ripub õhus ega puuduta maad ega veepinda.
- Maa- või veealune esineb maakoore paksuses või sügavuses. Tavaliselt välku pole.
- Tühik. Need esinevad maakerast sadade kilomeetrite kaugusel, väljaspool ringruumi ja nendega kaasneb helendavate molekulide pilv.
Erinevad tüübid erinevad mitte ainult välgu, vaid ka muude väliste omaduste, aga ka kahjustavate tegurite, plahvatuse intensiivsuse, tulemuste ja tagajärgede poolest.
Maapealne testimine
Esimesi pomme katsetati otse maapinnal. Just seda tüüpi plahvatustega kaasneb selge seenepilvõhku ja mitmekümne või isegi sadu meetrit pinnasesse ulatuvat kraatrit. Maapealne plahvatus tundub kõige hirmutavam, kuna maapinnast madalal hõljuv pilv tõmbab ligi mitte ainult tolmu, vaid ka olulise osa pinnasest, mis muudab selle peaaegu mustaks. Pinnaseosakesed segunevad keemiliste elementidega ja langevad seejärel maapinnale, mis muudab piirkonna radioaktiivselt saastunud ja täiesti elamiskõlbmatuks. Sõjalistel eesmärkidel saab seda kasutada võimsate hoonete või objektide hävitamiseks, tohutute territooriumide nakatamiseks. Hävitav mõju on kõige võimsam.
Maapinna plahvatused
Katse tehakse ka veepinna kohal. Sel juhul koosneb pilv veetolmust, mis vähendab valguskiirguse intensiivsust, kuid kannab radioaktiivseid osakesi suurte vahemaade taha, mille tulemusena võivad need koos sademetega välja kukkuda katsepaigast tuhande kilomeetri kaugusel.
Sõjalistel eesmärkidel saab seda kasutada mereväebaaside, sadamate ja laevade hävitamiseks või vete ja ranniku saastamiseks.
Õhuplahvatused
Seda liiki saab toota maapinnast suurel kaugusel (sel juhul nimetatakse seda kõrgeks) või väikesel kaugusel (madal). Mida suurem on plahvatus, seda vähem on kerkival pilvel sarnasusi seene kujuga, sest maapinnast pärit tolmusammas selleni ei ulatu.
Sellisel kujul on välklamp väga ere, nii et seda saab näha epitsentrist sadade kilomeetrite kaugusel. Sellest plahvatav tulekera, mille temperatuur mõõdetakse tollidesmiljonite kraadide Celsiuse järgi, tõuseb üles ja saadab välja võimsat valguskiirgust. Seda kõike saadab vali heli, mis ähmaselt meenutab äikest.
Kui pall jahtub, muutub see pilveks, mis tekitab õhuvoolu, mis korjab pinn alt tolmu. Saadud sammas võib ulatuda pilveni, kui see ei asu maapinnast väga kõrgel. Kui pilv hakkab hajuma, õhuvool nõrgeneb.
Sellise plahvatuse tagajärjel võivad õhus olevad objektid, ehitised ja selle läheduses olevad inimesed pihta saada.
Võitluskasutus
Hiroshima ja Nagasaki on ainsad linnad, mille vastu tuumarelvi kasutati. Seal juhtunud tragöödia oli võrratu.
Elanikud kogesid õhus leviva tuumaplahvatuse mõju, mis algas maapinnast lühikese vahemaa kaugusel ja mis klassifitseeriti madalaks. Samal ajal hävis infrastruktuur täielikult, hukkus umbes 200 tuhat inimest. Kaks kolmandikku neist suri silmapilkselt. Need, kes olid epitsentris, lagunesid koletu temperatuuri tõttu molekulideks. Nende valguskiirgus jättis seintele varjud.
Inimesed, kes olid epitsentrist kaugemal, surid tuumaplahvatuse lööklaine ja gammakiirguse tõttu. Mõned ellujäänutest said surmava kiiritusdoosi, kuid arstid ei teadnud veel kiiritushaigusest, mistõttu ei saanud keegi aru, miks pärast kujuteldavaid paranemismärke patsientide seisund halvenes. Arstid kaalusid sedadüsenteeria, kuid 3-8 nädala jooksul surid patsiendid, kellel tekkis tugev oksendamine. Hiroshima ja Nagasaki aatomipommiplahvatuses ellujäänute kummaline haigus andis tõuke tuumameditsiini valdkonna teadusuuringute alustamiseks.
Plahvatused kõrgel kõrgusel
Pärast Jaapani linnade pommitamist tuumarelvi lahingutegevuseks ei kasutatud, kuid nende võimekuse uurimine jätkus erinevates kohtades. Atmosfääriharjutused võimaldasid mõista, mis juhtub, kui plahvatus toimub kõrgusel. Selgus, et kui keskus asub maapinnast 10 km kaugusel, tekib suhteliselt väike tuumaplahvatuse laine, kuid valgus- ja kiirguskiirgus suurenevad samal ajal. Mida suurem on plahvatus, seda tugevamini suureneb ionisatsioon, millega kaasneb raadioseadmete rike.
Pinn alt vaadates tundub see kõik nagu suur ere sähvatus, millele järgneb vesiniku, süsiniku ja lämmastiku aurustuvate molekulide pilv. Õhuvool ei ulatu maapinnani, seega pole tolmusammast. Samuti ei ole territoorium praktiliselt saastunud, kuna õhumassid liiguvad suurel kõrgusel nõrg alt, mistõttu sellise tuumaplahvatuse eesmärk võib olla lennukite, rakettide või satelliitide hävitamine.
Maa-alused testid
Hiljuti on riikide vahel sõlmitud kokkulepe, mis reguleerib tuumakatsetusi ja nõuab nende läbiviimist ainult maa all, mis minimeerib reostust ja katsepaikade ümber tekkivaid elamiskõlbmatuid alasid.
Maa-aluseid katseid peetakse kõige vähem ohtlikuks alates tegevusestkõik kahjustavad tegurid põhjustavad tõu. Samal ajal on võimatu näha helendavaid sähvatusi ega seenepilve, sellest on järel vaid tolmusammas. Kuid lööklaine viib maavärina ja pinnase kokkuvarisemiseni. Tavaliselt kasutatakse seda rahumeelsetel eesmärkidel, riigi majandusprobleemide lahendamiseks. Näiteks saate nii hävitada mäeahelikke või moodustada tehisreservuaare.
Veealune testimine
Plahvatustel vee all on kohutavamad tagajärjed. Esiteks ilmub pihusammas, mis tõuseb radioaktiivse udu pilveks. Samal ajal tekivad veepinnale meetripikkused lained, mis hävitavad laevu ja veealuseid ehitisi. Seejärel on külgnevad territooriumid saastunud hajuva pilve tõttu, mis kallab radioaktiivset vihma.
Kaitsemeetmed
Tuumaplahvatus tapab kõik, mis tema teel on, ja hävitab kõik materiaalsed objektid. Selle epitsentrisse sattunud inimestel pole võimalust põgeneda, nad põlevad hetkega maani. Pommivarjend on täiesti kasutu, kuna see hävitatakse kohe.
Põgeneda saavad vaid need, kes on plahvatusest piisav alt kaugel. Maavärina epitsentrist rohkem kui 1-3 km kaugusel on võimalik vältida lööklaine mõju, kuid selleks on vaja kiiresti leida usaldusväärne varjualune kohe, kui ere sähvatus tekib. Inimesel on selleks olenev alt distantsist aega 2 kuni 8 sekundit. Varjendis gammakiirguse otselööki ei toimu, kuid radioaktiivse saastumise tõenäosus on siiski väga suur. Kiiritushaiguse riski saate vähendada, kui kasutate isikukaitsevahendeid ja vältite kontaktikõik territooriumil olevad üksused.
Tuumarelvad on üks inimkonna kohutavamaid leiutisi. Kui seda kasutatakse rahumeelsetel eesmärkidel, võib sellest palju kasu olla, kuid selle sõjaline kasutamine kujutab endast kohutavat ohtu elule maa peal. Alanud ahelreaktsiooni ei saa peatada, seega on olemas tuumadesarmeerimise leping, mille eesmärk on kaitsta planeeti katastroofi eest.
