10 beschamende vragen over kernwapens: natuurkundige Dmitry Pobedinsky beantwoordt

In het nieuwe artikel serie experts beantwoorden vragen die meestal gênant zijn om te stellen: het lijkt erop dat iedereen het al weet, en de vragensteller zal er stom uitzien.

Voor de première van Oppenheimer spraken we met natuurkundige Dmitry Pobedinsky over atoombommen. We hopen dat de film nu duidelijker is.

1. Waarin verschilt een atoombom van een conventionele?

Een bom is in principe een projectiel gevuld met een explosief dat heel snel een chemische reactie kan aangaan. Wanneer dit gebeurt, vindt er een explosie plaats - dat wil zeggen dat er in korte tijd een grote hoeveelheid energie vrijkomt.

Voorafgaand aan de activering van de bom wordt deze energie als het ware in een “slaaptoestand” opgeslagen. In gewone bommen wordt het opgeslagen in de vorm van bindingen tussen de atomen van moleculen. In een atoombom - in de vorm van verbindingen tussen de deeltjes van de kern, protonen en neutronen. De verbindingen tussen de laatste zijn veel sterker, dus de energie die vrijkomt wanneer de bom wordt geactiveerd, zal meer - ceteris paribus - ongeveer een miljoen keer zijn.

2. Wat is het verschil tussen atoom-, nucleaire en thermonucleaire bommen?

De concepten van een atoombom en een atoombom zijn meestal uitwisselbaar en betekenen in onze context hetzelfde: voor hun explosie wordt de kernsplijtingsreactie gebruikt zware elementenzoals uranium of plutonium.

Thermonucleaire bommen gebruiken een ander principe - thermonucleaire fusie, waarbij dergelijke longen elementen als waterstof of lithium versmelten tot zwaardere, waardoor de energie die nodig is voor explosie.

In termen van energie die vrijkomt, kunnen thermonucleaire bommen, in tegenstelling tot nucleaire bommen, erg groot worden gemaakt. Het is vrij moeilijk om de kracht van een nucleaire lading te vermenigvuldigen, maar het is relatief eenvoudig om de kracht van een thermonucleaire bom te vergroten.

Zelfs thermonucleaire bommen hebben niet zo'n schadelijke factor als straling. Maar wanneer een atoombom ontploft, worden er veel onstabiele elementen gevormd en treedt stralingsverontreiniging van het gebied op.

Vaak bevat een thermonucleaire bom echter een atoombom, wat leidt tot stralingsvervuiling, zij het in mindere mate.

Samenvatten:

• atoombom en atoombom zijn hetzelfde
• atoombommen gebruiken reacties van zware elementen, thermonucleaire bommen gebruiken lichte,
• het is gemakkelijker om de kracht van thermonucleaire bommen te vergroten dan atoombommen,
• met een nucleaire en thermonucleaire explosie van dezelfde kracht zal er in het tweede geval minder stralingsvervuiling zijn.

3. Hoe worden kernwapens geactiveerd en naar een doelwit geleid?

In de radioactieve stof die zich in de atoombom bevindt, gaat de splijtingsreactie constant door in een smeulende modus. De energie die in dit geval vrijkomt, is echter niet genoeg om een ​​grote explosie te laten plaatsvinden.

Het is mogelijk om het proces actiever te laten verlopen. Hiervoor moet de splijtingsreactie kettingreactie zijn en zichzelf in stand houden - dat wil zeggen, zodat het verbreken van de ene binding tussen de deeltjes van de kern het verbreken van een andere veroorzaakt, enzovoort, in oplopende volgorde. Dan zal deze lawine-achtige impact in microfracties van een seconde leiden tot het vrijkomen van een grote hoeveelheid energie en dienovereenkomstig tot een explosie.

Er bestaat zoiets als kritische massa - de minimale massa van een stof die nodig is om een ​​kettingreactie van kernsplijting op gang te brengen. Dat wil zeggen, om de bom te laten ontploffen, is het noodzakelijk om de kritische massa te overschrijden. Dit gebeurt op twee manieren:

1. Verbind twee identieke staven met dezelfde substantie erin en druk ze een tijdje samen. Dat wil zeggen, als de kritische massa 10 kg is en elke staaf 6 kg weegt, dan krijgen we door ze te verbinden een staaf van 12 kg, die de kritische massa zal overschrijden, en zal een nucleaire kettingreactie beginnen. Dat deden bijvoorbeeld de makers van de eerste bom "Baby", die op Hiroshima werd gedropt.
2. Een bal die een massa heeft die kleiner is dan de kritische, wordt omgeven door explosieven en veroorzaakt een gerichte explosie. De schokgolf comprimeert deze bal, de dichtheid neemt toe. De massa voor deze nieuwe dichtheid wordt hoger dan de kritische en de reactie begint. Deze methode wordt implosie genoemd en werd gebruikt om de Fat Man te activeren die op Nagasaki was gevallen, evenals voor de Gadget, de allereerste bom die tot ontploffing kwam in de Amerikaanse woestijn. De film Oppenheimer laat dit moment zien.

Hoe de bom op het doel wordt gericht, is een kwestie van aerodynamica en ruimteballistiek. Nu zijn er ballistische raketten met nucleaire of thermonucleaire kernkoppen die als ruimteraketten de lucht in worden gelanceerd, maar ze komen niet in een baan om de aarde. In plaats daarvan beginnen ze naar het doelwit te vallen langs een bepaald, vooraf berekend traject.

4. Wat gebeurt er na de explosie?

Nadat de bom ontploft komt er eerst veel lichtstraling vrij, die alles in een bepaalde straal verbrandt. Deze flits is zo krachtig dat hij te vergelijken is met de straling van een ster in de ruimte. Daarom brandt alles wat zich in het epicentrum bevindt onmiddellijk uit.

Dan komt de schokgolf. Het beweegt met een snelheid boven de geluidssnelheid, maar onder de lichtsnelheid en veegt alles op zijn pad weg: gebouwen vernietigen, bomen ontwortelen, auto's omverwerpen.

Tegelijkertijd is het gebied besmet met straling. Mensen worden ziek met stralingsziekte, zij en hun nakomelingen verhogen de groei van oncologische ziekten. Planten en dieren muteren. Landbouwgronden worden onbruikbaar.

5. Hebben nucleaire presidenten echt een rode knop?

Ik weet dat niet. Ik denk dat het een figuurlijke titel is. In een vliegtuig zijn er bijvoorbeeld apparaten waarop vluchtparameters en pilotengesprekken worden vastgelegd. Ze worden zwarte dozen genoemd, hoewel ze eigenlijk oranje zijn geverfd. Hetzelfde geldt hier - het is onwaarschijnlijk dat de "rode knop" de fysieke belichaming beschrijft.

Maar dat er strategische kernwapens zijn die paraat staan ​​en relatief gezien elk moment klaar zijn voor gebruik klopt. Het kan worden gebruikt wanneer er een directe dreiging voor de staat is, bijvoorbeeld van een nucleaire aanval tot een aanval van buitenaardse wezens. In dit geval geeft de eerste persoon van de staat, de president, een persoonlijk bevel om het te lanceren.

Daarnaast zijn er tactische kernwapens die niet zijn voorbereid voor direct gebruik. Het wordt opgeslagen in een "mottenballen" staat in militaire eenheden.

6. Hebben kernwapens een houdbaarheidsdatum?

Nucleaire bommen gebruiken een onstabiele radioactieve stof die een natuurlijk vervalproces ondergaat. Hierdoor worden de actieve eigenschappen van atoombommen in de loop van de tijd steeds kleiner. Maar de rekening gaat niet over jaren, maar over tienduizenden jaren.

De halfwaardetijd van plutonium-239 is bijvoorbeeld 24.000 jaar en die van uranium-235 is 700.000.000 jaar. Wat betekent het? Dit betekent dat pas na deze tijd de werkzame stof in de bom de helft minder wordt. Dat wil zeggen, aan de horizon van honderden jaren blijft een atoombom gevaarlijk.

Daarnaast zitten er echter extra elementen in de bom, die elk hun eigen vervaldatum hebben. Ook deze elementen verouderen. Zo kunnen de meest voorkomende explosieven vochtig worden, kan elektronica onbruikbaar worden. Daarom hangt de houdbaarheid van elke specifieke bom af van het ontwerp.

7. Kan een atoombom uit zichzelf ontploffen?

Uiterst onwaarschijnlijk. De ontploffing van een nucleaire of thermonucleaire bom is een proces waarbij gemakkelijk iets mis kan gaan. Als er bijvoorbeeld per ongeluk een bom uit een vliegtuig op de stoep valt, kan er iets in bewegen, klikken, het proces van het starten van de explosie zal beginnen, maar hoogstwaarschijnlijk zal het niet volledig worden voltooid en zal het niet tot een reus leiden energie vrijkomen. Er zal slechts een kleine "nul" zijn.

Zo voerde de Amerikaanse luchtmacht in 1966, tijdens de Koude Oorlog, Operatie Chrome Dome uit. Verschillende bommenwerpers met atoombommen aan boord waren constant in de lucht en stonden elk moment klaar om de USSR aan te vallen.

Tijdens deze operatie hebben zich meerdere ongevallen voorgedaan. Eens viel een atoombom uit hun luik en de fragmenten vielen op het Spaanse dorp Palomares. Er was brand, maar gelukkig geen explosie en geen van de bewoners raakte gewond. Ook viel de bom in zee en werd hij met tussenkomst van duikers eruit gehaald. Elk van deze gevallen leidde, ondanks andere negatieve gevolgen, niet tot de activering van een atoombom.

8. Kunnen kernwapens worden gekocht?

Het is bijna onmogelijk om kernwapens te verwerven of te produceren - het is moeilijk, duur en illegaal.

In 1968 ondertekenden de meeste landen die toen bestonden het Verdrag inzake de niet-verspreiding van kernwapens. Het beperkt de productie en verkoop van dergelijke wapens. Sommige landen worden er nu echter van verdacht deze te overtreden. Zo zijn er berichten dat Iran wil toetreden tot de club van kernmachten. Naar verluidt is de ontwikkeling van een atoombom op zijn grondgebied aan de gang.

Wat zeker kan worden gezegd, is dat particuliere ondernemingen nauwelijks kernwapens kunnen ontwikkelen. Meestal zijn dit nationale projecten die alleen beschikbaar zijn voor landen met grote economieën. Om een ​​atoombom helemaal opnieuw te maken, moet je inderdaad eerst het erts verrijken zodat de gewenste isotoop wordt verkregen uit gewoon uranium. Daarnaast zijn zeer nauwkeurige instrumenten nodig om de aanwezigheid van explosieven in wapens te meten.

Daarnaast houdt een speciale “radioactieve politie” toezicht op de circulatie van radioactieve elementen. Straling laat immers altijd sporen na. Daarom is het nauwelijks mogelijk om ervoor te zorgen dat een grote hoeveelheid radioactief materiaal ongemerkt ergens heen wordt getransporteerd.

9. Hoe verschilt een explosie in een kerncentrale van een explosie van een atoombom?

Wanneer een atoombom ontploft, vindt er een kettingreactie plaats en komt de energie die is opgeslagen in de kern van het atoom vrij. En bij een ongeval in een kerncentrale ontstaat er een grote druk in een kernreactor met een radioactieve stof, wat leidt tot een breuk. Stel je voor dat je gecondenseerde melk aan het koken bent: als je een pot kookt, explodeert deze.

Ja, in beide gevallen treedt radioactieve besmetting van het gebied op, maar deze kan in schaal verschillen. Zo werden Hiroshima en Nagasaki slechts enkele jaren na het bombardement opnieuw bevolkt. Maar rond de kerncentrale van Tsjernobyl is de uitsluitingszone nog steeds behouden, hoewel het ongeval lang geleden plaatsvond - in 1986. Waarom?

Ten eerste is het een feit dat de atoombom in Japan op een hoogte van enkele honderden meters boven de grond tot ontploffing is gebracht, waardoor de straling sneller "verweerde". De reactor in Tsjernobyl explodeerde op grondniveau, waardoor de bodem jarenlang radioactief werd. Pas onlangs zijn ze begonnen met het ontmoeten van wilde dieren en planten zonder tekenen van mutaties.

Ten tweede bevatte de "Kid"-bom slechts ongeveer 65 kg uranium, terwijl de "Fat Man" ongeveer 6 kg plutonium bevatte. Bij de reactor van Tsjernobyl kwam 180 ton splijtstof vrij. Dat wil zeggen dat tijdens het ongeval een orde van grootte meer schadelijke stoffen in de atmosfeer terechtkwamen.

10. Hoeveel atoombommen zijn er nodig om de aarde te vernietigen? Wat gebeurt er als er een kernoorlog uitbreekt?

Het nucleaire arsenaal van de wereld heeft nu ongeveer 13.000 kernkoppen. Deze reserve is niet voldoende om bijvoorbeeld de aarde uit haar baan te halen en daardoor mogelijk het leven erop te vernietigen.

Als er echter een nucleaire oorlog uitbreekt, zal het grootste deel van de wereldbevolking eronder lijden. Als we er rekening mee houden dat elke vijfde persoon in een stad met meer dan een miljoen mensen woont, zullen stakingen tegen hen leiden tot een aanzienlijke vermindering van de menselijke bevolking.

Dan zullen er overal op aarde branden ontstaan, die het klimaat zullen beïnvloeden. De overlevenden zullen dus te maken krijgen met enorme droogte, zure regen en hongersnood.