Broń jądrowa

Historia badań jądrowych.

Zanim skonstruowano jakąkolwiek bombę atomową musiano najpierw odkryć pewne zjawiska umożliwiające jej produkcję.
Tak więc na lata 1931- 1938 przypadają badania nad promieniotwórczością prowadzone przez Irenę Joliot-Curie, oraz nad możliwością istnienia neutronów powstałych w wyniku bombardowania atomów berylu promieniowaniem alfa.
Pod koniec 1931 roku amerykański fizyk jądrowy Leo Szilard twierdzi, że możliwe byłoby wywołanie łańcuchowej reakcji rozszczepienia jąder atomowych gdyby jądra te pochłaniały wolne neutrony, oraz, że wydzielała by się przy tym ogromna ilość energii. Są to jednak przypuszczenia.
Dopiero dwa lata później, również amerykańska grupa badawcza pod kierownictwem Ernico Fermiego przeprowadza eksperyment polegający na bombardowaniu neutronami jąder uranu, w wyniku którego otrzymano kilka radioaktywnych izotopów.
Następnie odkryty zostaje proces rozszczepienia jądrowego przez Otto Hahna. Prowadzone są badania mające dokładniej określić własności tego procesu.
O odkryciu tym, dowiaduje się Leo Szilard a następnie Robert Oppenheimer. Robert Oppenheimer wyciąga wniosek, że w reakcji rozszczepienia następuje emisja nadmiaru neutronów co umożliwia reakcję łańcuchową i budowę bomby.
Na lata 1939-1941 przypadają dalsze badania reakcji rozszczepienia. Wiadomo było już, że w ten sposób można wyprodukować duże ilości energii jednak budowa bomby w dalszym ciągu była zadaniem dość trudnym. W 1939 roku pod naciskiem Leo Szilera Aleksander Sachs przedstawia Rooseveltowi tzw. „list Einsteina” w którym przedstawiona została możliwość budowy bomby jądrowej oraz ostrzegał, że Niemcy mogą uzyskać w tej dziedzinie znaczącą przewagę.
21 października tego samego roku w Waszyngtonie odbywa się pierwsze spotkanie Doradczego Komitetu do Spraw Uranu(tzw. „Komitet Briggisa”), który został powołany przez Roosevelta. Przewodniczącym komitetu zostaje Lyman Bryggis, a członkami Są Adamson, Szilard, Sachs Winger i Teller.
Zastanawiano się nad tym, czy konieczne jest zastosowanie rozszczepienia neutronami prędkimi. Pod koniec roku !940 dwaj amerykańscy fizycy Frisch oraz R. Peieris zauważają możliwość rozszczepienia izotopu Uranu 135 prędkimi neutronami. Oszacowują oni masę krytyczną Uranu 235, oraz przewidują wstępne skutki wybuchu jądrowego. Wyniki swoich badań naukowcy ci przekazują Markowi Oliphantowi a ten przekazuje je Henremu Tizardowi, który jest przewodniczącym Komitetu Badań Naukowych.
Następnie Prowadzone są dalsze badania nad rozszczepieniem. Zostaje utworzony jeszcze jeden komitet-„Komitet Maud”, na czele którego stoi Louis Turner. Następnie Turner przesyła Szilardowi swoją pracę w której udowadnia do rozszczepienia jądrowego może być przydatny oprócz Uranu 235, nie odkryty dotychczas neptun.



W 1941 roku Wielka Brytania i Stany Zjednoczone rozpoczynają pierwsze choć skromne jeszcze próby budowy bomby atomowej. Uformowane zostają konkretne zespoły badawcze oraz zdobyte wszystkie materiały potrzebne do budowy bomby. Kraje te jednak ciągle kulały z projektami atomowymi.
21 października zostaje zorganizowane spotkanie w Nowym Jorku z takimi naukowcami jak: Robert Oppenheimer, Georg Kistiakowskyj Lawrenc James Conant. W efekcie spotkania naukowcy dochodzą do wniosku, że budowa bomby jest możliwa.
Programy badawcze jednak trwają bardzo wolno i dlatego 6 grudnia Georg Buch organizuje kolejne spotkanie mające na celu przyspieszenie prac badawczych. Każdy z wymienionych wcześniej naukowców otrzymuje konkretne zadania do wykonania. Zalecana jest też produkcja Plutonu 239 jednak żadnych konkretnych decyzji w tej sprawie nie podjęto. Tak więc można zauważyć, iż prace nad bronią jądrowa w dalszym ciągu szły bardzo powoli.
8 grudnia Stany Zjednoczone wypowiadają wojnę Japonii, a 11 grudnia Niemcom i Włochom.
Na rok 1942 przypada produkcja pierwszych materiałów rozszczepialnych oraz próby budowy reaktora jądrowego.
Robert Oppenheimer wstępuje do utworzonego wcześniej w Chicago laboratorium Metalurgicznego i wspomaga prace nad fizyka i zastosowaniem prędkich neutronów. Rozpoczęta tez zostaje produkcja Plutonu na dużą skalę.
Prezydent Roosevelt przeznacza 85 milionów dolarów na zrealizowanie Atomowego projektu. We wrześniu tego roku zostaje utworzona przez Roberta Oppenheirmera teoretyczna grupa badawcza mająca na celu stworzenie projektu bomby.
Pomimo wojny z Japonią program budowy broni jądrowej cały czas jest realizowany. Utworzony zostaje kolejny projekt-projekt Manhattan, oraz prowadzona jest dyskusja nad stworzeniem laboratorium neutronów prędkich.
Podjęta też zostaje szybka produkcja plutonu. Niestety o tym okresie w dziedzinie historii badań jądrowych wiadomo bardzo niewiele.
Jak wiadomo pierwszymi bombami atomowymi były: Little Boy(w języku angielskim oznacza to mały chłopiec).

Little Boy.

W bombie tej zastosowano tzw. metodę działa. Do produkcji bomby zużyto 64 kilogramy Uranu 235 i mniej więcej tyle samo plutonu. Cały materiał uformowany był w dwie półkule a każda z tych połówek została otoczona warstwą niklu.
Produkcja Little Boy`a została ukończona 3 sierpnia 1945 roku.
Trzy dni później została zdetonowana na wysokości 9450 metrów nad ziemią. Zaatakowane zostało japońskie miasto-Hiroszima. Siła wybuchu wynosiła około 16 kiloton. Bezpośrednio w samym ataku zginęło około 50 000 ludzi a prawie drugie tyle umarło później na skutek efektów ubocznych. Warto zwrócić uwagę, na to, że tu w wyniku wybuchu jednej bomby atomowej zginęło prawie tyle ludzi ile zginęło w okresie całej wojny z Japonią. Tylko, że w wojnie z Japonią brało udział około 30 000 wojsk a tu nastąpiła eksplozja tylko jednej bomby.

Gadget i Fatman.

Jeżeli chodzi o Gadgeta i Fatmana to można by powiedzieć, że te dwie bomby były prawie identyczne pod względem budowy i konstrukcji.
Do produkcji Fatmana użyto około 200 kilogramów plutonu. Średnica bomby wynosiła 152 centymetry a długość 365 centymetrów, zaś waga ponad cztery tony. Bomba ta została zrzucona na japońskie miasto Nagasaki. Początkowo planowano zrzucenie jej nad Kokurą jednak złe warunki atmosferyczne nie pozwoliły na dokładne odnalezienie celu.
Około godziny 11:02 Fatman zostaje zrzucony i wybucha na wysokości około 503 metrów nad ziemią. Siła wybuchu wynosiła około 22 kilotony. W Nagasaki wskutek bezpośredniego ataku zginęło około 45 tysięcy ludzi. Ponieważ w Nagasaki był teren górzysty powstało aż pięć fal uderzeniowych(oczywiście cztery były odbite a tylko jedna właściwa).

Pochodzenie energii.

W bombach atomowych głównym źródłem energii jest reakcja rozszczepienia jąder atomów izotopów ciężkich pierwiastków(głównie izotopów uranu i plutonu). Reakcja ta polega na tym, że jądra tych izotopów pochłaniają neutrony i staja się niestabilne. Gdy dodamy teraz niewielką ilość energii to nastąpi rozszczepienie (rozpad) na dwa jądra przy czym uwalnia się ogromna ilość energii. Powstaje też kilka nowych neutronów, które znowu mogą być pochłaniane i ponownie następuje reakcja rozszczepienia. Tak więc reakcja ta może zachodzić wielokrotnie (mówimy, że reakcja jest samopodtrzymywana)i nazywamy ją wtedy reakcją łańcuchową.
Żeby reakcja rozszczepienia mogła stać się reakcją łańcuchową, materiał użyty do tej reakcji musi osiągać masę krytyczną. (masa krytyczna tzn. taka w której reakcja będzie samopodtrzymywana). Tak więc np. dla Uranu233 masa krytyczna wynosi 16kg, dla Plutonu 239-10 kg, a dla Uranu 235-52 kg.
Czas potrzebny dla przebiegu reakcji.
Zależy on przede wszystkim od tego jaką drogę musza pokonać neutrony, aby dotrzeć do następnych jąder, oraz od prędkości z jaka poruszają się neutrony.
Dla jednych izotopów czas przebiegu reakcji będzie szybszy a dla innych wolniejszy.

W babach termojądrowych (wodorowych) energię uzyskujemy w wyniku reakcji syntezy(łączenia) jąder atomowych izotopów lekkich pierwiastków w jądra helu. Jest to innymi słowy reakcja fuzji. Najczęściej są to dwa izotopy wodoru, Deuter(ma dwa neutrony w jądrze atomu) i Tryt( ma trzy neutrony w jądrze atomu).
Stosować można różne kombinacje łączenia tych pierwiastków, np. połączenie Deuteru z Trytem, Deuteru z Deuterem.

Skutki użycia broni jądrowej

Na pierwszy rzut oka mogło by się wydawać, że jeżeli wybuch jądrowy nie pociąga za sobą zbyt wielu ofiar śmiertelnych w pierwszej chwili ( mam tu na myśli głównie testowanie pierwszych bomb nuklearnych) to oprócz zniszczeń terenu wszystko jest w porządku. Tak jednak nie jest, każdy wybuch jądrowy pociąga za sobą oprócz efektów bezpośrednich szereg późniejszych skutków nie zawsze od razu zauważalnych. Pisząc o skutkach warto zauważyć, że zazębiają się one wzajemnie nawet często jest tak, że jeden efekt wynika z drugiego.

Skażenie radioaktywne.

Skażenie radioaktywne bierze się stąd, że po reakcji rozszczepienia może powstać około 80 izotopów różnych pierwiastków. Izotopy te różnią się wieloma cechami a przede wszystkim okresem półtrwania. Jedne z nich mogą mieć kilkusekundowy okres półtrwania inne zaś dłuższy trwający kilka miesięcy a nawet kilka lat. Izotopy mające krótki okres półtrwania uwalniają gwałtownie energię i tworzą tereny o wysokim stopniu skażenia, które szybko się neutralizują. Natomiast izotopy o długim okresie półtrwania uwalniają swoja energię dłużej i tworzą obszary o niższym stopniu napromieniowania, ale za to neutralizacja tych obszarów jest powolna.
Bezpośrednio po wybuchu stopień napromieniowania jest bardzo wysoki zaś potem stopniowo maleje.
Jeżeli chcemy oszacować stopień napromieniowania możemy posłużyć się tzw. zasadą siedmiu. Zasada ta mówi nam, że z każdym zwiększeniem czasu siedmiokrotnie o chwili wybuchu natężenie promieniowania maleje około dziesięciokrotnie. Czas na ogół liczymy od chwili eksplozji lub godzinę po niej. Tak więc po siedmiu godzinach promieniowanie maleje o około 90% ( mamy wtedy jedną dziesiąta promieniowania sprzed godziny). Po 49 godzinach (to jest siedem razy siedem) natężenie promieniowania maleje o kolejne 90%. 49 godzin to w przybliżeniu dwa dni, tak więc dwa dni razy siedem daje nam dwa tygodnie. Po dwóch tygodniach promieniowanie znowu zmniejszy się o około 90%. Itd.
Przy wybuchu naziemnym Do kuli ognistej zostają wciągnięte duże ilości zanieczyszczeń, na ogół tworzące większe fragmenty w które wnikają promieniotwórcze izotopy które w szybkim czasie opadają na ziemię. Cały ten proces trwa od kilku godzin do kilku dni. Powoduje on skażenie terenu na obszarach do tysięcy kilometrów od punktu zero.
Jeżeli eksplozja jest przeprowadzona blisko ziemi to pomimo, iż kula ognista nie styka się z ziemią bezpośrednio to też może powstać wysokie skażenie promieniotwórcze na skutek pochłonięcia przez ziemię powstałych neutronów.
Przy wybuchu atmosferycznym wyparowane produkty radioaktywne (wzniesione przez kulę ognistą do wysokich warstw atmosfery) schładzają się i ulegają zestaleniu w mikroskopijne cząsteczki, które zostają. Im eksplozja jest większa tym więcej pyłu radioaktywnego zostaje w atmosferze.
Gdy mamy wybuch ładunku nie przekraczającego 100 kt (kiloton) to kula ognista nie dotrze do troposfery gdzie odbywa się zestalanie i wtedy prawie cały pył promieniotwórczy powraca na ziemię.
Gdy zaś mamy wybuch rzędu megaton, to kula ognista wznosi się, aż do stratosfery gdzie jest minimalna zawartość pary wodnej i nie zachodzą tam żadne procesy prowadzące do opadu pyłu na ziemię.

Następnym poważnym skutkiem wybuchu jądrowego jest zniszczenie warstwy ozonowej. Warstwa ozonowa znajdująca się w atmosferze jest niszczona tlenkami azotu produkowanymi podczas wybuchu. Jedna megatona ładunku powoduje produkcję około 5000 ton tlenku azotu.
Duże ilości sadzy i pyłu znajdujące się w atmosferze po wybuchu mogą pochłaniać energię słoneczną (absorpcja światła słonecznego) i powodować tym, że do ziemi docierają mniejsze jej ilości. Wskutek tego klimat automatycznie się ochładza. Zjawisko to nosi nazwę tzw. zimy jądrowej.

Promieniowanie jonizujące

Są cztery rodzaje promieniowania jonizującego. Promieniowanie alfa beta gamma i promieniowanie neutronów.
Promieniowanie alfa to jądra helu, promieniowanie beta to elektrony poruszające się z dużą prędkością, promieniowanie gamma to fotony o krótkiej długości fali.
Największy zasięg mają promieniowanie gamma i neutronowe. Mogą bowiem przenikać praktycznie każdy rodzaj materiału na odległość nawet setek metrów. Dlatego mogą spowodować śmiertelne napromieniowanie, nawet jeżeli organizm człowieka nie miał bezpośredniej styczności z promieniowaniem.
Promieniowanie beta ma natomiast mniejszy zasięg ale większą zdolność jonizacji.
Promieniowanie alfa jest natomiast najmniej szkodliwe ponieważ ma bardzo niewielki zasięg jonizacji(zaledwie kilka centymetrów) i nie przenika nawet skóry. Może być zatrzymane nawet przez kartkę papieru.

Promieniowanie jonizujące stanowi zagrożenie dla organizmów żywych głównie dlatego, że uszkadza chromosomy. Kiedy komórki zostają zaatakowane poprzez promieniowanie ulegając rozpadowi wytwarzają wolne rodniki, które doprowadzają do uszkodzenia procesów metabolicznych oraz replikacyjnych (czyli procesów samoodtwarzania się DNA), w komórce oraz do bezpośredniego uszkodzenia DNA. Komórka nie tylko pozbawiona jest DNA, lecz także nie może go odtworzyć. Owszem komórki mogą odtworzyć DNA nawet jeżeli zostało ono uszkodzone w dużym stopniu, ale wymaga to długiego okresu czasu. Jeżeli komórki będą w dalszym ciągu atakowane przez promieniowanie, to proces ich naprawiania może zostać zatrzymany.
Tak więc jeśli organizm zostanie narażony na taką samą dawkę promieniowania nagle, gwałtownie to odniesie znacznie poważniejsze skutki, niż wtedy kiedy przyjął by tą dawkę w dłuższym czasie.
Najbardziej narażone na promieniowanie są tkanki limfatyczne, szpik kostny, krwinki oraz tkanki które często się regenerują. Najmniej narażone na promieniowanie, są stałe elementy organizmu, np. układ nerwowy, czy tkanki stałe.
Narażenie się na promieniowanie czyli tzw. ekspozycję (a dokładniej wystawienie swojego organizmu na promieniowanie) można podzielić na trzy skale czasowe.
Skala pierwsza-trwa około jednej minuty od wybuchu-to ekspozycja na promieniowanie bezpośrednie wytwarzane przez kulę ognistą i mogące spowodować bardzo poważne napromieniowanie osób będących zbyt blisko punktu zero.
Skala druga-to ekspozycja trwająca do kilku dni od momentu wybuchu. Jest związana z opadaniem pyłu promieniotwórczego na ziemię. Stopień napromieniowania zależy od tego jak długo organizm będzie narażony na promieniowanie.
Skala trzecia- to ekspozycja długoterminowa trwająca kilka miesięcy a nawet lat. Organizm narażony jest na słabe promieniowanie, ale w zamian za to trwające przez długi okres czasu.

Skutki działania fali uderzeniowej

Fala uderzeniowa to masa silnie sprężonego powietrza poruszającego się z prędkością kilkakrotnie przekraczającą prędkość dźwięku. Czoło tej fali to obszar bardzo wysokiego ciśnienia (zwanego też nadciśnieniem)sięgającego nawet kilkaset tysięcy atmosfer. Nadciśnienie nie powoduje u człowieka bezpośrednio śmierci(organizm ludzki jest bowiem bardzo odporny na nadciśnienie) jednak powoduje doszczętne zniszczenia wszelkich budowli powodując tym śmiertelne zagrożenie dla człowieka. Zniszczone zostają wszelkie budowle a pozostałe po nich elementy rozrzucane są z dużą prędkością. Podmuch fali powoduje też zwiększenie obrażeń termicznych, np. poprzez odrywanie fragmentów poparzonej skóry co powoduje powstanie trudnych do wygojenia ran. Na końcu fali znajduje się strefa podciśnienia(Ciśnienie jest o wiele mniejsze od normalnego). Powoduje to dodatkowe zniszczenia.

Pożary oraz urazy termiczne.

Pożary powstają na skutek bardzo wysokich temperatur w kuli ognistej, ale do tego przyczynia się również fala uderzeniowa. Dzieje się tak dlatego, że zburzone budowle są o wiele bardziej podatne na zapalenie się a duże ilości dziur np. w dachach czy ścianach naruszonych budynków tworzą tzw. kominy wentylacyjne ułatwiające rozprzestrzenianie się pożarów. Pożywkę dla pożarów stanowią także zniszczone częściowo gazociągi czy magazyny z materiałami wybuchowymi.
Pożary mogą przekształcić się w tzw. burze ogniowe. Dzieje się tak kiedy pojedyncze pożary wytwarzają kolumnę gorącego powietrza gwałtownie się wznoszącą, co powoduje powstanie potężnych wiatrów a nawet huraganów, które często szaleją nad terenami dotkniętymi pożarami.
Burze ogniowe trawią wszystko doszczętnie i trwają dopóki nie zostanie zużyta wszystka materia nadająca się do spalenia. Wewnątrz burzy ognia panuje duże stężenie dwutlenku węgla oraz temperatura sięgająca nawet wielu set stopni Celsjusza. Na obszarach dotkniętych burzą ognia mogą zostać stopione ulice samochody szkło itd.
Zaś urazy termiczne to najczęściej oparzenia, spowodowane oczywiście silnym promieniowaniem cieplnym. Powstają na ogół błyskawicznie i mogą mieć różny stopień nasilenia.
Wyróżniamy oparzenia pierwszego drugiego i trzeciego stopnia, a także czwartego i piątego. Pierwsze dwa stopnie oparzeń nie są jeszcze groźne (chociaż czasami też mogą zagrażać życiu) natomiast oparzenia trzeciego czwartego i piątego stopnia są o wiele bardziej niebezpieczne gdyż w skórze w miejscu oparzenia obumierają wszystkie komórki odpowiedzialne za regeneracje skóry, a także uszkodzone zostają warstwy mięśni podskórnych.

Innym skutkiem mogą być uszkodzenia oczu. Najczęściej występuje tzw. ślepota błyskowa. Polega to na tym, że wzrokowy barwnik siatkówki jest całkowicie odbarwiony i człowiek nic nie widzi. Barwnik ten oczywiście ulega regeneracji jednak przez kilka minut człowiek jest zupełnie ślepy. Może to utrudniać akcje ratowniczą. Inne znacznie poważniejsze uszkodzenie wzroku to uszkodzenie soczewki. Do uszkodzenia soczewki może dojść wtedy gdy skierujemy nasz wzrok bezpośrednio na miejsce wybuchu. Warto wiedzieć, że w tym wypadku odległość od kuli ognia nie ma żadnego znaczenia. Nawet gdy jesteśmy od niej daleko to widzimy jedynie mniejsze rozmiary kuli, natomiast wrażliwość naszego oka na światło pozostaje taka sama.

Ilość krajów posiadająca broń nuklearną

Państwa posiadające obecnie broń jądrową:
-Stany Zjednoczone Ameryki
-Wielka Brytania
-Rosja
-Francja
-Chiny
-Indie
-Pakistan


Państwa, które kiedyś miały w swoim posiadaniu broń jądrową:
-Algieria
-Argentyna
-Irak
-Brazylia
-Republika Południowej Afryki
-Państwa dawnego Związku Radzieckiego
-Białoruś
-Ukraina
-Kazachstan

-Szwajcaria
-Korea Południowa
-Tajwan
-Szwecja

Państwa podejrzewane o posiadanie broni jądrowej:
-Korea Północna
-Iran
-Izrael
-Libia

Traktaty dotyczące broni jądrowej

Jak wiadomo broń nuklearna to broń niebezpieczna o wysokiej sile rażenia. Nieodpowiednie jej używanie mogło by doprowadzić do zagłady ludzkości.
Aby temu zapobiec wprowadza się rożnego rodzaju traktaty ograniczające użycie broni jądrowej.

Traktat o Zakazie prób nuklearnych-4 sierpnia 1963r
Podpisały: Stany Zjednoczone, Związek Radziecki i Wielka Brytania.

Traktat o zakazie prób w przestrzeni kosmicznej-styczeń 1967r
Podpisały 93 kraje

Traktat Antarktyczny-4 sierpień 1963r
Podpisało 40 państw
Traktat ten zabraniał wykorzystywania terenów Antarktydy do testowania broni nuklearnej.

Traktat o ograniczonym zakazie prób nuklearnych-1968rok
Podpisało 120 państw
Traktat ten zabraniał testowania broni jądrowej w przestrzeni kosmicznej pod ziemią i pod wodą.

Traktat o ograniczeniu dopuszczalnej siły wybuchu głowic testowych-1974rok
Podpisały: Stany Zjednoczone i Związek Radziecki.
Południowo Pacyfiki Traktat o Strefie wolnej od broni jądrowej-1985rok
Podpisało 11 Państw
Traktat ten zakazywał testowania produkcji i zdobywania broni jądrowej przez państwa znajdujące się w regionie północno-pacyfickim.

Traktat Tlatelocloliański-1967rok
Podpisały: Stany Zjednoczone i wszystkie państwa Ameryki południowej, poza wyjątkiem Brazylii i Argentyny.


Ja osobiście uważam(chociaż wiem, że jest to niemożliwe), że powinien być wprowadzony ogólnoświatowy zakaz produkcji, posiadania, używania i testowania broni jądrowej we wszystkich krajach na świecie. Broń jądrowa jest moim zdaniem wynalazkiem bardzo niebezpiecznym, a w dobie ówczesnego terroryzmu bardzo łatwo może dostać się w niepowołane ręce, bądź być użyta w nadmiarze.