10 שאלות מבישות על נשק גרעיני: הפיזיקאי דמיטרי פובדינסקי עונה

בחדש סדרת מאמרים מומחים עונים על שאלות שבדרך כלל מביך לשאול: נראה שכולם כבר יודעים על זה, והשואל ייראה טיפש.

לפני הבכורה של אופנהיימר, שוחחנו עם הפיזיקאי דמיטרי פובדינסקי על פצצות אטום. אנו מקווים שהסרט יהיה ברור יותר כעת.

1. במה שונה פצצת אטום מפצצה רגילה?

פצצה, באופן עקרוני, היא קליע ממולא בחומר נפץ שיכול להיכנס מהר מאוד לתגובה כימית. כאשר זה קורה, מתרחש פיצוץ – כלומר משתחררת כמות גדולה של אנרגיה תוך זמן קצר.

לפני הפעלת הפצצה, אנרגיה זו מאוחסנת ב"מצב שינה", כביכול. בפצצות רגילות הוא מאוחסן בצורה של קשרים בין אטומי מולקולות. בפצצה גרעינית - בצורת קישורים בין חלקיקי הגרעין, הפרוטונים והנייטרונים. הקשרים בין האחרונים חזקים הרבה יותר, כך שהאנרגיה שתשתחרר בעת הפעלת הפצצה תהיה יותר - ceteris paribus - בערך פי מיליון.

2. מה ההבדל בין פצצות אטומיות, גרעיניות ותרמו-גרעיניות?

המושגים של פצצת אטום ופצצה גרעינית הם לרוב ניתנים להחלפה ובהקשר שלנו משמעותם אותו הדבר: לפיצוץ שלהם משתמשים בתגובת הביקוע הגרעיני אלמנטים כבדיםכמו אורניום או פלוטוניום.

פצצות תרמו-גרעיניות משתמשות בעקרון אחר - היתוך תרמו-גרעיני, שבו ריאות כאלה יסודות כמו מימן או ליתיום מתמזגים לאלה כבדים יותר, שבגללם האנרגיה הדרושה עבור הִתְפּוֹצְצוּת.

מבחינת שחרור אנרגיה, פצצות תרמו-גרעיניות, בניגוד לפצצות גרעיניות, יכולות להיות גדולות מאוד. די קשה להכפיל את כוחו של מטען גרעיני, אבל קל יחסית להגדיל את כוחה של פצצה תרמו-גרעינית.

אפילו לפצצות תרמו-גרעיניות אין גורם מזיק כמו קרינה. אבל כאשר פצצה גרעינית מתפוצצת, נוצרים אלמנטים לא יציבים רבים ומתרחש זיהום קרינה של האזור.

עם זאת, לעתים קרובות פצצה תרמו-גרעינית מכילה פצצה גרעינית, מה שמוביל לזיהום קרינה, אם כי פחות.

לסכם:

• פצצת אטום ופצצה גרעינית זהים
• פצצות אטום משתמשות בתגובות של יסודות כבדים, פצצות תרמו-גרעיניות משתמשות בקלילות,
• קל יותר להגביר את כוחן של פצצות תרמו-גרעיניות מאשר פצצות אטום,
• עם פיצוץ גרעיני ותרמו-גרעיני באותה עוצמה, פחות זיהום קרינה יהיה במקרה השני.

3. כיצד מופעלים ומודרכים נשק גרעיני לעבר מטרה?

בחומר הרדיואקטיבי המצוי בתוך פצצת האטום, תגובת הביקוע ממשיכה ללא הרף במצב עשן. עם זאת, האנרגיה המשתחררת במקרה זה אינה מספיקה כדי שיתרחש פיצוץ גדול.

אפשר לגרום לתהליך לעבור בצורה אקטיבית יותר. לשם כך, תגובת הביקוע חייבת להיות שרשרת ומקיימת את עצמה – כלומר, כך ששבירה של קשר אחד בין חלקיקי הגרעין יעורר שבירה של אחר, וכן הלאה בסדר גובר. אז ההשפעה דמוית המפולת הזו בשברירי מיקרו של שניה תוביל לשחרור כמות גדולה של אנרגיה ובהתאם לפיצוץ.

יש דבר כזה מסה קריטית - המסה המינימלית של חומר הנחוצה כדי להתחיל תגובת שרשרת ביקוע. כלומר, כדי שהפצצה תתפוצץ, יש צורך לעבור את המסה הקריטית. זה נעשה בשתי דרכים:

1. חברו יחד שני ברים זהים עם אותו חומר בפנים ודחסו אותם לזמן מה. כלומר, אם המסה הקריטית היא 10 ק"ג, וכל סרגל שוקל 6 ק"ג, אז על ידי חיבורם נקבל סרגל במשקל 12 ק"ג, שיעלה על המסה הקריטית, ותתחיל תגובת שרשרת גרעינית. כך, למשל, עשו יוצרי הפצצה הראשונה "בייבי", שהוטלה על הירושימה.
2. כדור בעל מסה קטנה מהמסה הקריטי מוקף בחומרי נפץ ויוצר פיצוץ מכוון. גל ההלם דוחס את הכדור הזה, הצפיפות שלו גדלה. המסה של הצפיפות החדשה הזו הופכת גבוהה יותר מזו הקריטית, והתגובה מתחילה. שיטה זו נקראת פיצוץ, היא שימשה להפעלת האיש השמן שהוטל על נגסאקי, כמו גם עבור הגאדג'ט, הפצצה הראשונה שפוצצה במדבר האמריקאי. הסרט אופנהיימר מציג את הרגע הזה.

אופן הפניית הפצצה למטרה הוא עניין של אווירודינמיקה ובליסטיקה בחלל. כעת יש טילים בליסטיים עם ראשי נפץ גרעיניים או תרמו-גרעיניים המשוגרים לאוויר כמו רקטות חלל, אבל הם לא נכנסים למסלול. במקום זאת, הם מתחילים ליפול לעבר המטרה לאורך מסלול מסוים, מחושב מראש.

4. מה קורה אחרי הפיצוץ?

לאחר התפוצצות הפצצה משתחררת תחילה קרינת אור רבה ששורפת הכל ברדיוס מסוים. הבזק זה כל כך חזק שאפשר להשוות אותו לקרינה מכוכב בחלל. לכן, כל מה שנמצא במוקד נשרף מיד.

ואז מגיע גל ההלם. הוא נע במהירות מעל מהירות הקול, אך מתחת למהירות האור, סוחף את כל מה שנקרה בדרכו: הורס מבנים, עקירת עצים, היפוך מכוניות.

במקביל לכך, האזור מזוהם בקרינה. אנשים חולים במחלת קרינה, הם וצאצאיהם מגבירים את הצמיחה של מחלות אונקולוגיות. צמחים ובעלי חיים עוברים מוטציות. שדות חקלאיים הופכים לבלתי שמישים.

5. האם לנשיאי גרעין באמת יש כפתור אדום?

אני לא יודע את זה. אני חושב שזו כותרת פיגורטיבית. במטוס, למשל, יש מכשירים שבהם מוקלטים פרמטרי טיסה ושיחות של טייסים. הן נקראות קופסאות שחורות, למרות שהן למעשה צבועות בכתום. הדבר נכון גם כאן - לא סביר שה"כפתור האדום" מתאר את ההתגלמות הפיזית.

אבל העובדה שיש נשק גרעיני אסטרטגי שנמצא בכוננות ובאופן יחסי, מוכן לשימוש בכל רגע היא נכונה. אפשר להשתמש בו כשיש איום ישיר על המדינה - מהתקפה גרעינית ועד מתקפת חייזרים, למשל. במקרה זה, האדם הראשון של המדינה, הנשיא, נותן הוראה אישית להשיק אותו.

בנוסף, ישנם נשק גרעיני טקטי שאינו מוכן לשימוש ישיר. הוא מאוחסן במצב "נפטלין" ביחידות צבאיות.

6. האם לנשק גרעיני יש תאריך תפוגה?

פצצות גרעיניות משתמשות בחומר רדיואקטיבי לא יציב שעובר תהליך ריקבון טבעי. בגלל זה, התכונות הפעילות של פצצות גרעיניות הופכות לקטנות יותר ויותר עם הזמן. אבל החשבון לא הולך לשנים, אלא לעשרות אלפי שנים.

לדוגמה, זמן מחצית החיים של פלוטוניום-239 הוא 24,000 שנים, ושל אורניום-235 הוא 700,000,000 שנים. מה זה אומר? המשמעות היא שרק לאחר זמן זה החומר הפעיל בפצצה יהפוך לחצי. כלומר, באופק של מאות שנים, פצצה גרעינית נותרה מסוכנת.

עם זאת, בנוסף לכך, ישנם אלמנטים נוספים בפצצה, שלכל אחד מהם תאריך תפוגה משלו. גם אלמנטים אלו מתיישנים. לדוגמה, חומרי הנפץ הנפוצים ביותר עלולים להפוך לחים, אלקטרוניקה יכולה להפוך לבלתי שמישה. לכן, חיי המדף של כל פצצה מסוימת תלויים בעיצוב שלה.

7. האם פצצת אטום יכולה להתפוצץ מעצמה?

מאוד לא סביר. פיצוץ של פצצה גרעינית או תרמו-גרעינית הוא תהליך שבו משהו יכול להשתבש בקלות. אם, למשל, פצצה נופלת בטעות ממטוס על המדרכה, אז משהו בה יכול לזוז, ללחוץ, תהליך התחלת הפיצוץ יתחיל, אך סביר להניח שהוא לא יושלם במלואו ולא יוביל לענק שחרור אנרגיה. יהיה רק ​​"זילץ' קטן".

לדוגמה, בשנת 1966, במהלך המלחמה הקרה, חיל האוויר האמריקאי ערך את מבצע כיפת כרום. כמה מפציצים עם פצצות אטום על הסיפון היו כל הזמן באוויר והיו מוכנים בכל רגע לפגוע בברית המועצות.

במהלך מבצע זה אירעו מספר תאונות. פעם אחת, פצצת אטום נפלה מהצוהר שלהם, ושבריה נפלו על הכפר הספרדי פאלומרס. הייתה שריפה, אך למרבה המזל לא היה פיצוץ ואף אחד מהתושבים לא נפגע. כמו כן, המטען נפלה לים, והיא נשלפה במעורבות צוללנים. כל אחד מהמקרים הללו, למרות השלכות שליליות אחרות, לא הוביל להפעלת פצצה גרעינית.

8. האם ניתן לקנות נשק גרעיני?

כמעט בלתי אפשרי לרכוש או לייצר נשק גרעיני - זה קשה, יקר ולא חוקי.

ב-1968 חתמו רוב המדינות שהיו קיימות באותה תקופה על האמנה לאי-הפצת נשק גרעיני. היא מגבילה את הייצור והמכירה של נשק כזה. עם זאת, חלק מהמדינות חשודות כעת בהפרה. למשל, היו דיווחים שאיראן רוצה להצטרף למועדון המעצמות הגרעיניות. לכאורה, פיתוח של פצצת אטום מתבצע בשטחה.

מה שאפשר לומר בוודאות הוא שמיזמים פרטיים בקושי יכולים לפתח נשק גרעיני. לרוב מדובר בפרויקטים לאומיים הזמינים רק למדינות עם כלכלות גדולות. ואכן, על מנת ליצור פצצת אטום מאפס, תחילה יש להעשיר את העפרה כך שהאיזוטופ הרצוי יתקבל מאורניום רגיל. בנוסף, נדרשים מכשירים מדויקים מאוד למדידת נוכחות חומרי נפץ בכלי נשק.

בנוסף, "משטרה רדיואקטיבית" מיוחדת עוקבת אחר מחזור היסודות הרדיואקטיביים. אחרי הכל, קרינה תמיד משאירה עקבות. לכן, בקושי ניתן לוודא שכמות גדולה של חומר רדיואקטיבי מועברת למקום בלתי מורגש.

9. במה שונה פיצוץ בתחנת כוח גרעינית מפיצוץ של פצצת אטום?

כאשר פצצה גרעינית מתפוצצת, מתרחשת תגובת שרשרת, והאנרגיה האצורה בגרעין האטום משתחררת. ובמקרה של תאונה בתחנת כוח גרעינית נוצר לחץ גדול בתוך כור גרעיני עם חומר רדיואקטיבי, מה שמוביל לקרע. תאר לעצמך שאתה מרתיח חלב מרוכז: אם תרתיח צנצנת היא תתפוצץ.

כן, בשני המקרים מתרחש זיהום רדיואקטיבי של האזור, אך הוא עשוי להיות שונה בקנה מידה. לדוגמה, הירושימה ונגסאקי אוכלסו מחדש רק שנים ספורות לאחר ההפצצה. אבל סביב תחנת הכוח הגרעינית בצ'רנוביל, אזור ההדרה עדיין נשמר, למרות שהתאונה התרחשה לפני זמן רב - ב-1986. למה?

ראשית, העובדה היא שפצצת האטום ביפן פוצצה בגובה של כמה מאות מטרים מעל פני הקרקע, כך שהקרינה "התבלטה" מהר יותר. הכור בצ'רנוביל התפוצץ בגובה פני הקרקע, והפך את הקרקע לרדיואקטיבית במשך שנים רבות. רק לאחרונה הם החלו לפגוש חיות בר וצמחים ללא סימני מוטציות.

שנית, פצצת ה"קיד" הכילה רק כ-65 ק"ג של אורניום, בעוד שה"איש השמן" הכילה כ-6 ק"ג פלוטוניום. הכור בצ'רנוביל שיחרר 180 טונות של דלק גרעיני. כלומר, במהלך התאונה השתחררו לאטמוספירה חומרים מזיקים יותר בסדר גודל.

10. כמה פצצות אטום צריך כדי להשמיד את כדור הארץ? מה יקרה אם תפרוץ מלחמה גרעינית?

בארסנל הגרעיני העולמי יש כעת כ-13,000 ראשי נפץ גרעיניים. השמורה הזו לא מספיקה, למשל, להזיז את כדור הארץ ממסלולו ובכך אולי להרוס את החיים בו.

אולם אם תפרוץ מלחמה גרעינית, רוב אוכלוסיית העולם תסבול. אם ניקח בחשבון שכל אדם חמישי חי בעיר מיליון פלוס, אז שביתות נגדם יובילו לצמצום משמעותי באוכלוסיית האדם.

לאחר מכן, יתחילו שריפות בכל רחבי כדור הארץ, מה שישפיע על האקלים. אז הניצולים יתמודדו עם בצורת מסיבית, גשם חומצי ורעב.