Атомная проблема - Филлип Рэн

1H2 + 1H3 = 2Не4 + on1 + 17,6 Мэв

дейтерий + тритий = гелий + нейтрон

(продолжительность реакции — 12 . 10-7 сек.);

при t = 500 000°

1H3 + 1H3 = 2Не4 + 2on1 + 11,4 Мэв

тритий + тритий = гелий + нейтроны

(продолжительность реакции не определена);

1H2 + 1H2 = 2Не4 + on1 + 3,2 Мэв

дейтерий + дейтерий = гелий + нейтрон

(продолжительность реакции 3 . 10 5 сек.).

Дефект массы в термоядерных реакциях равен примерно 0,7 %.

Глава III

Поражающее действие первых атомных бомб

Две первые ядерные бомбы, основанные на делении ядер, были сброшены в конце второй мировой войны на японские города Хиросиму (6 августа 1945 года) и Нагасаки (три дня спустя).

I. Жертвы и разрушения

В результате взрыва бомбы над Хиросимой из 240 тыс. жителей города 70 тыс. погибло и 70 тыс. было ранено, что в общей сложности составляло около 60 % населения. Что касается материального ущерба, то из имевшихся в городе 90 тыс. зданий 60 тыс., или примерно 66 %, были приведены в негодное состояние. Площадь зоны разрушений составила 12 км2 (площадь города была равна 25 км2).

Вторая атомная бомба, сброшенная на Нагасаки 9 августа 1945 года, причинила не такой большой ущерб, что объясняется, с одной стороны, особенностями рельефа (в отличие от Хиросимы, которая лежит на равнине, город Нагасаки расположен на холмах), а с другой — временем бомбардировки (в Хиросиме атомная бомба взорвалась в 8 час. утра, когда большинство жителей находилось на улицах, направляясь к месту работы, в то время как в Нагасаки атомный взрыв произошел в 11 часов, и часть населения, заблаговременно оповещенная сигналом тревоги, успела укрыться в убежищах).

По официальным данным, в Нагасаки из общего числа жителей 265 тыс. человек было убито 35 тыс. и ранено 4–5 тыс., то есть пострадало 20 % населения. Было разрушено 20 тыс. зданий из 57 тыс., или более третьей части города.

Однако как бы огромны ни были эти цифры, они не являются рекордными в области разрушений.

Так, например, в результате ночного воздушного налета на Токио 7 марта 1945 года, в котором участвовало 280 американских самолетов, сбросивших 1670 т фугасных и зажигательных бомб, погибло около 80 тыс. человек, около 100 тыс. человек было ранено и все жилые постройки на площади 40 км2 оказались совершенно уничтоженными.

Для правильной оценки ущерба, причиненного атомными бомбами в Хиросиме и Нагасаки, следует, пожалуй, сравнить вышеприведенные цифры с потерями гражданского населения во второй мировой войне 1939–1945 годов. Эти потери составили: во Франции — 60 тыс. человек, в Англии — примерно столько же, в Германии — 500 тыс. человек. Из сравнения этих цифр видно, какие огромные потери причинили две первые атомные бомбардировки.

II. Основные данные атомной бомбы, сброшенной на Хиросиму

Эта бомба весила 4 т. Она была сброшена бомбардировщиком Б-29 «Энола-Гей», имевшим на борту 11 человек экипажа, в девятом часу утра с высоты 6000 м. В течение 60 сек. бомба падала, после чего на высоте 600 м (некоторые называют цифру 300 м) произошел взрыв. Бомба была снабжена парашютом.

Сборка бомбы была произведена на острове Тиниан (Марианские острова), куда ее доставили в разобранном на четыре части виде (одна часть была доставлена по морю на крейсере, а три остальные — по воздуху).

Заряд бомбы состоял из урана 235 и весил около 20 кг. Дефект массы по подсчетам составил 1 г, что в переводе на энергию по формуле Эйнштейна дает 1021 эрг, или 25 млн. квт-ч. Эта энергия примерно равна той, которая высвобождается при взрыве 20 тыс. т тринитротолуола (тротила), употребляемого в качестве взрывчатого вещества в бомбах и снарядах обычного типа. Поэтому можно сказать, что сброшенная на Хиросиму бомба, называемая иногда номинальной, имеет тротиловый эквивалент, равный 20 тыс. т.

Сравнение мощности ядерных бомб производится по их тротиловому эквиваленту. Он является всего лишь мерой, к которой привыкли специалисты и которую они применяют из-за отсутствия другой, более удобной единицы. Это вовсе не означает, что бомба с тротиловым эквивалентом в 20 тыс. т оказывает такое же действие, как 20 тыс. т тротила. Подсчитано, что такой же эффект дадут всего 2 тыс. т обычных тротиловых бомб или 200 десятитонных бомб.

Мы видели, что дефект массы в реакциях деления ядер составляет 0,1 %, следовательно, поскольку мы допускали, что в энергию превратился 1 г урана, расщеплению должен был подвергнуться 1 кг ядерного вещества. Принимая во внимание то обстоятельство, что критическая масса составляет 20 кг, можно сделать вывод, что 19 кг урана испарилось под действием высоких температур, возникших в момент взрыва. Значит, коэффициент использования ядерного взрывчатого вещества в бомбе, сброшенной на Хиросиму, не превышал 5 %, откуда можно сделать вывод, что она была плохой и «нерентабельной».

В момент взрыва высвободилась энергия, равная 25 млн. квт-ч; ее хватило бы, чтобы поднять трансатлантический пароход типа «Куин Мэри» на высоту более 110 км. Но если эта цифра кажется нам огромной, то в масштабах природных явлений она незначительна и соответствует количеству солнечной энергии, падающей в «средний солнечный день» на 5 км2 земной поверхности. А для того чтобы получить энергию, равную той, которую затратила природа во время землетрясения в Орлеанвиле (сентябрь 1954 года), потребовался бы миллион таких бомб.

Ущерб, причиненный атомным взрывом в Хиросиме, явился следствием трех поражающих факторов атомной бомбы: светового излучения (30 % всей энергии взрыва), ударной волны (60 %) и радиоактивного излучения (10 %)[2].

Радиусы поражающего действия атомной бомбы принято отсчитывать от эпицентра взрыва — точки пересечения с поверхностью земли перпендикуляра, опущенного из центра взрыва.

Теперь мы перейдем к рассмотрению результатов взрыва атомной бомбы в Хиросиме и сравним эти результаты с теми, которые наблюдались бы, если бы взрыв (при прочих равных условиях) произошел у поверхности земли, под землей или под водой.

III. Световое излучение

В момент воздушного атомного взрыва в небе в течение нескольких секунд наблюдается ослепительная вспышка, или «огненный шар», состоящий из газов, которые обладают громадным давлением и высокой температурой. Спустя секунду после взрыва радиус огненного шара достигает 300 м. Путем сравнительно несложных подсчетов специалисты установили, что температура в центре огненного шара достигает 200–300 млн. градусов, в то время как температура в центре Солнца, определенная по тем же формулам, не превышает 20 млн. градусов. Увеличиваясь в размерах и уменьшая интенсивность своего свечения, огненный шар поднимается вверх; при этом он увлекает за собой столб пыли и образует гигантское, высотой в несколько километров, грибовидное облако, характерное для каждого атомного взрыва.

Разумеется, человек не может позволить себе роскошь любоваться этим зрелищем, так как он рискует временно лишиться зрения.

Световое излучение при атомном взрыве по своей природе не отличается от обычного света: это электромагнитные волны, представляющие собой инфракрасные, видимые и ультрафиолетовые излучения.

Эти излучения распространяются прямолинейно со скоростью света и действуют в течение очень короткого отрезка времени (порядка секунды). Излучение световой энергии огненным шаром происходит, так сказать, двумя волнами: вначале оно идет исключительно интенсивно, но это продолжается в течение очень малого промежутка времени; затем интенсивность излучения уменьшается, а его продолжительность увеличивается. В результате световое излучение оказывает двойное поражающее действие, к рассмотрению которого мы и переходим.

Ожоги вызываются испускаемыми в течение сотых долей секунды излучениями первой волны, которые очень насыщены ультрафиолетовыми лучами. Это явление протекает настолько быстро, что тело не успевает даже глубоко прогреться. Следует отметить, что поражаются только участки, лежащие на пути распространения светового излучения, поэтому вызываемые им ожоги имеют «профильную» форму.

Вот результаты действия светового излучения на находившихся вне укрытий людей (по данным взрыва в Хиросиме):

— в радиусе 1200 м от эпицентра взрыва (световой импульс[3] 9–10 кал/см2) — ожоги третьей степени, то есть такие, которые могут привести к смерти;

— в радиусе от 1200 до 2400 м (световой импульс 3 кал/см2) — ожоги второй степени, то есть сильные ожоги;

— на удалении более 2400 м (световой импульс 1–2 кал/см2) — ожоги первой степени, то есть легкие ожоги.