Угрозы ядерных катастроф

Днепропетровский Национальный Университет имени О. Гончара

Факультет биологии, экологии, медицины

 

 

 

Реферат

По теме:

Угрозы ядерных катастроф

 

 

 

Выполнил ученик

1-го курса 

группы ББ-14-3

Дубяга Евгений

Преподаватель

Дрегваль И.В.

 

 

 

Днепропетровск  2014

 

Содержание

1. История создания ядерного оружия.
2. Виды ядерных зарядов.
1. Атомные заряды.
2. Термоядерные заряды.
3. Нейтронные заряды.
3. Физика ядерного взрыва. Поражающие факторы ядерного взрыва.
4. Применение ядерного оружия.
5. Крупнейшие атомные катастрофы.
6. Список использованных источников.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. История создания ядерного оружия.

 

В 1905 Альберт Энштейн издал свою теорию относительности. Согласно этой теории, соотношение между массой и энергией выражено уравнением E = mc2, которое значит, что данная масса связана с количеством энергии равной этой массе, умноженной на квадрат скорости света. Очень малое количество вещества эквивалентно к большому количеству энергии. Например, 1 кг вещества, преобразованного в энергию было бы эквивалентен энергии, выпущенной, при взрыве 22 мегатонн тротила.

В 1938 г, в результате экспериментов немецких химиков Отто Хана и Фритца Страссманна, им удается разбить атом урана на две приблизительно равных части при помощи бомбардировки урана нейтронами.

В начале 1939 года французский физик Жолио-Кюри сделал вывод, что возможна цепная реакция, которая приведет к взрыву чудовищной разрушительной силы и что уран может стать источником энергии, как обычное взрывное вещество. Это заключение стало толчком для разработок по созданию ядерного оружия.

Над созданием атомного оружия трудились физики Германии, Англии, США, Японии, понимая, что без достаточного количества урановой руды невозможно вести работы, США в сентябре 1940года закупили большое количество требуемой руды по подставным документам у Бельгии, что и позволило им вести работы над созданием ядерного оружия полным ходом.

Правительством Соединённых Штатов было принято решение - в кратчайшие сроки создать атомную бомбу. Возглавил его Лесли Гровс. С 1939 по 1945, на проект Манхэттен было потрачено более двух биллионов долларов. В Oak Ridge, штат Теннеси, был построен огромный завод по очистке урана.

На территории Соединенных Штатов, в Лос-Аламосе, в пустынных просторах штата Нью-Мексико, в 1942 году был создан американский ядерный центр. Над проектом работало множество учёных, главным же был Роберт Оппенгеймер. Под его началом были собраны лучшие умы того времени не только США и Англии, но практически всей Западной Европы. Над созданием ядерного оружия трудился огромный коллектив, включая 12 лауреатов Нобелевской премии. В Европе тем временем шла Вторая мировая война, и Германия проводила массовые бомбардировки Англии, что подвергало опасности английский атомный проект ’’Tub Alloys’’, и Англия добровольно передала США свои разработки и ведущих ученых проекта, что позволило США занять ведущее положение в создании ядерного оружия.

К осени 1944 года, когда работы по созданию атомной бомбы подходили к завершению, в США был создан 509-й авиаполк “летающих крепостей” Б-29, командиром которого был назначен опытный летчик полковник Тиббетс. Полк приступил к регулярным длительным тренировочным полетам над океаном на высотах 10-13 тысяч метров. К лету 1945 года американцам удалось собрать две атомные бомбы, получившие названия "Малыш" и "Толстяк".Первая бомба весила 2722 кг и была снаряжена обогащенным Ураном-235. "Толстяк" с зарядом из Плутония-239 мощностью более 20 кт имела массу 3175 кг.

Утром 6 августа 1945г. над Хиросимой была сброшена бомба "Малыш" . 9 августа еще одна бомба была сброшена над городом Нагасаки. Эти события положили начало гонке ядерных вооружений.

Однако в 1946 году в СССР были крупные месторождения урана высокого качества. 29 августа 1949г. на полигоне в районе города Семипалатинска прошли успешные испытанмя первого в СССР ядерного оружия.

 

2. Виды ядерных зарядов.

1. Атмные заряды.

Действие атомного оружия основывается на реакции деления тяжелых ядер урана-235, плутония-239 или урана-233.

Уран-235 используют в ядерном оружии потому, что в отличииот наиболее распространенного изотопа урана-238, в нем возможна самоподдерживающаяся цепная ядерная реакция.

Плутоний –это очень тяжелый серебристый металл, обладающий очень большой электроотрицательностью. Вследствии своей радиоактивности, плутоний-239 гораздо гарячее тела человека.

Атомы плутония образуются в результате цепи атомных реакций, начинающихся с захвата нейтрона атомом урана-238. Что бы получать плутоний в большом количестве нужны сильнейшие нейронные потоки, которые как раз создают в ядерных реакторах. Цепная реакция деления развивается не в любом количестве делящегося вещества, а лишь в определенной для каждого вещества массе. Наименьшее количество вещества, в котором возможна ядерная реакция, называют критической массой.

1.2    Термоядерные  заряды.

Термоядерные заряды так же известны как водородное оружие. Его энерговыделение промсходит при синтезе тяжелых элементов из более легких. Его взрыв создает температуру в несколько миллионов градусов, при которой начинается реакцмя синтеза. Реакция синтеза отличается огромнейшим энерговыделением ипривосходит атомное оружие в разы.

 

4. Нейтронные заряды.

Нейтронные заряды представляют собой особый вид термоядерного заряда малой мощности с повышенным нейтронным излучением для поражения живой силы, вооружения противника и радиоактивного заражения местности при ограниченных поражающих воздействиях ударной волны и светового излучения. Нейтронный заряд конструктивно представляет собой обычный ядерный заряд малой мощности, к которому добавлен блок, содержащий изотоп бериллия, как источника быстрых нейтронов). При подрыве взрывается основной ядерный заряд, энергия которого используется для запуска термоядерной реакции. Большая часть энергии взрыва при применении нейтронного оружия выделяется в результате запущенной реакции синтеза. Конструкция заряда такова, что до 80 % энергии взрыва составляет энергия потока быстрых нейтронов, и только 20 % приходится на остальные поражающие факторы.

3. Физика ядерного взрыва.

Массы ядер всех без исключения атомов всегда оказываются меньше теоретических. Это обьяснил дал в начале нашего века Альберт Эйнштейн, когда вывел свою знаменитую формулу зависимости массы от энергии: Е=mC2.

Для начала ядерной реакции необходимо добиться расщепления одного из ядер. Ядра тяжелых элементов самопроизвольно делятся редко. Этот процесс проходит значительно легче, если в ядро попадает посторонний нейтрон. При этом от удара ядро вытягивается, ядерные силы как близкодействующие резко ослабевают, а силы электростатического отталкив ания продолжают действовать. Посредине ядра образуется перемычка, а затем ядро делится на два осколка, которые разлетаются с огромной скоростью.

Решающим для получения ядерной энергии взрывом явилось то, что при делении ядра урана выделяются еще 2—3 нейтрона. Они разбивают следующие 2—3 ядра урана. И так количество нейтронов все время нарастает, а поскольку этот процесс кратковременный, то практически вся энергия выделяется мгновенно. Такая реакция называется цепной ядерной реакцией.

Заряд урана или плутония в бомбе поделен на части, каждая из которых меньше критической. В момент взрыва они сталкиваются вместе, и масса становится больше критической — происходит цепная ядерная реакция.

При делении одного ядра урана выделяется 200 МЭВ энергии. А если произойдет распад ядер всех атомов 1 кг урана, то выделится энергия как при сгорании 2 тыс. т угля или при взрыве 20 тыс. т тротила.

После начала ядерной реакции в месте взрыва температура мгновенно повышается до нескольких миллионов градусов. Все вещество заряда, продуктов деления и оболочки бомбы переходит в газообразное состояние. Возникает яркая вспышка — световое излучение — настолько яркая, что после нее солнечный день кажется сумрачным.

Давление раскаленных газов в месте взрыва достигает миллиардов атмосфер. Эти газы, стремясь раздвинуть окружающий воздух, сжимают его так, что он, разогреваясь от сжатия, вместе с газами образует раскаленный огненный шар диаметром в несколько сотен метров. Расширяясь, шар остывает и вырождается через 1—2 сек. в волну сильно сжатого воздуха, или, как ее еще называют, ударную волну. Ударная волна в среднем со скоростью звука распространяется во все стороны, производя колоссальные разрушения. В момент, когда происходит ядерная реакция, из места взрыва идет мощный поток нейтронов и гамма-лучей, способный пронизывать определенные толщи различных материалов. Этот поток называют проникающей радиацией.

После  остывания  огненного   шара в том месте, где он был, образуется огромная пустота, в которую со всех сторон устремляется воздух. Если взрыв произошел достаточно низко над землей, то вместе с потоком воздуха в место взрыва втягивается пыль с земли. Смешиваясь с парами и частицами радиоактивных веществ, она поднимается на большую высоту, подхватывается там ветром и уносится на огромные расстояния. При выпадении эта пыль создает радиоактивное заражение местности. 
Если взрыв произошел высоко над землей (воздушный взрыв), то столб пыли не достигает области взрыва и радиоактивного заражения местности, как правило, не происходит.

Таким образом, поражающими факторами ядерного взрыва являются: световое излучение, проникающая радиация, ударная волна и радиоактивное заражение местности.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Применение ядерного оружия.

6 августа исполнилось 69 лет с того дня, когда Соединенные Штаты Америки сбросили атомную бомбу на японский город Хиросима. В то время в Хиросиме жило около 250 000 человек. Американский бомбардировщик B-29 Superfortress под названием “Enola Gay” взлетел в воздух с острова Тиниан рано утром 6 августа с единственной урановой бомбой в 4 000 кг под названием «малыш» (Little Boy). В 8:15 бомба «малыш» была сброшена с высоты 9 400 м над городом и провела в свободном падении 57 секунд. Взрыв мощностью 15 кт произошел на высоте 580 метров, которая была рассчитана таким образом, чтобы при максимальном эффекте поражения минимизировать остаточное радиоактивное загрязнение местности. В момент детонирования небольшой взрыв спровоцировал взрыв 64 кг урана. Из этих 64 кг только 7 кг прошло стадию расщепления, а из этой массы только 600 мг превратилось в энергию – взрывную энергию, которая сожгла все на своем пути на несколько километров, сровняв город с землей взрывной волной, начав серию пожаров и погрузив все живое в поток радиации. Полагают, что около 70 000 людей погибло сразу, еще 70 000 погибли от ранений и радиации к 1950 году. 

 

Второе боевое применение ядерного оружия состоялось несколькими днями позже. Бомбардировщик ВВС США В-29 сбросил на японский город Нагасаки с населением 240 тыс. человек атомную бомбу Mk-ll «Толстяк». Ядерный заряд её состоял из 8 килограммов плутония-239. Взрыв мощностью 21 кт произошел на высоте 500 метров. Общее число погибших на ноябрь 1945 года составило 74 тыс. человек. Количество пострадавших исчислялось десятками тисяч.

 

 

 

 

5. Крупнейшие атомные катастрофы.

К началу 1986 г. в мире существовало 417 атомных реакторов и 120 ещё строилось. Вклад АЭС в выработку энергии в некоторых странах составил для Франции – 70%, Бельгии – 66%, Южной Кореи – 53%, Тайваня – 48,5%. Кроме ядерных реакторов было 326 исследовательских ядерных установок, реакторы установлены на ледоколах, спутниках, подводных лодках. Естественно, подобная огромная концентрация ядерного потенциала не могла не привести к возникновению нештатных ситуаций, тем более, что опыт эксплуатации объектов, использующих ядерное топливо, накапливался с годами, причём во многом при анализе этих самых аварийных ситуаций.

Впервые человечество увидело атом в действии в 1945 г, когда США сбросили на Хиросиму и Нагасаки атомные бомбы. Погибла треть населения этих городов, радиация вызвала у многих людей лейкозы. Люди умирали и продолжают умирать до сих пор.

Ряд испытаний ядерного оружия Соединенными Штатами на острове Бикини в 1946-1958 гг. привели к тому, что в результате взрыва исчезли с лица земли 2 соседних островка, а сам остров стал непригоден для жизни.

2 декабря 1952 года. Канада, штат Онтарио. Первая в мире серьезная авария на атомной электростанции. Техническая ошибка персонала привела к перегреву и частичному расплавлению активной зоны. Тысячи кюри продуктов деления попали во внешнюю среду, а около 3800 кубических метров радиоактивно загрязненной воды было сброшено прямо на землю, в мелкие траншеи неподалеку от реки Оттавы.

В 1957 г. на заводе Селлафильд (Уиндскайл) в Англии по регенерации ядерного топлива произошел взрыв. В результате загрязнения погибли 13 человек, более 260 заболели острой и хронической лучевой болезнью.

В 1966 г. в Испании столкнулись 2 американских военных самолета с ракетами на борту. Одному пришлось сбросить 4 атомные бомбы. К счастью, взрыва не было, но в результате выбросов погибли посевы сельскохозяйственных культур, пришлось вывезти 1,5 тыс. т почвы для захоронения.

В Советском Союзе история подобных катастроф связана, главным образом с эксплуатацией производственного объединения «Маяк». В 1957 г. в результате теплового взрыва емкости с РАО произошел мощный выброс радионуклидов с суммарной активностью 2 млн. Ки. Возник «Восточно-Уральский радиоактивный след» длиной до 110 км  и шириной до 35—50 км. Общая площадь загрязненной территории, ограниченной изолинией 0,1 Ки/км2 по стронцию-90, составила 23 тыс. км2. Около 10 тыс. человек из 19 населенных пунктов в зоне наиболее сильного загрязнения с большой задержкой были эвакуированы и переселены.