Какая электромагнитная волна возникает при ядерном взрыве?

Самое разительное отличие взрыва атомной бомбы от взрыва обычного Т.Н.Т. бомба конечно по величине; как заявил президент после атаки на Хиросиму, энергия взрыва каждой из атомных бомб была эквивалентна примерно 20 000 тонн тротила.

Но помимо значительно большей мощности атомный взрыв обладает рядом других очень специфических характеристик. Обыкновенный взрыв — это химическая реакция, при которой выделяется энергия за счет перегруппировки атомов взрывчатого вещества. При атомном взрыве изменяется идентичность атомов, а не просто их расположение. Значительная часть массы заряда взрывчатого вещества, которым может быть уран-235 или плутоний, превращается в энергию. Уравнение Эйнштейна E = mc^2 показывает, что материя, которая преобразуется в энергию, может давать полную энергию, эквивалентную массе, умноженной на квадрат скорости света. Значение уравнения легко увидеть, если вспомнить, что скорость света составляет 186 000 миль в секунду. Энергия, высвобождаемая, когда фунт T.N.T.взрыв, если бы он полностью превратился в тепло, поднял бы температуру на 36 фунтов. воды от температуры замерзания (32 градуса по Фаренгейту) до температуры кипения (212 градусов по Фаренгейту). Ядерное деление фунта урана вызовет такое же повышение температуры в более чем 200 миллионах фунтов воды.

Взрывной эффект обычного материала, такого как T.N.T. получают путем быстрой конверсии твердого Т.Н.Т. к газу, который первоначально занимает тот же объем, что и твердое тело; он оказывает сильное давление на окружающий воздух и быстро расширяется до объема, во много раз превышающего первоначальный объем. Таким образом, волна высокого давления быстро движется наружу от центра взрыва и является основной причиной повреждений от обычных взрывчатых веществ. Атомная бомба также создает волну высокого давления, которое на самом деле намного выше давления, чем при обычных взрывах; и эта волна снова является основной причиной повреждения зданий и других сооружений. От волны давления блокбастера она отличается размером области, над которой создаются высокие давления. Отличается оно и длительностью импульса давления в любой точке: давление от блокбастера длится всего несколько миллисекунд (миллисекунда — это одна тысячная секунды), от атомной бомбы почти секунду, и ощущалось наблюдателями как в Японии, так и в Нью-Мексико, как очень сильный ветер.

Следующее большое различие между атомной бомбой и T.N.T. Взрыв заключается в том, что атомная бомба испускает большее количество радиации. Большая часть этого излучения представляет собой «свет» определенной длины волны, начиная от так называемого теплового излучения с очень большой длиной волны и заканчивая так называемыми гамма-лучами, длина волны которых даже короче, чем у рентгеновских лучей, используемых в медицине. Все эти излучения распространяются с одинаковой скоростью; это, скорость света, составляет 186 000 миль в секунду.Излучения достаточно интенсивны, чтобы убить людей на значительном расстоянии от взрыва, и фактически являются основной причиной смерти и травм, помимо механических повреждений. Наибольшее количество радиационных поражений, вероятно, было вызвано ультрафиолетовыми лучами, длина волны которых несколько короче, чем у видимого света, и которые вызывали внезапные ожоги, сравнимые с тяжелыми солнечными ожогами. После них наиболее важны гамма-лучи ультракороткой длины волны; они вызывают травмы, подобные травмам от передозировки рентгеновских лучей.

Происхождение гамма-лучей отличается от происхождения основной части излучения: последнее вызвано чрезвычайно высокими температурами в бомбе, точно так же, как свет испускается горячей поверхностью солнца или проводами в лампа накаливания. С другой стороны, гамма-лучи испускаются самими атомными ядрами, когда они трансформируются в процессе деления. Таким образом, гамма-лучи специфичны для атомной бомбы и полностью отсутствуют в T.N.T. взрывы. Свет с большей длиной волны (видимый и ультрафиолетовый) также излучается T.N.T. взрыв, но с гораздо меньшей интенсивностью, чем от атомной бомбы, что делает его незначительным с точки зрения ущерба.

Большая часть гамма-лучей испускается в первые несколько микросекунд (миллионных долей секунды) атомного взрыва вместе с нейтронами, которые также образуются при делении ядер. Нейтроны имеют гораздо меньший поражающий эффект, чем гамма-лучи, потому что они имеют меньшую интенсивность, а также потому, что они сильно поглощаются в воздухе и поэтому могут проникать только на относительно небольшие расстояния от взрыва: на тысяче ярдов интенсивность нейтронов ничтожно мала. После ядерного выброса от взорвавшейся бомбы продолжает исходить сильное гамма-излучение.Это происходит из-за продуктов деления и продолжается около одной минуты, пока все продукты взрыва не поднимутся на такую ​​высоту, что интенсивность, полученная на земле, станет незначительной. В это время также испускается большое количество бета-лучей, но они не важны, потому что их диапазон не очень велик, всего несколько футов. Пробег альфа-частиц от неиспользованного активного материала и делящегося материала бомбы еще меньше.

Помимо гамма-излучения испускается обычный свет, часть которого является видимой, а часть представляет собой ультрафиолетовые лучи, вызывающие в основном ожоги от вспышки. Излучение света начинается через несколько миллисекунд после ядерного взрыва, когда энергия взрыва достигает воздуха, окружающего бомбу. Затем наблюдатель видит огненный шар, который быстро увеличивается в размерах. В течение большей части раннего времени огненный шар простирается до волны высокого давления. По мере роста огненного шара его температура и яркость уменьшаются. Через несколько миллисекунд после начала взрыва яркость огненного шара проходит через минимум, затем становится несколько ярче и в течение 10–15 секунд в течение наблюдатель на расстоянии шести миль. Большая часть излучения испускается после этой точки максимальной яркости. Также после этого максимума волны давления бегут впереди огненного шара.

Огненный шар быстро расширяется от размера бомбы до радиуса в несколько сотен футов за одну секунду после взрыва. После этого самой поразительной особенностью является подъем огненного шара со скоростью около 30 ярдов в секунду. Между тем он также продолжает расширяться, смешиваясь с окружающим его более холодным воздухом. К концу первой минуты мяч расширился до радиуса в несколько сотен ярдов и поднялся на высоту около километра.Ударная волна к настоящему времени достигла радиуса 15 миль, а ее давление упало до менее чем 1/10 фунта на квадратный дюйм. Мяч теперь теряет свой блеск и выглядит как большое облако дыма: измельченный материал бомбы. Это облако продолжает подниматься вертикально и, наконец, вырастает на высоте около 25 000 футов в зависимости от метеорологических условий. Облако достигает максимальной высоты от 50 000 до 70 000 футов за время более 30 минут.

Интересно отметить, что д-р Ханс Бете, в то время член Манхэттенского инженерного округа, прикомандированный из Корнельского университета, предсказал существование и характеристики этого огненного шара за несколько месяцев до того, как было проведено первое испытание.

Подводя итог, можно сказать, что излучение происходит в виде двух вспышек — чрезвычайно интенсивной, длящейся всего около 3 миллисекунд, и менее интенсивной, гораздо более продолжительной, длящейся несколько секунд. Второй всплеск содержит гораздо большую долю всей световой энергии, более 90%. Но особенно велика первая вспышка в ультрафиолетовом излучении, которое биологически более эффективно. Более того, поскольку тепло в этой вспышке приходит за такое короткое время, нет времени для какого-либо охлаждения, и температура кожи человека может быть поднята на 50 градусов по Цельсию вспышкой видимых и ультрафиолетовых лучей в первую миллисекунду на расстоянии 4000 ярдов. Люди могут получить ожоги от вспышки на еще большем расстоянии. Опасность гамма-излучения почти не распространяется, а опасность нейтронного излучения еще более ограничена.

Высокие температуры кожи возникают в результате первой вспышки высокоинтенсивного излучения и, вероятно, столь же значимы для травм, как и общие дозы, возникающие в основном во время второй, более продолжительной вспышки радиации. Сочетание повышения температуры кожи и сильного ультрафиолетового потока на расстоянии 4000 ярдов во всех случаях вредно для персонала, подвергающегося воздействию.За пределами этой точки могут быть случаи травм, в зависимости от индивидуальной чувствительности. Инфракрасная доза, вероятно, менее важна из-за ее меньшей интенсивности.