Armamentul nuclear

Introducere…

Din cele mai vechi timpuri, din dorinta de a se proteja, dar si cu promordialul scop al perfectionarii, omul a creat de-a lungul timpului diverse arme. Dominatia in acest domeniu a fost oarecum incerta, pana la aparitia bomelor nucleare, ce au dictat, in ultima istanta, in istorie, suprematia lumii pentru Statele Unite ale Americii.

Definitie: O arma nucleara, numita şi bomba atomica, este o arma tehnicizata, extrem de distrugatoare care se bazeaza pe energia eliberata prin urmatoarele procese fizice:

1. la prima generatie de bombe nucleare: prin fisiune nucleara2. la a doua generatie (bomba cu hidrogen): prin fisiune, urmata de fuziune nucleara.

Fisiunea nucleara cunoscuta si sub denumirea de fisiune atomica, este un proces in care nucleul unui atom se rupe in doua sau mai multe nuclee mai mici, numite produşi de fisiune şi, în mod uzual, un număr oarecare de particule individuale. Aşadar, fisiunea este o formă de transmutaţie elementară. Particulele individuale pot fi neutroni, fotoni (uzual sub formă de raze gamma) şi alte fragmente nucleare cum ar fi particulele beta şi particulele alfa. Fisiunea elementelor grele este o reacţie exoterma şi poate să elibereze cantităţi substanţiale de energie sub formă de radiaţii gamma şi energie cinetică a fragmentelor (încălzind volumul de material în care fisiunea are loc). Fisiunea nucleară este folosită pentru a produce energie în centrale de putere şi pentru explozii în armele nucleare. Fisiunea este utilă ca sursă de putere deoarece unele materiale, numite combustibil nuclear, pe de o parte generează neutroni ca jucători” ai procesului de fisiune şi, pe de altă parte, li se iniţiază fisiunea la impactul cu (exact aceşti) neutroni liberi.

Fuziunea nucleară este procesul prin care două nuclee atomice reacţionează pentru a forma un nou nucleu, mai greu (cu masă mai ridicată) decât nucleele iniţiale. Ca urmare a fuziunii se produc şi alte particule subatomice, ca de exemplu neutroni sau raze alfa (nuclee de heliu) sau beta (electroni sau pozitroni). Fuziunea nucleară este sursa principală de energie în stelele active. Fuziunea nucleară ar putea deveni o sursă de energie practic nelimitată (şi ecologică) atunci când reactoarele de fuziune (care în prezent se află în fază experimentală şi nu produc încă un surplus net de energie) vor deveni viabile din punct de vedere tehnologic şi economic.

Armele in istorie...

Armele nucleare s-au folosit împotriva oamenilor doar de două ori, şi anume în jurul încheierii celui de-al doilea război mondial, când

SUA au aruncat câte o singură bombă atomică cu fisiune asupra oraşelor japoneze Hiroshima şi Nagasaki. Primul eveniment a avut loc în dimineaţa zilei de 6 august 1945, când Statele Unite ale Americii au aruncat un dispozitiv tip pistol, cu uraniu, cu codul "Little Boy" (Băieţelul), asupra oraşului Hiroşima. Al doilea eveniment a avut loc după trei zile, la 9 august 1945, când un dispozitiv tip implozie, cu plutoniu, cu codul "Fat Man" (Grasul), a fost aruncat asupra oraşului Nagasaki. Norul, sau "ciuperca" acestei bombe s-a înălţat mai mult de 18 kilometri deasupra hipocentrului exploziei. Folosirea acestor 2 bombe, din care a rezultat moartea imediată a aproximativ 100.000 – 200.000 de oameni (majoritatea civili) şi chiar şi mai mulţi cu trecerea timpului, a fost şi rămâne controversată. Criticii spun că a fost un act de omucidere în masă inutil, în timp ce alţii sunt de părere că de fapt s-a limitat numărul de victime de ambele părţi prin grăbirea sfârşitului războiului şi evitarea unor lupte sângeroase pe teritoriul Japoniei; de asemenea se aduce argumentul reducerii înaintării sovietice (şi comuniste) în Asia drept una din consecinţele acestor bombe. De atunci pe Pământ au fost detonate peste 2.000 de arme nucleare cu scop de testare şi demonstrare a scopurilor lor. Pe lângă folosirea lor ca arme, explozivele nucleare au fost testate şi folosite şi pentru diverse scopuri nemilitare. Astfel, în Uniunea Sovietică, ele au fost folosite în minerit şi la construirea de canale, minimalizanu-se efectul pe termen lung.

Proiectul Manhattan...

In 1939, Albert Einstein a expediat o scrisoare presedintelui american Franklin Roosevelt, avertizindu-l despre amenintarea pe care o va aduce cu sine noua descoperire. La putin timp dupa ce Statele Unite au intrat in Cel De-al Doilea Razboi Mondial, guvernul american a decis sa initieze Proiectul Manhattan care trebuia sa aiba ca rezultat realizarea bombei atomice. Oamenii de stiinta angajati in acest proiect au inceput sa obtina primele succese. La sfirsitul anului 1942 laureatul italian al Premiului Nobel, Enrico Fermi, si colaboratorii sai au facut prima demonstratie despre reactia in lant, intr-un laborator subteran al Universitatii din Chicago. Proiectul Manhattan a demarat, apoi asigurindu-se facilitatile necesare pentru cercetarea in domeniul nuclear si foarte curind au aparut primele rezultate. Primul reactor cu plutoniu a devenit operativ in luna noiembrie a anului 1943, in localitatea Oak Ridge, Tennessee.

Principiul de functionare...

Pe data de 16 iulie 1954, cercetatorii care luau parte la Proiectul Manhattan au detonat prima arma nucleara in cadrul unui test efectuat linga Alamogordo, New Mexico. Dupa doar trei saptamini, ”Little Boy” a fost lansat asupra Hiroshimei. Little Boy”, bomba care a distrus Hiroshima, a folosit asa-numita metoda a ”tevii de pistol”. O mica explozie determina ciocnirea unei bucati de uraniu cu alta, determinindu-se astfel reactia in lant. Impactul se producea intr-un dispozitiv asemanator cu teava unui pistol. ”Fat Man”, bomba aruncata peste Nagasaki, a fost construita pe principiul imploziei: o masa de plutoniu 239, inconjurata de substante chimice explozibile. Tot materialul explozibil chimic era detonat in acelasi timp. Explozia determina compresarea masei de plutoniu si crearea reactiei in lant. Armele nucleare mai moderne sint bombele cu hidrogen. Aceste arme presupun izbucnirea unei implozii atomice pentru a crea caldura si presiunea necesare pentru ca nucleele a doi izotopi de hidrogen sa fuzioneze. Pentru ca o asemenea reactie de fuziune sa se petreaca, trebuie generate temperaturi egale sau chiar mai mari decit cele existente in interiorul Soarelui. Un razboi nuclear ar fi urmat de pacea totala a unei ”ierni nucleare”.

Figura 1 (Interior bomba atomica)

Puterea exploziva a armelor nucleare este masurata in kilotone sau megatone. O kilotona echivaleaza cu forta exploziva a 1.000 de tone de TNT. O megatona inseamna puterea a 1 milion de tone de TNT. Bomba atomica de la Hiroshima a produs o explozie de 15 kilotone. Cu hidrogen sau prin fuziune, bombele au produs pina acum explozii care au ajuns pina la 60 de megatone. Forta destructiva a armelor nucleare nu se limiteaza doar la intensitatea exploziei. Undele de soc se propaga de la locul detonarii cu o viteza incredibila si cu o forta atit de mare incit pot distruge cladirile din calea lor. Radiatiile termice, lumina orbitoare si caldura extrema emanata de explozie cauzeaza arsuri letale. Unii oamenii de stiinta au ajuns la concluzia ca in timpul unui razboi nuclear fumul degajat de o serie de explozii ar acoperi intreaga atmosfera, cauzind asa-numita ”iarna nucleara”, care ar determina scaderea temperaturilor atit de mult, incit majoritatea formelor de viata ar fi distruse. Exploziile nucleare cauzeaza, de asemenea, si de radiatii radioactive care pot ramine in atmosfera si in mediul inconjurator pentru multi ani.

Bombele în care se produc reacţii de fuziune nucleară se mai numesc şi bombe cu hidrogen. Temperatura necesară declanşării reacţiei de fuziune în bomba cu hidrogen este realizată de o bombă atomică, anexată acesteia. Reacţia de fuziune odată începută se autoîntreţine şi, într-un timp foarte scurt se produce o explozie catastrofală. Spre deosebire de

Figura 2 (Bomba cu hidrogen)

armele atomice aceasta are nevoie de o temperatură ridicata pentru a produce daune şi în loc să transforme atomii în elemente cu o masă mai mică aici atomii se unesc şi formează un element mai greu decât cel initial. Bombe de acest gen au fost testate de SUA, Rusia, Marea Britanie şi China care de asemeni deţin acest tip de armament.În structura acestei bombe intră o bombă atomică, iar în jurul ei este un amestec de litium şi deuterin. Această bombă nu produce radii precum cea atomică de aceea este cunoscută şi sub numele de “bombă curată”. Datorită acestui aspect se aseamănă cu bomba cu neutroni. După explozia acestui tip de bombă se crează unde care scad în intensitate cu cât se depărtează de locul exploziei. Acestea sunt răspunzătoare de pagubele produse de bomba cu hidrogen.

Efecte...

Efectele produse de suflul exploziei: exploziile nucleare ca şi cele provocate de armele convenţionale (clasice) produc distrugeri ale clădirilor şi ale altor structuri aflate în zonă. În timpul unei explozii creşte brusc presiunea aerului ceea ce provoacă o undă de şoc (unda exploziei) şi vânturi puternice. Cât de mari sunt pagubele produse şi care este raza de acţiune a suflului exploziei depind de puterea bombei, adică de echivalentul ei în T.N.T. De exemplu: O bombă nucleară echivalentă cu 10 kilotone de TNT produce distrugeri grave ale structurilor uşoare (cum ar fi casele de lemn întâlnite în Japonia, SUA) pe o rază de 1.6 km şi stricăciuni moderate la 2.4 km. O bombă de 1000 de ori mai puternică (de 10 megatone de TNT) are raza de acţiune de aproximativ de 10 ori mai mare, producând distrugeri grave pe o rază de 17.7 km şi distrugeri moderate pe o rază de 24km. Efectele produse de radiaţia termică: temperaturile foarte ridicate atinse într-o explozie nucleară deternimă formarea unei mase mari de gaze incandescente, ca o „minge de foc”. Diametrul ei este de aproximativ 300 metri pentru o bombă de 10 kilotone şi în jur de 4,8 kilometri pentru o bombă de 10 megatone. Radiaţia termică prousă de mingea de foc poate produce arsuri ale pielii şi incendii. Bombele atomice aruncate asupra Japoniei (Hiroşima şi Nagasaki), în cel de-al doilea război mondial, au provocat multe incendii mai ales în zona exploziei. În unele condiţii (Hiroşima) focurile mici care apar se pot combina formând furtuni de foc, similare celor care însoţesc incendiile din marile paduri. Efectele radiaţiei termice produse de „mingea de foc” depind de: starea atmosferei (dacă vizibiliatea este slabă sau explozia are loc deasupra norilor efectele sunt scăzute) şi de puterea bombei (o bombă de 10 kilotone poate cauza arsuri moderate pe o distanţă de peste 32 de km. Arsuri uşoare se produc însă pe distanţe mai mari). Efectele produse de radiaţia nucleară: în timpul exploziilor nucleare se eliberează radiaţii nucleare foarte penetrante. Acesta este probabil unul dintre cele mai mortale efecte ale armelor nucleare deoarece iradierea cu radiaţii nucleare cauzează boli grave fiinţelor vii. Studierea efectelor radiaţiilor nucleare asupra supravieţuitoarelor de la Hiroşima şi Nagasaki au arătat cât de nocive pot fi radiaţiile. „Ciuperca” ce se formează în timpul expoziei nucleare conţine rezidurile radioactive ale bombei nucleare (izotopi radioactivi rezultaţi din reacţia de fisiune, neutroni, radiaţii gama). Prin precipitaţii radioactive ce apar se pot contamina suprafeţe întinse aflate uneori la distanţe foarte mai de locul exploziei. Mutaţiile genetice: o altă urmare a unei explozii sau a unui accident nuclear sunt mutaţiile genetice. Mediul are o dublă interacţiune cu materialul genetic deoarece el iniţiază

apariţia mutaţiilor în direcţii întâmplătoare şi tot el este judecătorul care apreciază valoarea lor şi astfel asigură direcţia evoluţiei. Mediul produce mutaţii naturale cu o frecvenţă medie apreciată la 1/100.000 per genă per generaţie. Potenţialul mutagen al mediului înconjurător a cunoscut o creştere considerabilă din cauza acumulării de factori mutageni produşi de industria modernă. Procesul se mai numeşte şi mutageneza mediului. Radiaţiile care dau naştere mutaţiilor nu sunt cele naturale, care provin de la Soare sau din rocile radioactive ci radiaţiile provenite din activitatea nucleară care pot genera contaminarea nucleară. Aceste radiaţii se răspândesc prin exploziile bombelor atomice precum cele de la Nagasaki şi Hiroşima, prin exploziile experimentale pentru testarea armelor nucleare şi prin accidentele nucleare precum cel de la Cernobâl. Contaminarea radioactivă se manifestă pe o perioadă îndelungată, mutaţiile produse afectând chiar şi pe urmaşii celor radiaţi. Izotopul stronţiu 90 este „confundat” de organisme cu calciul şi se acumulează în oase. El iradiază măduva hematogenă şi de aceea leucemia este una dintre cele mai frecvente consecinţe ale contaminării radioactive a mediului. Iodul 131 este acumulat în glanda tiroidă crescând riscul de apariţie a cancerului tiroidian. Cancerul este una dintre consecinţele cele mai frecvente a poluării radioactive. Altă consecinţă produsă de radiaţii este teratogeneza (naşterea copiilor cu malformaţii). Aceasta se produce deoarece orice substanţă care perturbă procesul celulei ou, care cuprinde instucţiuni complexe cu privire la organismul ce va lua naştere generează mutaţii. De exemplu se poate perturba dezvoltarea embrionară. Deci, se impune controlul experimentelor nucleare şi aplicaţiilor militare. Daca stratul de ozon este afectat va creşte numarul de cazuri de cancer de piele datorită expunerii îndelunagte la soare. Acesta absoarbe razele ultraviolete şi ne protejează. Deja opinia publică este îngrijorată de apariţia unor zone în care stratul de ozon este periculos de rarefiat. Un alt aspect este faptul ca radiaţiile se acumulează în mediu, ajung în hrana vieţuitoarelor şi în final la noi de aceea se impune o mare grijă când se fac testări cu aceste substanţe.

Oficial, singurele ţări recunoscute ca puteri nucleare sunt Statele Unite ale Americii, Rusia, Marea Britanie, Franţa, China, India şi Pakistan. Rusia a moştenit armele de la Uniunea Sovietică.

Mare, mai mare, maxim...

Pe 30 octombie 1961, Rusii au detonat cea mai mare bomba construita vreodata, denumita si „Bomba Tarului”. Construita in toiul Razboiului Rece, pentru ca Uniunea Sovietica sa isi arate suprematia in fata Americii, aceasta a fost proiectata inital ca avand 100 megatone. Din cauza influentei asupra mediului, care in acest caz ar fi fost imensa, bomba a fost redusa la puterea a 57 mt, sau 57 de milioane tone de TNT. Caldura produsa de explozie ar fi putut produce arsuri de gradul 3 pe o suprafata de 100 de km de la suflul exploziei. Mingea de foc a fost vazuta la 1000 de km. Ciuperca produsa s-a extins pana la 64 de km, aproximativ de 7 ori

Figura 3 ( Comparatie intre razele sferelor de foc a 3 bombe, 2 apartinand americanilor si una Rusiei )

altitudinea celui mai mare varf montan terestru, Everest. Distrugerile s-au produc pe o raza de 1000 de km, explozia provocand un seism cu magnitudinea de 5.2 grade Richter, desi bomba a fost detonata la 4 kilometri de sol. Ulterior, s-a estimat ca energia produsa de bomba ar fi echivalentul a 1,4 % din cea produsa de Soare.

Putem deci spune ca, pentru a-si distruge inamicul, rusii ar creea o bomba care sa distruga tot ce traieste pe o raza de zeci de kilometri. In schimb, americanii folosesc o bomba care sa distruga DOAR Inamicul.

Bibliografie...

1. http://en.wikipedia.org2. http://ro.wikipedia.org3. http://www.roenciclopedia.ro4. http://www.clker.com5. http://www.atomicarchive.com

Va multumim pentru atentie!!!

Proiect intocmit de: Balanici Dragos

Clasa a VIII-a B