Jakie skutki może mieć eksplozja bomby atomowej?

Jak działa bomba atomowa?

Bomba atomowa to broń, którą posłużyło się tylko jedno państwo. Stany Zjednoczone zrzuciły ładunki nuklearne na japońską Hiroszimę i Nagasaki. Skutki okazały się na tyle potężne, że doprowadziły do całkowitej kapitulacji Japonii w II wojnie światowej. To ponure doświadczenie, zamiast powstrzymać świat przed wykorzystywaniem fizyki jądrowej do celów wojskowych, pchnęło go w szaleństwo zimnej wojny. Posiadanie arsenału jądrowego stało się najistotniejsze w globalnym wyścigu zbrojeń.

Po niespełna 80 latach od tragedii, mamy do dyspozycji ładunki nuklerne, których detonacja byłaby w stanie unicestwić miliony ludzi. Jak działają bomby atomowe i dlaczego nie są sobie równe?

Bomba jądrowa (atomowa)

Energię wybuchu ładunku jądrowego uzyskuje się rozszczepiając jądra atomowe radioaktywnych izotopów pierwiastków, na przykład uranu-236 lub plutonu-240. Sprytne jest to, że powstają one w momencie detonacji i konstruując lub obsługując bombę atomową, nie mamy do czynienia z pierwiastkami radioaktywnymi.

Detonacja rozpoczyna się od uruchomienia ładunku konwencjonalnego. Jego energia inicjuje reakcję, w której cząsteczki stabilnych izotopów są bombardowane dodatkowymi neutronami. W ten sposób na moment powstają atomy bardzo nietrwałego izotopu, które rozpadają się niemal natychmiast. Produkują przy tym duże dawki energii, które napędzają proces aż do momentu przekroczenia tzw. masy krytycznej. Wtedy następuje eksplozja.

Cała trudność zbudowania bomby atomowej polega na prawidłowym obliczeniu proporcji. Oprócz silnego ładunku konwencjonalnego musimy w ładunku umieścić odpowiednią ilość konkretnego izotopu. Na przykład decydując się na uran-235 potrzebujemy aż 52 kg, ale stawiając na plutonu-239, wystarczy nam 10 kg. Istnieją też lżejsi kandydaci.

Bomba wodorowa (termojądrowa)

Ładunek termojądrowy w momencie eksplozji wykorzystuje energię będącą produktem ubocznym fuzji jądrowej. Chociaż jest to reakcja przeciwna do rozszczepiania, to bomba wodorowa jest tak naprawdę wariacją konstrukcyjną względem ładunku atomowego.

Bomba wodorowa ma na pokładzie bombę jądrową, zazwyczaj plutonową, ale zawierającą też deuterek litu. Jej eksplozja dostarcza bombie termojądrowej ogromnej temperatury, ale także istotnego składnika radioaktywnego. Atomy deuterku litu, bombardowane energią neutronów, rozpadają się do niestabilnego izotopu wodoru nazywanego trytem.

Jest on niezbędny do syntezy jądrowej. Na jej drodze w bombie wodorowej powstają atomy helu. Produkowana przy tej okazji energia jest olbrzymia, ponieważ atom helu tworzą dwa protony i dwa neutrony. Deuter i tryt dostarczają dwóch protonów i trzech neutronów. Nadprogramowy neutron intensyfikuje reakcję łańcuchową, która ostatecznie prowadzi do eksplozji.

Ładunek termojądrowy to obecnie najpopularniejszy z ładunków nuklearnych. Decyduje o tym jego wydajność oraz potencjał na wielokrotnie większą moc. Konstruując ładunek termojądrowy można też kombinować z użyciem różnych pierwiastków i reakcji jądrowych. Na przykład trójfazowe bomby termojądrowe wyposażane są w dodatkowe powłoki z izotopu uranu, plutonu, kobaltu lub toru. 

Bomby neutronowe i kobaltowe

Ładunki neutronowe i kobaltowe to najbardziej tajemnicze ładunki nuklearne. Nie jest bowiem pewne, że ktokolwiek ma je na stanie. I bardzo dobrze. Są to bomby, których siła wybuchu jest mniejsza, niż klasycznego ładunku termojądrowego. Ich atutem jest jednak promieniowanie.

Bomba neutronowa jest zbudowana tak, aby zintensyfikować energię promieniotwórczą. Jest rodzajem broni termojądrowej, ale jej wybuch dostarcza względnie niewielkich dawek ciepła i słabej fali uderzeniowej. Promieniowanie, które im towarzyszy także nie jest ogromne. Dopiero wytwarzane z opóźnieniem promieniowanie neutronowe zyskuje na zasięgu i olbrzymiej mocy.

Bomba kobaltowa to rodzaj bomby jądrowej. Reakcja rozszczepienia, do której prowadzi jej detonacja produkuje radioatywny izotop kobalt-60. Oprócz silnego promieniowania gamma, jaki wydziela, ma też długi okres półtrwania. Oznacza to, że skażenie opadem radioaktywnym bomby kobaltowej może utrzymywać się przez dziesięciolecia. Tego jednak nie możemy być pewni.

W przeciwieństwie do ładunków neutronowych, bomba kobaltowa prawdopodobnie nigdy nie została skonstruowana. To cieszy, ale także pozwala na błędy w ocenie zagrożenia. Sporne jest bowiem jak długo utrzymuje się zanieczyszczenie oraz od czego to zależy. Część naukowców podkreśla, że kobalt-60 rozpada się długo, ale z czasem emituje znacząco mniejsze promieniowanie.

Jakie są skutki wybuchu ładunku nuklearnego?

W warunkach polowych broń atomowa została użyta tylko dwa razy. Zrzucone na Hiroszimę i Nagasaki bomby były ładunkami jądrowymi, które zdetonowano kilkaset metrów nad powierzchnią gruntu. Obawy przed detonacją ładunku wodorowego to jednak prawdziwa bomba.

Ładunki termojądrowe oznaczają dużo wyższą wydajność. O tym jak działają wiemy dzięki testom jądrowymi. W okresie zimnej wojny miały one znaczenie polityczne. Przeprowadzono je więc intensywnie i drobiazgowo monitorowano. To działało na wyobraźnię, pomimo, że ładunku termojądrowego nigdy nie wymierzono przeciwko ludziom. 

Takie materiały pozostały na przykład po próbach jądrowych ładunku Ivy Mike, pierwszej bomby wodorowej o mocy 10 Mt

Obejrzyj w

Detonacja ładunku nuklearnego oznacza wyrzut energii świetlnej, cieplnej i promieniowania jonizującego. Powstaje kula ognia, która następnie przekształca się w grzyb atomowy. Temu wszystkiemu towarzyszy fala uderzeniowa oraz impulsy elektromagnetyczne.

Na tym się jednak nie kończy. Grzyb atomowy nie jest zwykłą chmurą pyłu. Kula ognia zasysa wszystko co spotka na swojej drodze i stapia z produktami reakcji jądrowych. Wyrzucany ku niebu obłok tworzą budynki, ludzie i fragmenty gruntu, które uległy ewaporacji i stały się radioaktywne. Wraz z wytrącaniem energii wybuchu, promieniotwórcza chmura zaczyna opadać i dochodzi do ponownej katastrofy.

Skażone staje się powietrze, grunt i woda. Najintensywniejszy opad radioaktywny jest w obszarze epicentrum zdarzenia, ale drobniejsze fragmenty atomowego pyłu mogą przenosić się z wiatrem i pokonywać wiele kilometrów.

Co się stanie, jeśli bomba atomowa uderzy w Warszawie?

Wybuch bomby atomowej w Warszawie lub innym polskim mieście bardzo często kojarzy nam się z wizją końca świata. Z jednej strony słusznie, ponieważ naszą stolicę ogarnąłby ogromny pożar, a ofiary liczono by w milionach. Czy miasto stałoby się ziemią jałową, dobrą już tylko dla karaluchów? Niekoniecznie.

Od czego zależy skala zniszczeń wywołanych przez bombę atomową?

• moc ładunku nuklearnego

Moc ładunku nuklearnego podawana jest kilotonach. Jest to jednostka określana na bazie współczynnika trotylowego. Zgodnie z nim 1 kt odpowiada zniszczeniom, jakie wywołałaby detonacja 1 tony trotylu.

• przestrzeń detonacji

Bombę nuklearną można zdetonować na powierzchni gruntu, pod ziemią, ale także pod wodą lub w powietrzu. Przekłada się to na obszar zniszczeń oraz występowanie i zasięg opadu radioaktywnego.

• topografia miejsca uderzenia

Ładunek atomowy zdetonowany na obszarach zurbanizowanych dokona większych zniszczeń i pochłonie więcej ofiar. Dostarczy także bardziej intensywnego opadu radioaktywnego. Na skutki wybuchu ma też wpływ obecność akwenów wodnych oraz pasm górskich.

Wszystko to powoduje, że przygotowanie trafnej symulacji jest ogromnie trudne. A różnice są znaczące nawet jeśli dotyczą tylko jednej zmiennej

Tak prezentowałby się zasięg zniszczeń, jeśli w Warszawę uderzyłaby bomba atomowa o mocy 300 kt zdetonowana w powietrzu (na wysokości 2 000 m).

Zasięg bomby atomowej o mocy 300 kt zrzuconej na Warszawę, Detonacja na wysokości 2 000 m nad ziemią. Źródło: Nukeamap 

Kula ognia miałaby powierzchnię 1,12 km², a jej promień wynosiłby 600 m. Eksplozja ładunku termojądrowego byłaby jednak bardzo wysoko i nie spotkałaby się ona z gruntem. Nie doszłoby do ewaporacji fragmentu miasta, ale na przestrzeni 7,46 km względem epicentrum (175 km²), wszystko stanęłoby w ogniu.Oznaczona pomarańczowym kolorem strefa zostałaby zniszczona, a obecni tam ludzie nie mają większych szans na przeżycie.

W promieniu 1,89 km walą się wszystkie budynki i infrastruktura. Na obszarze do 2,14 m (kolor zielony) promieniowanie jest śmiertelne, ale bez znaczenia. Na dystansie 4,66 km (kolor fioletowy) wszystko niszczy fala uderzeniowa. Wiatr sięga setek kilometrów na godzinę i nie zostanie kamień na kamieniu. Oszczędzi on niektóre konstrukcje stalowe, ale dla ofiar nie jest to żaden ratunek.

Wszystko dzieje się zbyt szybko, żeby szukać schronienia. Jeśli jakiemuś człowiekowi udaje się przeżyć huragan pełen odłamków szkła, kamieni, pojazdów i wyrwanych z korzeniami drzew, to  przyjął on dawkę promieniowania, która doprowadziłaby go do śmierci w przeciągu miesiąca. Nie będzie miał jednak tyle czasu, ponieważ w kilka sekund ogień dokończy dzieła.

Może być jednak gorzej. Tak wypadłyby zniszczenia, jeśli ten sam ładunek zostałyby zdetonowany na wysokości 540 m lub niżej.

Zasięg bomby atomowej o mocy 300 kt zrzuconej na Warszawę, Detonacja poniżej 500 m nad gruntem. Źródło: Nukeamap 

Kula ognia jest taka sama, ale mając promień 1,89 km, sięgnie gruntu. Panuje w niej ogromnie wysoka temperatura i zetknięcie z nią powoduje ewaporację. W ułamku sekund w pył zmieniają sie fragmenty gruntu, skały, budynki i organizmy żywe.

Wymiary krateru atomowego. Źródło: Nukeamap

Powstanie lej atomowy o powierzchni 210 m², ale istotny jest też grzyb atomowy.

Wymiary grzyba atomowego. Źródło: Nukeamap

Osiągnąłyby on wysokość 15,7 km, a opadając doprowadziłby do skażenia promieniowaniem ogromnych obszarów. W połączeniu z  wiatrem o prędkości poniżej 20 km/h (słabszy niż morska bryza) doprowadziłby do opadu radioaktywnego, który dotarłby niemal do Poznania.  

Zasięg opadu radioaktywnego po wybuchu bomby atomowej o mocy 300 kt zrzuconej na Warszawę, Detonacja poniżej 500 m nad gruntem. Źródło: Nukeamap 

Zagrożenie ze strony opadu radioaktywnego to efekt, którego ofiary mogą próbowac sobie radzić na przykład izolacją od otoczenia. Problem w tym, że niekoniecznie w przypadku ataku nuklearnego. Jest to zdarzenie, które niszczy infrastrukturę i sieci komunikacyjne.

Jednym z efektów wybuchu są impulsy elektromagnetyczne. Niszczą one sieci elektryfikacyjne i teleinformatyczne. W zależności od miejsca wybuchu impuls elektromagnetyczny może zniszczyć je w promieniu tysięcy kilometrów. Ludzie narażeni na promieniowanie, którzy mieliby szansę się uratować, mogą się o tym nie dowiedzieć.  

Tak przebiega wybuch bomby atomowej z perspektywy ofiar:

Obejrzyj w

Realnie uratować można tylko ofiary promieniowania, ale nie wszystkie. Dla ludzi, którzy znajdą się w strefie pożarów nie ma szans. W najgorszej sytuacji są jednak ofiary wokół niej. One przeżyły, ale w większości wymagają pomocy medycznej, której nie dostaną. W okolicy nie ma szpitali, karetek, nie ma też dostaw leków i środków opatrunkowych. To, co znajdziemy na miejscu, może posłużyć tylko do zapewnienia komfortowych warunków zgonu. Tak robiono w Hiroszimie, Nagasaki i tak stanie się wszędzie, gdzie ludność cywilna dozna ataku nukleranego.

Jak działa promieniowanie jonizujące?

Promieniowanie jonizujące zabijają na wiele sposobów, ale przede wszystkim powoduje, że w naszych tkankach zachodzi radioliza wody. Jest to rodzaj chemicznego zatrucia organizmu. Jego skutkiem jest zrywanie nici DNA, które prowadzi do mutacji komórek. Stają się one martwicze lub doznają zmian nowotworowych.

Istnieją sposoby, aby leczyć chorobę popromienną oraz jej skutki. Wiele zależy jednak od konkretnego przypadku i na początek potrzebna jest między innymi bardzo szybka transfuzja krwi. Na obszarze katastrofy nuklearnej nie ma na nią szans. Obrażenia, które można leczyć, ale wymagają pomocy ambulatoryjnej stają się tam śmiertelnym zagrożeniem.

Jak bronić się przed opadem radioaktywnym?

Na tym też polega tragedia ofiar narażonych na sam opad radioaktywny. Ich szanse na przeżycie są wyższe, ale nie istnieje na świecie system opieki medycznej, który sprawnie poradzi sobie z dużą ilością poszkodowanych, wymagających specjalistycznego leczenia.

Przed promieniowaniem można się uchronić, ale w obliczu katastrofy i chaosu, staje się to bardzo trudne. Przede wszystkim o zagrożeniu trzeba wiedzieć. To nie będzie oczywiste, a jedyną szansą jest izolacja. Znalezienia schronienia, które odetnie nas od promieniowania to dopiero początek. 

Musimy jeszcze w tym miejscu przetrwać i nie będzie to przyjemne doświadczenie. Nie mamy internetu, dostaw prądu, gazu i wody. Momentem, kiedy możemy opuścić schronienie jest pojawienie się ratowników, a to może potrwać tygodnie. Kontakt z kimś napromieniowanym to zagrożenie, ponieważ nie jesteśmy w stanie takiej osoby odkazić. Jeżeli my nie jesteśmy skażeni, to dołączająca do nas osoba musi pozbyć się ubrań, włosów (z całego ciała) i powinna się umyć. Do tego celu nie ma jednak wody.

Bez zapasów jedyne względnie bezpieczne jej źródła to kaloryfery i woda z rezerwuaru toalety w stanie przed wybuchem. Wodociągi, jeśli działają, mogą dostarczać nam promieniotwórczego koktajlu. Jeśli mamy bezpieczne zapasy, to musimy je oszczędzać. Możemy ich potrzebować przez wiele dni. Przeżycie jest więc do zrobienia, ale staje się skrajnie skomplikowane.

Czy atak nuklearny jest prawdopodobny?

Zanim jednak zabierzemy się za budowę prywatnych bunkrów atomowych warto pamiętać, że powyższe symulacje to nadal mało realne scenariusze. Ładunek nuklearny o mocy 300 kt musiałby być przenoszony rakietą dalekiego zasięgu. Oznacza to uruchomienie przez któreś z mocarstw atomowych broni strategicznej. Taką można powstrzymać w locie i paradoksalnie większym zagrożeniem jest taktyczna broń atomowa.

W obecnej sytuacji międzynarodowej realne jest jej użycie na terytorium Ukrainy. Polskę może więc dotyczy zagrożenie ze strony opadu radioaktywnego. Nie będzie on jednak tak poważny. Taktyczna broń atomowa to ładunki, które może wynosić na przykład artyleria, której wyrzutnie mają zasięg do 500 km. Pociski, które mogą zostać w ten sposób dostarczone, nie będą wodorowymi, tylko jądrowymi, a przeciętna ich moc nie przekracza 10 kt.

Długofalowe skutki wybuchu atomowego

W grze lub filmie atak nuklearny ma poważniejsze skutki, niż to prawdopodobne. Rzeczywiście, ludzkość dysponuje arsenałem atomowym, który mógłby doprowadzić do niemal całkowitej anihilacji życia na ziemi. Warunkiem powdzenia takiego planu jest jednak użycie arsenału światoweg w bardzo metodyczny sposób. Tłum zainteresowanych mógłby więc sprzeciwić się podobnym projektom jednego wariata. Zima atomowa to także mało wiarygodny scenariusz. Skumulowanie wszystkich ładunków atomowych i ich zdetonowanie może poważnie zanieczyścić atmosferę, ale na kilka lat, a nie dziesięcioleci. Pozostaną też enklawy, w których życie szybko będzie się odradzać.

Ciekawszą fantazją są symulacje, zgodnie z którymi olbrzymia bomba atomowa zdetonowana w obszarze biegunów magnetycznych Ziemi, mogłaby doprowadzić do armagedonu. Sugerują bowiem, że doszłoby do zaburzenia równowagi elektromagnetycznej, a nasza planeta, tracąc atmosferę, zaczęłaby przypominać Marsa.  Czy rzeczywiście i do jakiego stopnia byłoby to trwałe, nie jesteśmy w stanie ocenić, pnieważ nadal wiemy o naszej planecie zbyt mało.

Podobnie bardzo nietrafione są też bajki w których pociski atomowe doprowadzają do skażenia porównywalnego z awariami elektrowni atomowych. Tak nie jest, ponieważ reaktory jądrowe mają inny cel, niż pociski jądrowe. Te pierwsze powstają po to, aby w pełni wykorzystać rozszczepienie do wytwarzania energii z powolnego, długotrwałego procesu reakcji. W wyniku tej reakcji powstają odpady jądrowe, które są stosunkowo długowieczne.

Ładunki nuklearne wykorzystują jednorazową reakcję łańcuchową, aby uzyskać jak najbardziej niszczycielską siłę w krótkim czasie. Reakcja ma finał w postaci krótkotrwałych cząstek radioaktywnych. Oznacza to, że ​​początkowy wybuch promieniowania jest niezwykle wysoki, ale szybko spada.

Wiele zależy od typu ładunku nuklearnego, ale jego detonacja nie ma takich skutków jak awarie elektrowni jądrowej w Czarnobylu lub Fukushimie. Tamtejsze strefy wykluczenia nie będą możliwe do zamieszkania nawet za sto lat. Nagasaki i Hiroszima przeżyły zrzucenie bomb atomowych niespełna 80 lat temu i nie są obszarami radioaktywnymi. Tylko bomba kobaltowa niesie ze sobą zagrożenie, że w przyszłości może być inaczej. Jej projekt nie jest jednak rozwojowy, ponieważ skutki nie sprzyjają interesom atakującego.

Źródło: Nukeamap, SIPRI, Czerwony Krzyż, PAA