Ядролық реакциялар - энергияның көзі

Ядролық қарудың зақымдаушы факторлары

Ядролық реакциялар - энергияның көзі.

Aтом  ядросы протондар мен нейтрондардан (жалпы аты-нуклон)   құралған.   Кейбір   ауыр  элементтердің  (мысалы,   уран, плутоний)   ядролары   бөлінген   кезде,   ал   жеңіл  түрлері   (сутегі изотоптары)  қосылып  аурырақ  (гелий)  элементтерді  құрағанда ядролық реакциялар барысында едәуір энергия босайды екен. Бөліну реакцияларында атом ядросы сыртқы нейтрондардың әсерінен екі немесе одан көп бөлшектерге ыдырайды. Егер 1 кг I уранның барлық ядролары ыдыраса босалған энергияның шамасы тротилдың 20000 тоннасының жарылуынан шығатын энергиясына тең болады. Салыстару үшін, тротилдың (тринитротолуол деген жарылғыш химиялық зат) 1 кг мөлшері жарылғанда кәдімгі жер қыртысында екі метрдей диаметрлық шұнқыр пайда болады. Ядролық бомбалардың қуатын тротил эквивалентімен өлшейді. Бөліну реакцияларына негізделген бомбалардың қуаты тротил баламасымен есептелгенде ондаған тоннадан бастап шамада 500000 тоннаға дейін жететіндей жасауға болады.

Қосылу  реакцияларының өз ерекшелігі бар:  бұл жағдайда нейтрондың      қатысымен      емес,      жеңіл     ядролар      өздері электростатикалық керіс  тебу күштерін жеңіп қосылуға тиіс (синтез реакциясы).     Уранның     бөліну     реакциясымен     салыстырғанда дейтерий және тритий, немесе дейтерий мен литий қоспаларының синтез  реакциясында   босану  энергиясы  төрт  есе  көп  болады. Алайда,  синтез  реакциясы  жүру  үшін  жоғары  температуралар қажет,   сондықтан    оны   термоядролық   реакция   деп   атайды. Термоядролық бомбаларда температураны көтергіш ретінде 235-уран немесе 239-плутонийдің  ядро бөліну реакциялары жарылыс  қалпында пайдалынады; олар негізгі  қоспаны қыздырады. Және жарылыс  заттардың қабықшасының құрамына 238-уран кіргізіледі. Онда алдымен бөліну реакция  жүріп, температура көтеріледі; онан соң синтез реакциялары іске қосылады - бұл жерде көптеген нейтрондар пайда болып, қабықшада бөліну реакция  жүруіне себеп болады. Жырылыстың осы үш сатысы бәріне лезде өте  шығады (микросекунд үлестерінің шамасында). Термоядролық жарылыстың қуатын 50 Мт-ға дейін көтеруге болады (елу миллион тонна).

Ядролық қарудың зақымдаушы факторлар.

Жарылыс түрлерінің ішінде ерекше орын алатыны  әуедегі және жер үстіндегі ядролық  жарылыстар; олардан басқа жер  астындағы және су үстіндегі (су астындағы) ядролық жарылыстар да болуы мүмкін.

Жарылыстың  алғашқы бастамасында энергияның бір  бөлігі гамма-сәулелер және нейтрон  ағындары түрінде босанады. Бұлар  материядан оңай өтіп терең енетін қасиетіне қарай өткіш радиация деп аталған және жолында кездескен  тірі организмнің клеткаларын иондайды (екі қарама-қарсы электр зарядына бөледі). Энергияның басым мөлшері жылу формасына айналады. Жарылыс орталығында температура шамада 10 миллион градусқа дейін көтеріледі. Салыстыру үшін - күн бетіндегі температура 6 мың градус шамасында. Оқ дәрінің қоры мен қабықшасы кірпік қағым уақыт арасында газ түріне айналады да реакциялар барысы тоқтолады.

Қызған  газ бен ауа сәуле шашатын отты жарқыл шарды құрады. 1 Мт қуаты бар жарылыстың жарқыл шары өрістеп көлемі 10 секундта 2000 метрдей шамасына жетеді.

Кеңістіктің шектелген аз көлемінде орасан зор энергияның босатылуы себебінен ауа қысымы күрт көтеріледі (1 млрд. атм. шамасына). Тығыздалған ауа массасының жан жаққа таралуы нәтижесінде қысым көрші ауа қабатына өтіп, ауа толқынның туындатады. Сығымдалған ауаның алдыңғы қабатын соққы толқының шебі деп атайды. Соққы толқыны екі зонадан құралған: тығыздалған зонасында ауа қысымы атмосфера қысымынан артық, сирету зона тығыз зонаға ілесіп келеді - оның ауа қысымы атмосфера қысымынан төмен. Соққы толқынымен бірге ауа ағыны да пайда болады. Дыбыс жылдамдылығынан арта түсіп жылжыған ауа ағыны мен соққы толқыны зор қирату күші деп табылады. Кеңістікте жан-жаққа таралып олар орталықтан алыстаған сайын жайылып бара-бара зақымдау әсерін төмендетеді, ауа толқыны төңіректе күн күркіреген сияқты дыбыс шығарады. Соққы толқыны жарылыстың түріне қарай су астында да болады. Жер астындағы соққы толқыны жер сілкінісіне ұқсаған қимыл келтіреді.

Биікте  болған ядролық жарылыстың радиобелсенділі өнімдері - ядролардан бөлінген бөлшектері, реакцияға қатысын үлгермеген жанар заттары, нейтрон ағынның ықпалынан пайда болған радиобелсенді изотоптар, т.б. - тропосферадан ұзақ уақыт бойы (бірнеше аптадан үш айға дейін) жер бетіне түсе, радиобелсенділік бұлт ізін құрайды. Бірнеше мың километрге созылып олар тірі жандарға аса қауіп туғызбайды. Жарылыстың тағы басқа өнімдері стратосфераға еніп жер бетіне 5-10 жыл бойы түсе береді. Әуе ядролық   жарылысының   кіндігінде   нейтрондар   әсерінен   сіңген радиацияның деңгейі тез арада төмендейді, өйткені радиобелсенділік заттардың (РЗ) көбісінің жартылай ыдырау мерзімі қысқа. Сонымен әуедегі болған ядролық жарылыстың негізгі зақымдау факторларына соққы толқыны, жарық сәулесі және өткіш радиациясы жатады.

Жалпы ядролық  жарылыс энергиясы былай таралады: 50% -соққы толқыны, 35% - жарық сәулесі, 10% -ядролық сәуле қалдығы, 5% - өткіш радиация.

Жер үстіндегі  ядролық жарылыстың жарқыл шары жер  қыртысына тиеді, суи бастап ол жер  бетінен қисапсыз мөлшерде топырақты  өзіне сорып биікке көтереді де саңырауқұлақ тәрізді радиобелсенді бұлтты құрайды. Топырақтың құрамына кіретін кремний, натрий, магний элементтері алғашқы нейтрондардың ықпалынан радиобелсенділік қасиетіне ие болын алған, ал жарылыстың өзінен шыққан РЗ-тар әлгі топырақпен араласып, оның бөлшектеріне қонады. Жел бағытымен жылжыған бұлттан төмен алдымен ірі, ауыр бөлшектер, сонан соң ұсақтары тұнба болын түсе береді. Бұлттың ізімен түсіп отырған РЗ-тар осы өңірде биік деңгейлі радиацияны ушықтырып, адамдарды және малдарды зақымдауға соқтырады.

Сонымен жер үстіндегі ядролық жарылыстың зақымдау факторларына радиобелсенділік зақымы да қосылады.

Ядролық қарудың бір түрі нейтрондық қару деп аталған, өйткені энергияның басым бөлімі өте қуатты нейтрон  ағынына айналып жер қыртысында сіңген радиацияның пайда болуына  себеп болады. Оның үстіне нейтрондар, жоғарыда айтылғандай, электр заряды болмағандықтан материалдардан оңай өте береді. Нейтрондың қару қуаты аз, тротил баламасымен санағанда 10 мың т. жетпейтін бомбалар боп саналады; құрамының ерекшелігі - оған тек плутоний (қыздырғыш ретінде) және дейтерий мен тритийдің қоспасы кіреді.

Бұл қарудан сақтану мақсатында қорғау паналарды бірнеше түрлі материалдарды үйлестіріп, қабырғалары мен төбесін өте қалың қылып тұрғызады.

Ядролық жарылыстың салдарынан адамдар, малдар және өсімдіктер жаппай зақымға ұшыраған, ал ғимараттар мен құрылыстар қирап бүлінген территорияны ядролық зақымдау ошағы деп атайды.

ЖАРЫҚ СӘУЛЕНІҢ ЗАҚЫМДАУШЫ КЕСІРІ.

Жоғарыда  айтылғандай жарылыс болған ортадағы температура бірнеше миллион  градусқа көтеріліп жарқыл шар шнайды. Осы кезде жан жаққа өте күшті ультра күлгін сәуле арайды. Бірте-бірте шардың шардың сууы барысында көрінетін сәуле күшейеді, аяғында инфрақызыл сәулесі энергияның шығуын жалғастырады.

Ультра  күлгін, көрінетін және инфрақызыл сәулелер ядролық жарылыстың жарық сәулесін құрайды, табиғатында электромагниттік сәулелену болып табылады. Адам жанарының ультракүлгін және инфрақызыл сәулелерді қөру қабілеті жоқтығынан жжарқыл шардың өсу және сөну мерзімдерін көрмейді, аалйда ол адамның көзін осы кезде де зақымдауы мүмкін. Қысқаша айқанда, адам ядролық жарылыстың басталған алғашқы сәтін біле алмайды.

Жарық сәулесі  жан-жаққа түзу бағытпен тарайды, мөлдір емес заттардан өтпейді. Жарқыл шардың жарық сәуле шашу уақыты (t, c) мен бомбаның қуаты (q,кт) арасында эмпирикалық байланысы байқалады . Әуедегі және жер үстіндегі жарлыстардың сәуле иашу уақыты сонда: q=l млн.т. - t=10 c; q=10 мың. т. - t=2,2 cоққы толқынымен және өткіш радиациямен салыстырғанда жарық сәулесі едәуір қашықтыққа әсер көрсетеді, оның негізгі көрсеткіші жолын жарық күші (жарық импульсі) саналады.

Жарық күші Дж/м² бірлігімен өлшеніп, сәуле таралу бағытына қарама қарсы перпендикуляр күйінде жайғасқан бір шаршы метр (1м²) бетіне жарқырау уақытты бойынша түскен жарық энергиясының мөлшерін көрсетеді. Оның басқаша алынған бірлік өлшемі 1 кал/см², анықтау үшін 1кал/см²=4,18 10⁴ Дж/м²(1 калория-судың 1 г мөлшерін 19,5°С-тан 20,5°С-қа дейін көтеру үшін қажет энергиясы). Ауа райы ашық, ауасы мөлдір күндерде 1 млн. тонналық бомба жарылысында жарылыс орталығынан 17 км қашықтықта жарық күші шамада 240 кДж/м² тең (әуедегі жарылыс үшін). 100 мың т. бомба жарылысы үшін бұл көрсеткіштер 6 км қашықта болады.

Жарықтың  сәуле шығару ауқымы жарылыстың қуаты  мен биіктігіне және атмосфералық жағдайларға  байланысты болады, оның әсерінен қатты  қирау және орташа қирау зоналарда  түтас жаппай, ал жеңіл қирау зонасында  жекелеген өрт пайда болуы  мүмкін. Толық қирау зонасында  барлық нәрсе қирап, ұшатындары ұшырылып кеткендіктен өрт болмайды да, бірақ  қатты түтіндейді. Тұтас жаппай өрт  аумағында өрт дауылы көтеріледі; жанып жатқан өлкеге жан жақтан 50-60 км/сағ. жылдамдықпен ауа ұмтылып  өртті одан әрі өрістетеді.