Оружие массового поражения

3. "Чистые" и "грязные" бомбы.

В зависимости от степени радиоактивного заражения местности заряды можно разделить на "грязные" и "чистые". Стоит отметить, что такое деление условно и так называемые "чистые" бомбы все равно являются сильным источником заражения. Просто в "грязных" бомбах радиоактивных продуктов взрыва еще больше.  

Причиной повышенного загрязнения является деление атомов U-238 оболочки быстрыми нейтронами от синтеза в термоядерных зарядах или зарядах с усилением. Эти устройства работают по схеме деление (пусковой заряд) -> синтез (термоядерная реакция) -> вторичное деление. Основное преимущество данной схемы: подобное деление урана значительно повышает общее энерговыделение устройства.  

Одним из примеров "грязных" бомб можно назвать первую советскую термоядерную бомбу РДС-6с "Слойка". Ее мощность - 400 кт, причем на долю триггера приходится 40 кт, на долю синтеза - примерно столько же, остальное - деление оболочек из U-238.  

"Чистыми" считаются термоядерные заряды, в которых корпус капсулы с термоядерным топливом изготовляется из нерадиоактивного материала - свинца, вольфрама. Несмотря на это в результате облучения нейтронами азота воздуха возникает опасный радиоактивный изотоп углерода C-14, отлично попадающий в организм как часть пищевой цепочки. Радиоактивные изотопы появляются и у материала корпуса капсулы. И в любом случае в таком термоядерном устройстве находится определенное количество плутония: в триггере и "запальном стержне".  

Почему деление производит гораздо большее радиоактивное загрязнение чем термоядерный синтез? Продукты термоядерной реакции нерадиоактивны, заражение местности возникает в результате наведенной нейтронами радиоактивности в окружающем веществе. При распаде же возникает несколько десятков самых различных, в том числе и долгоживущих, изотопов. Среди них самыми опасными являются: стронций-89 и 90, цезий-137, йод-131. Йод-131 короткоживущий изотоп (период полураспада 8 дней), может накапливаться в щитовидной железе и стать причиной ее рака. Изотопы стронция имеют свойство накапливаются в костях, стронций-90 достаточно долгоживущий (~28 лет), стронций-89 имеет период полураспада 52 дня. Цезий опасен как долговременный источник γ-излучения с периодом полураспада 30 лет и представляет опасность на столетие.

"Кобальтовые" бомбы

"Кобальтовые" бомбы должны быть устроены сходно с зарядами с термоядерным усилением, но вместо делящейся оболочки из U-238, помещена оболочка с каким-либо материалом, дающим сильную наведенную радиоактивность. Нейтроны, выходящие из области взрыва производят в ней нестабильные изотопы, таким образом, радиоактивное загрязнение местности даже по сравнению с "грязными" бомбами многократно возрастает.  

Степень этой радиоактивности в первую очередь определяется веществом оболочки. В картине выброса должен присутствовать γ-распад, как наиболее опасный вид радиоактивности (α-излучение полностью поглощается несколькими миллиметрами кожи, β-излучение - несколькими сантиметрами тканей организма). Для удешевления производства родительский изотоп должен присутствовать в исходном (природном) веществе в заметном количестве. Возможны вариации и по длительности периода полураспада: можно создать средний фон радиации, сохраняющийся долгое время или получить сильную радиоактивность на более короткий период.

Кобальт представляет собой в этом смысле лучший выбор, т.к.:  он дешев; период его полураспада таков, что создает сильное радиоактивное заражение, сохраняющееся в течении многих лет - это делает бесполезным укрытие в убежище (если только там нет запаса еды/воды лет на 30).  

Большая опасность от кобальта-60 и большее загрязнение им местности, чем осколками от деления U-238, происходит, потому что эти самые осколки содержат:  

вообще нерадиоактивные изотопы;

короткоживущие изотопы, дающие сильный фон, который очень быстро снижается вследствие их распада, т.о. при нахождении человека в убежище несколько дней уже не оказывающие на него воздействия;

очень долгоживущие изотопы, создающие небольшой уровень радиации.  

Первоначально, продукты деления "грязной" бомбы гораздо более активны: в 15 000 раз через 1 час, в 35 раз через 1 неделю, в 5 раз через 1 месяц. Спустя полгода активность сравнивается, через год Co-60 в 8 раз более активен, через 5 лет - в 150 раз.  

Цинк мог бы быть заменой кобальту. Правда он нуждается в обогащении по Zn-64, изначально его активность дважды превышает кобальтовую, сравнивается через 8 месяцев, а спустя 5 лет в 110 раз уступает.  

Идею кобальтовой бомбы высказал в 1950 году Лео Силард (Leo Szilard), не как серьезный проект, а как пример оружия, способное превратить континенты на долгое время в подобие Чернобыля. Поднятый взрывом высоко в стратосферу Co-60 способен рассеиваться на больших площадях, заражая их.  

Такие бомбы никогда не испытывались и не изготавливались из-за отложенности и непредсказуемости эффекта их действия.

4. «Ядерная зима» Во всем мире после трагедий Хиросимы и Нагасаки начали изучать последствия возможной ядерной войны - разрушения от мощнейших взрывов, распространение радиации, биологические поражения. В 80-е годы были предприняты исследования, посвященные и климатическим эффектам, известным теперь как "ядерная зима".

Огненный шар ядерного взрыва сжигает или обугливает объекты на значительном удалении от эпицентра. Около 1/3 энергии взрыва, произошедшего на небольшой высоте, выделяется в виде интенсивного светового импульса. Так, в 10 км от эпицентра взрыва мощностью 1 Мт световая вспышка в первые секунды в тысячи раз ярче солнца. За это время загораются бумага, ткани и другие легко воспламеняющиеся материалы. Человек получает ожоги третьей степени. Возникающие очаги пламени (первичные пожары) частично гасятся мощной воздушной волной взрыва, но разлетающиеся искры, горящие обломки, брызги горящих нефтепродуктов, короткие замыкания в электросети вызывают обширные вторичные пожары, которые могут продолжаться много дней.

Когда множество независимых пожаров объединяются в один мощный очаг, образуется "огненный смерч", способный уничтожить огромный город (как в Дрездене и Гамбурге в конце второй мировой войны). Интенсивное выделение тепла в центре такого "смерча" поднимает вверх громадные массы воздуха, создавая ураганы у поверхности земли, которые подают все новые порции кислорода к очагу пожара. "Смерч" поднимает до стратосферы дым, пыль и сажу, которые образуют тучу, практически закрывающую солнечный свет; наступает "ядерная ночь" и, как следствие, "ядерная зима".

Расчеты количества аэрозоля, образующегося после таких пожаров, сделаны, исходя из средней величины 4 г горючего материала на 1 см2 поверхности, хотя в таких городах, как Нью-Йорк или Лондон, ее значение достигает 40 г/см2. По самым осторожным подсчетам, при ядерном конфликте (согласно среднему, так называемому "базовому" сценарию) образуется около 200 млн т аэрозоля, 30% которого составляет сильно поглощающий солнечный свет углерод . В результате район между 30о и 60о с. ш. будет лишен солнечного света на несколько недель.

Гигантские пожары, выделяющие в атмосферу огромное количество аэрозоля и вызывающие "ядерную ночь", до 80-х годов не учитывались учеными при оценках последствий ядерных взрывов. Впервые на чрезвычайную важность массовых пожаров для последующего каскада необратимых глобальных климатических и экологических изменений указал в 1982 г. немецкий ученый Пауль Крутцен.

Почему же ученые не замечали "ядерную зиму" в 40-70-х годах и можно ли теперь наши знания о последствиях ядерной войны считать окончательными?

Дело в том, что проводившиеся ядерные испытания все-таки были изолированными, одиночными взрывами, в то время как наиболее "мягкий" (100 Мт) сценарий ядерного конфликта, сопровождающийся "ядерной ночью", предусматривает удар по многим крупным городам. Кроме того, запрещенные ныне испытания проводились так, что при этом не возникало больших пожаров. Новые оценки потребовали тесного сотрудничества и взаимопонимания специалистов различных областей науки: климатологов, физиков, математиков, биологов. Только при таком комплексном междисциплинарном подходе, набирающем силу в последние годы, удалось понять всю совокупность взаимосвязанных явлений, казавшихся ранее разрозненными фактами. Немаловажно и то, что "ядерная зима" относится к глобальным проблемам, исследовать которые ученые научились лишь недавно.

Изучение и моделирование глобальных проблем началось по инициативе и под руководством Н.Н. Моисеева в ВЦ РАН в 70-е годы. Это исследование основывалось на представлении о том, что человек - часть биосферы, и его существование немыслимо вне биосферы. Наша цивилизация может выжить лишь в узком диапазоне параметров биосферы. Возрастающая мощь воздействия человека на окружающую среду выдвигает на первый план выбор стратегии развития общества, гарантирующей не только существование, но и совместную эволюцию (коэволюцию) человечества и окружающей среды.

Из известных ныне моделей различной сложности для расчета изменений климата в результате термоядерного конфликта одна из наиболее совершенных трехмерная гидродинамическая модель ВЦ РАН. Первые расчеты, проведенные по этой модели В.В. Александровым с коллегами под руководством Н.Н. Моисеева, дают географическое распределение всех метеорологических характеристик в зависимости от времени, прошедшего с момента ядерного конфликта, что делает результаты моделирования чрезвычайно наглядными, реально ощущаемыми. Сходные результаты по согласованному сценарию ядерной войны одновременно получили американские ученые. В дальнейших работах оценены эффекты, связанные с распространением аэрозолей, исследована зависимость характеристик "ядерной зимы" от начального распределения пожаров и высоты подъема сажевого облака. Проведены расчеты и для двух "предельных сценариев", взятых из работы группы К. Сагана: "жесткого" (суммарная мощность взрывов 10 000 Мт ) и "мягкого" (100 Мт).

В первом случае используется примерно 75% суммарного потенциала ядерных держав. Это так называемая всеобщая ядерная война, первичные, немедленные последствия которой характеризуются огромными масштабами гибели и разрушений. Во втором сценарии "расходуется" менее 1% имеющегося в мире ядерного арсенала. Правда, и это 8200 "хиросим" ("жесткий" вариант - почти миллион)!

Сажа, дым и пыль в атмосфере над регионами северного полушария, подвергшимися атакам, из-за глобальной циркуляции атмосферы распространятся на огромные площади, через 2 недели накрыв все Северное полушарие и частично Южное (рис.1). Немаловажно, сколько времени сажа и пыль будут находиться в атмосфере и создавать непрозрачную пелену. Частицы аэрозоля будут оседать на землю под действием силы тяжести и вымываться дождями. Продолжительность оседания зависит от размера частиц и высоты, на которой они оказались. Расчеты с использованием упомянутой модели показали, что аэрозоль в атмосфере сохранится значительно дольше, чем полагали прежде. Дело в том, что сажа, нагреваясь солнечными лучами, станет подниматься вверх вместе с нагретыми ею массами воздуха и выйдет из области образования осадков (рис.2). Приземный воздух окажется холоднее находящегося выше, и конвекция (включая испарение и выпадение осадков, так называемый круговорот воды в природе) значительно ослабеет, осадков станет меньше, так что аэрозоль будет вымываться гораздо медленнее, чем в обычных условиях. Все это приведет к тому, что "ядерная зима" затянется (рис.3, 4).

Итак, главным климатическим эффектом ядерной войны, независимо от ее сценария, станет "ядерная зима" - резкое, сильное (от 15О до 40О С в разных регионах) и длительное охлаждение воздуха над континентами. Особенно тяжелыми последствия оказались бы летом, когда над сушей в Северном полушарии температура упадет ниже точки замерзания воды. Иными словами, все живое, что не сгорит в пожарах, вымерзнет.

"Ядерная зима" повлекла бы за собой лавину губительных эффектов. Это прежде всего резкие температурные контрасты между сушей и океаном, поскольку последний обладает огромной термической инерцией, и воздух над ним охладится гораздо слабее. С другой стороны, как уже отмечалось, изменения в атмосфере подавят конвекцию, и над погруженными в ночь, скованными холодом континентами разразятся жестокие засухи. Если рассматриваемые события пришлись бы на лето, то примерно через 2 недели, как указывалось выше, температура у поверхности суши в Северном полушарии упадет ниже нуля, и солнечного света почти не будет. Растения не успеют приспособиться к низким температурам и погибнут. Если бы ядерная война началась в июле, то в Северном полушарии погибла бы вся растительность, а в Южном - частично (рис. 5). В тропиках и субтропиках она погибла бы почти мгновенно, ибо тропические леса могут существовать лишь в узком диапазоне температур и освещенности.