Вопросы по ядерному оружию и возможности его применения

Обычно когда в публичном пространстве появляются призывы бомбануть ядеркой (неважно от кого), происходят две вещи:

Даже если это пустой блеф и запугивание, легче не становится: когда люди боятся, они перестают рассуждать рационально - всё, чего они хотят - избавиться от страха.

Обычно в таких случаях я руководствуюсь модифицированным Пари Паскаля: если есть какая-то угроза, даже с минимальной вероятностью, то лучше поверить этой угрозе (на всякий случай) и принять возможные меры, чем махнуть на всё рукой. Простыми словами - если на вас направлено дуло пистолета, прагматичнее будет исходить из того, что пистолет заряжен и может быть применён. Ещё более простыми словами - лучше быть готовым к такой фигне и по меньшей мере хотя бы ликвидировать собственную безграмотность, сформировать своё мнение и отношение к этому, прикинуть возможные меры, которые можно будет предпринять, и наконец перестать переживать по этому поводу.

Эта статья - результаты поисков ответов на интересующие меня вопросы, касающиеся ядерного оружия, а также возможности, вероятности и последствий его применения. Может и вам будет полезно.

Принцип работы ядерного оружия

Ядерный заряд

Из чего состоит ЯО

Техническое обслуживание ЯО

Мероприятия при запуске ЯО

Защита от ЯО

“Грязные бомбы” и возможные теракты

Итак, бомба взрывается неподалёку от вас, что дальше?

Вместо заключения

Ядерное оружие работает на принципе деления тяжелых атомных ядер (например, урана или плутония) путем бомбардировки их нейтронами. Нейтроны делят ядро урана, из-за чего из него высвобождаются нейтроны, которые в свою очередь сталкиваются с другими ядрами урана и делят их, которые в свою очередь… и так далее. При делении одного атома урана-235 обычно высвобождается от 1 до 8 нейтронов, в среднем 2.5 нейтрона (k - коэффициент размножения нейтронов). Поэтому, как мы видим, рост числа свободных нейтронов тут экспоненциальный.Получается цепная реакция, при которой освобождается огромное количество энергии в течение очень короткого времени.

Ядерный заряд является сердцевиной ядерного оружия. Он обычно состоит из двух типов материалов: урана или плутония.

Уран существует в природе. Плутоний производится человеком.

В обычном среднем куске урановой руды преобладает уран-238 (99,3%), в то время как уран-235 присутствует в гораздо меньших количествах (0,7%). Это отражается и в соответствующем соотношении между этими изотопами в ядерном топливе и других продуктах, получаемых из урана.

Уран-238 не поддерживает цепную реакцию. А вот уран-235 - совсем другое дело! Уран-235 используется в качестве ядерного топлива в ядерных реакторах, а также в ядерном оружии. Но его, как видите, мало. Поэтому нужно обогащение. Как оно осуществляется технически я вдаваться в подробности не буду, скажу лишь что суть заключается в том, чтобы увеличить долю урана-235, чтобы распад был активнее.

В ядерной энергетике уран обычно используется в качестве топлива для работы ядерных реакторов. Для большинства типов реакторов, таких как тепловые и водо-водяные реакторы, обогащенное ядерное топливо содержит от 3% до 5% урана-235. Это позволяет держать ядерный распад под контролем. Коэффициент размножения нейтронов (k) - это параметр, который описывает изменение числа нейтронов в ядерном реакторе с каждым поколением реакции деления. Когда k равен 1, это означает, что количество нейтронов в каждом поколении остается неизменным, что является условием для стационарной работы реактора.

Для работы ядерного оружия уран обогащается вплоть до 90%. Такое высокое обогащение позволяет создать условия для быстрой и эффективной цепной реакции деления, что необходимо для создания мощного ядерного взрыва. В принципе, уран, обогащённый до 20% и выше, уже называется оружейным ураном.

И вот теперь, когда мы читаем где-то новости типа “Инспекторы Международного агентства по атомной энергии (МАГАТЭ) обнаружили на подземном ядерном предприятии Фордо в Иране частицы урана, обогащенного до 83,7%”, мы, я надеюсь, теперь намного лучше понимаем, о чём речь.

Побочным продуктом обогащения урана является обеднённый уран (0.1-0.3%). То есть это Уран-238 чуть менее чем полностью. Уран-238 с целью создания ядерного оружия не справляется. Но его всё ещё можно использовать в двух направлениях:

Коротко о производстве плутония, как это происходит. В ядерных реакторах уран-238 подвергается облучению нейтронами. Когда уран-238 поглощает нейтрон, он превращается в уран-239. Уран-239 достаточно быстро распадается и переходит в плутоний-239.Период полураспада плутония-239 - около 24 000 лет. Это конечно не миллиарды лет, как у урана-238, но всё же достаточно долго. Из-за этого утилизация плутония становится серьезной проблемой. И в то же время, 24000 лет - достаточно мало, потому что в процессе своего распада плутоний-239 непрерывно выделяет тепло и нагревается. Короче, сплошной головняк с ним.

Что касается боеприпасов с обеднённым ураном. Сам по себе Уран-238 - очень плотный, что позволяет создавать из него компактные, но очень тяжёлые, бронебойные снаряды. В том числе, кстати, в качестве брони тоже хорош. Компактность ещё и увеличивает точность. Ещё одним свойством обеднённого урана является пирофорность - обеднённый уран может загореться в процессе применения (на высоких скоростях), что увеличивает поражающее действие.

Вопреки страхам и мифам, обеднённый уран не радиоактивен. Однако это всё равно токсичный металл. Вдыхание пыли на месте после применения зарядов с обеднённым ураном крайне не рекомендуется. Ну и всё-таки долгосрочные последствия тоже есть - обеднённый уран может загрязнять почву и воду в местах применения.

Но вернёмся к нашей теме.

Итак, у нас есть материал для ядерного заряда. Что дальше?

Делается боеголовка (ядерный заряд), которая в общих чертах состоит из:

Взрывчатое вещество помогает создать высокое давление и температуру, которые требуются для запуска цепной реакции деления ядерного материала.

Выглядит достаточно просто, но на деле сложнее. То есть, например, если вы бросите в одну ёмкость кусок обогащённого урана и динамит, ядерного - взрыва не будет. Или если бомба просто нечаянно выпадет из самолёта на землю - взрыва не будет. Короче, нельзя просто так взять и взорвать ядерный заряд (мем с Боромиром).

Чтобы произошел ядерный взрыв, необходимо создать условия для быстрого сжатия и нагрева ядерного материала. Эти условия обычно создаются специально разработанными взрывными устройствами, которые сжимают ядерный материал до критической плотности и температуры, необходимых для начала цепной реакции деления. Плюс они должны быть адекватно размещены, чтобы всё происходило равномерно и синхронно. Для создания ядерного взрыва требуется более сложная и точная система инициирования, которая обычно включает в себя специально разработанные механизмы сжатия и взрыватели.

Механизм, инициирующий взрыв, тоже достаточно сложен. Инициаторы в ядерных бомбах могут быть настроены на запуск в момент достижения определенных условий, таких как определенное время, высота или расстояние до цели. Это позволяет контролировать момент взрыва и обеспечивать максимальную эффективность и точность удара.

Последняя в списке, но не последняя по важности - оболочка. Оболочка обеспечивает защиту содержимого боеголовки, включая ядерные материалы и взрывчатые вещества, от внешних воздействий, таких как удары, вибрации и температурные изменения.

Ядерные материалы:

Ядерные материалы, такие как обогащённый уран или плутоний, могут оставаться функциональными на протяжении многих столетий. Однако их эффективность может быть подвержена изменениям из-за факторов, таких как радиационные повреждения или образование дочерних продуктов радиоактивного распада.

Взрывчатые вещества:

Срок службы взрывчатых веществ может быть относительно коротким, по сравнению с ядерными материалами, и зависит от типа взрывчатого вещества, условий хранения и других факторов. Обычно взрывчатые вещества могут сохранять свои свойства на протяжении нескольких десятилетий, но могут требовать замены или обновления с течением времени.

Электроника и вспомогательные механизмы:

Электроника в ядерных боеголовках может стареть и выходить из строя из-за старения компонентов, воздействия радиации и других факторов. Обычно электроника может служить в течение нескольких десятилетий, но требует периодической проверки и обновления для поддержания надежной работы.

Инициирующий заряд: тритий — короткоживущий изотоп, поэтому импульсный нейтронный источник (ИНИ) на тритии должен регулярно меняться. Как часто, не знаю, но судя по периоду полураспада (около 12 лет), не реже чем раз в 12 лет, а скорее всего, раз в два-три года.

Оболочка и материалы корпуса:

Оболочка и материалы корпуса являются критическими для обеспечения структурной целостности и защиты боеголовки. Их долговечность может зависеть от материала, условий эксплуатации и других факторов. Обычно оболочка и материалы корпуса могут оставаться в хорошем состоянии на протяжении нескольких десятилетий, но могут требовать регулярной проверки и обслуживания для предотвращения коррозии и других форм износа.

По плутонию-239:

Плутоний-239 непрерывно выделяет тепло в процессе своего распада. Свежий плутоний выделяет относительно небольшое количество тепла, но с течением времени это количество увеличивается, поскольку увеличивается доля распавшегося плутония и его продуктов распада.

При нагреве плутоний, находящийся в так называемой дельта-фазе (одно из аллотропных состояний металлического плутония, единственно пригодного для боевого применения), переходит в так называемую альфа-фазу. Для этого достаточно нагрева боевой части до 300 градусов Цельсия. Альфа-фаза полностью непригодна для боевого применения. Чтобы "растянуть" температурный диапазон, плутоний “присаживают” добавками — галлием, но это закрепление не является панацеей и служит лишь дополнительным фактором безопасности.

Главный фактор тепловой безопасности боевой части — это аппаратура теплосъема, поддерживающая боевую часть в строго заданном температурном диапазоне. В случае ее поломки, коррозии, коротких замыканий и так далее температура в закрытом объеме начинает расти очень быстро, и плутониевый заряд перестаёт быть боеспособным в течение нескольких часов.

Допустим, красная кнопка нажата. Что может пойти не так при запуске?

Расходы на техническое обслуживание ядерного оружия могут включать в себя следующие аспекты:

Система управления запуском предполагает четкое строгое централизованное выполнение приказов и команд по цепочке. То есть исключена возможность, что какой-нибудь солдат за пультом управления в приступе помешательства запустит ракеты.

Кратко о пресловутом ядерном чемоданчике. В США вроде бы он функционирует и представляет собой набор, в котором коммуникационные средства, коды доступа и инструкции, необходимые для запуска ядерного оружия. Что касается РФ - на самом деле неясно в каком состоянии находится ядерный чемоданчик в РФ. Есть история, что его передали Ельцину, потом он сломался, его не чинили, и он выполняет декоративную функцию. Возможно, он не используется, и все мероприятия по запуску ядерки должны осуществляться как-то иначе. В общем, есть основания полагать, что чемоданчик, который сейчас носят за президентом РФ, с высокой вероятностью не является “ядерным”.

Если кто-то захочет запустить ЯО, можно ли это как-то отследить заранее?

Ситуация здесь следующая:

Есть три вида доставки ЯО до адресата, так называемая “ядерная триада” (полноценные “триады” есть только у двух стран - РФ и США):

О ядерной триаде больше можно узнать тут.

За любыми движениями в контексте ядерного оружия всегда пристально следят (во всяком случае, одна сторона сильно старается наблюдать, другая - сильно старается скрыть), будь то учения, испытания или перевоз компонентов с одного склада на другой.

Для подводных лодок существуют специальные подводные детекторы и гидрофоны, а также радары и спутниковые системы.

Также радары и спутники могут отслеживать подъём и движение стратегических бомбардировщиков на большом расстоянии.

Существуют ещё системы раннего предупреждения, которые могут обнаруживать ракеты на стадии их запуска и в полёте.

В общем, теоретически, у нас есть возможность узнать о начале ядерной войны заранее. Но на самом деле, не так важно, сколько времени будет с момента, как вы узнаете о готовящемся запуске ракеты до её фактического запуска. Мы всё равно ничего не сможем сделать: ни повлиять ни на что, ни защититься должным образом.

Гипотетически, даже если с помощью информации, предоставленной шпионами или спутниками, мы узнаем, что везут ядерный боезапас с хранилищ на пусковые установки, даже если это попадёт в СМИ, даже если ракеты уже будут нацелены, до последней секунды не будет понятно, блеф ли это или подготовка к реальному запуску.

Я бы не стал сильно рассчитывать на блеф (и не только потому что Пари Паскаля применяется и здесь). Я считаю что такой блеф почти наверняка закончится плохо. В такие моменты у противоборствующей стороны при владении подобной информацией будет иметься возможность нанести “превентивный удар”, и будет огромный соблазн начать атаку прежде чем тебе уже нанесли урон. В общем, тут начнётся гонка, в ходе которой решения придётся принимать быстро. Либо ты, либо тебя.

Если противоракетная оборона (ПВО) сбивает ракету с ядерной боеголовкой в воздухе, это может предотвратить ядерный взрыв, но не исключает возможность неконтролируемого распространения радиоактивных материалов из боеголовки.

Если боеголовка была взорвана в воздухе, вероятно, что ядерная реакция не произойдет, поскольку обычно требуется специальное и контролируемое условие для инициирования ядерного взрыва. Однако это не исключает возможность утечки радиоактивных материалов из боеголовки в окружающую среду.

Помимо ПВО, есть ещё юридические способы предотвращения ядерной войны - международные договора, такие как договор о ликвидации ракет средней и меньшей дальности или договор о нераспространении ядерного оружия и тому подобные. Вы можете почитать о них, если интересно. Мне - нет. Я считаю, что эти договора плохо соблюдаются, у каждого есть свой туз в рукаве, а контролирующие и наблюдательные органы обладают слишком малыми полномочиями, чтобы на что-либо повлиять. В час “Икс” на договора просто забьют.

"Грязная бомба" - это якобы аналог Чернобыльской АЭС, способный заразить огромные площади при применении. Но это миф.

"Грязная бомба" - это когда вы берете совковую лопату и разбрасываете по территории радиоактивные вещества. Сколько успеете. Вместо лопаты вы можете использовать мину, снаряд, взрывчатку — эффект тот же. Или грузовик с ядерными отходами умелым движением руля перевернете на дороге, как в “Дороге ярости”. Это и есть "грязная бомба".

Теоретически возможно создать взрыв с тепловым разбросом некоего количества радиоактивного вещества, но чтобы загрязнить хотя бы гектар территории (не говоря уже о квадратных километрах) его нужно много. Очень много. Речь идет не о килограммах, а о тоннах и даже десятках тонн такого радиоактивного вещества. Проблема в том, что обычной химической взрывчатки для разброса такого гигантского количества радиоактивного "ядра" этой гипотетической бомбы должно быть тоже очень и очень много.

На этом тему, в общем, можно и закрыть.

Хотя, что насчёт отработанного ядерного топлива? На АЭС же образуется плутоний-239. Отработанное ядерное топливо - отход, а не оружие. Загрязненный примесями других изотопов плутоний-239 непригоден для боевого применения. Получение оружейного плутония - сложная технологическая процедура, это вообще не про грязную бомбу.

В общем, загрязнение от таких мероприятий не имеет никакого военного значения.

Основной угрозой является создание паники, нарушение общественного порядка и потенциальное загрязнение окружающей среды. Собственно и те, кто заводит разговоры об угрозе “грязной бомбы” делают именно это - пытаются создать атмосферу страха и панику. Разговоры о “грязной бомбе” лишь немногим вреднее самой “грязной бомбы”.

Ну и чтобы окончательно закрыть тему. Аналогии с Чернобылем, который фактически и был по-настоящему опасной “грязной бомбой”, некорректны, так как в результате теплового разброса реакторной зоны было выброшено огромное количество как непосредственно радиоактивного материала, так и облученных конструкций самой реакторной зоны - это сотни и тысячи тонн. Представить себе такой теракт или диверсию невозможно - это уникальное событие, для которого требуется сложение очень большого числа факторов.

Ок, а что насчёт теракта? Допустим, кому-то удастся похитить ядерную бомбу. Сможет ли он инициировать её запуск?

Инициирование ядерной бомбы требует специализированных знаний, доступа к кодам активации, сложных систем безопасности и множества других факторов, которые обычно защищают ядерное оружие от незаконного использования. Возможность успешного инициирования украденной ядерной бомбы зависит от нескольких факторов:

В целом, вероятность того, что террористическая организация или другой нелегальный актор сможет успешно инициировать украденную ядерную бомбу, крайне мала (Immolation improved). Однако потенциальные угрозы этого рода требуют постоянного мониторинга и сотрудничества между правительствами и международными организациями для предотвращения их возникновения.

Ядерные материалы, такие как уран и плутоний, обычно имеют уникальный изотопный состав, который может быть использован для идентификации их происхождения. Даже если ядерные материалы были переработаны или смешаны с другими материалами, характерные изотопные отпечатки могут быть обнаружены и использованы для определения их происхождения.

Таким образом, если ядерный материал был похищен или использован в незаконных целях, эксперты могут анализировать его изотопный состав и попытаться определить, откуда именно он был взят. Это может включать в себя сравнение с базами данных изотопных составов, сравнительный анализ с образцами из других источников или использование методов изотопной спектрометрии для определения уникальных характеристик материала.

Даже после ядерного взрыва есть вероятность определить происхождение ядерного материала. Хотя сам взрыв может сильно изменить состав и структуру материала, радиоактивные изотопы, которые образуются в результате взрыва, могут быть проанализированы для определения их происхождения. Так что всегда будет возможность призвать к ответу тех, кто допустил утечку.

В целом, это будет означать, что ваша жизнь уже никогда не станет прежней.

Метод определения опасности ядерного взрыва с помощью большого пальца не является научно подтверждённым и надежным.

Ядерный взрыв порождает грибовидное облако, которое включает в себя зону разрушения (зона, в которой происходит непосредственное разрушение от ударной волны), зону обжига (зона, в которой происходит сильное тепловое облучение) и зону радиационного заражения (зона, в которой находятся радиоактивные отложения и выпадают радиоактивные осадки).

Здесь я не буду вдаваться в подробности, что происходит, и что делать - в интернете полно материалов на тему гражданской обороны. Я считаю, что живые позавидуют мёртвым.

Но что происходит, если ядерная бомба взрывается “где-то там”, скажем, за сотни и тысячи километров от вас, возможно, в другой стране? Последствия тоже будут, и, так как они не очевидные, об этом я расскажу уже больше.

Последствия применения ядерного оружия значительны для всего мира и может изменить жизнь многих людей, даже находящихся в тысячах километрах от эпицентра.

Даже если не принимать во внимание радиоактивное заражение местности и его распространение по розе ветров, последствия следующие:

Гуманитарные

Политические

Экономические

Причём всё это может комбинироваться и нарастать неконтролируемо как снежный ком.

Есть хороший сайт, на котором можно посмотреть, кто куда что экспортирует, импортирует и в каких объёмах, кто основные торговые партнёры и тому подобное. Вот, например, Германия - крупнейший в мире экспортер автомобилей, медикаментов и электричества:

Допустим, одна страна выпадает из общего европейского рынка из-за применения на неё ядерной бомбы. Другая страна имеет долю экспорта 6% и импорта 13% с этой страной. Хоть эти числа могут выглядеть не впечатляюще, по факту может быть целые отрасли (например, условные резиновые покрышки) будут вынуждены искать других поставщиков или клиентов. А это тоже в свою очередь может повлечь снежный ком проблем.

Если взять любую пару стран, и посмотреть, какими товарами они обмениваются друг с другом, можно попытаться смоделировать ситуацию и представить себе, дефицит каких товаров появится, трудоустройство на каких предприятиях будет нести риск увольнения и тому подобное.

Интересно, что изолированные страны, такие как Северная Корея менее уязвимы к подобным потрясениям. Зато если что-то случится с Китаем и связи с ним оборвутся, Северная Корея остаётся без средств к существованию.

Инфраструктура тоже очень важна: например, если товары доставляются по морю, а один из крупнейших в мире портов перестал существовать, это большая проблема.

На этом вроде всё. Готовимся к худшему, надеемся на лучшее.

#лонг #лонгрид