Сахалінський Державний Університет
Кафедра педагогіки
Конспект позакласного заходу:
доповідь на тему «Ядерна зброя»
Федоров О. В.
Меркулов М. Ю.
511
01.03.04
Керівник:
Виконав:
Група:
Дата:
Оцінка:
Південно-Сахалінськ
2004р.
У Ліцеї № 1 м. Южно-Сахалінська для 10б класу був прочитаний доповідь на тему «Ядерна зброя», присвячений дню захисника вітчизни.
Мета доповіді: проінформувати учнів про історію створення, вражаючих факторах ядерної зброї та захисту від них. Час, відведений на доповідь - 30 хвилин
Склад доповіді
Історія створення ядерної зброї
Почнемо, мабуть, з Альберта Ейнштейна. У 1905 він видав свою спеціальну теорію відносності. Відповідно до цієї теорії, співвідношення між масою і енергією виражене рівнянням
E = mc ^ 2,
яке означає, що дана маса (m) пов'язана з кількістю енергії (E) рівної цій масі, помноженої на квадрат швидкості світла (c). Дуже мала кількість речовини еквівалентно до великої кількості енергії. Наприклад, 1 кг речовини, перетвореного в енергію був би еквівалентний енергії, випущеної, при вибуху 22 мегатонн тротилу.
У 1938 р, в результаті експериментів німецьких хіміків Отто Хана і Фрітца Страссманна (1902-80), їм вдається розбити атом урану на дві приблизно рівні частини за допомогою бомбардування урану нейтронами. Британський фізик Отто Роберт Фріш (1904-79), пояснив як при розподілі ядра атома виділяється енергія.
На початку 1939 року французький фізик Жоліо-Кюрі зробив висновок, що можлива ланцюгова реакція, яка призведе до вибуху жахливої руйнівної сили і що уран може стати джерелом енергії, як звичайне вибухова речовина. Це висновок став поштовхом для розробок зі створення ядерної зброї.
Європа була напередодні Другої світової війни, і потенційне володіння такою потужною зброєю підштовхувало мілітаристські кола на якнайшвидше його створення, але гальмом слала проблема наявності великої кількості уранової руди для широкомасштабних досліджень. Над створенням атомної зброї трудилися фізики Німеччини, Англії, США, Японії, розуміючи, що без достатньої кількості уранової руди неможливо вести роботи, США у вересні 1940 року закупили велику кількість необхідної руди по підставних документам у Бельгії, що і дозволило їм вести роботи над створенням ядерної зброї повним ходом.
Перед початком Другої світової війни Альберт Ейнштейн написав президентові США Франкліну Рузвельту. У ньому нібито йдеться про спроби нацистської Німеччини очистити Уран-235, що може привести їх до створення атомної бомби. Зараз стало відомо, що німецькі вчені були дуже далекі від проведення ланцюгової реакції. У їх плани входило виготовлення "брудної", сильно радіоактивної бомби. Як би там не було, урядом Сполучених Штатів було прийнято рішення - в найкоротші терміни створити атомну бомбу. Цей проект увійшов історію як "Manhattan Project". Очолив його Леслі Гровс.
Наступні шість років, з 1939 по 1945, на проект Манхеттен було витрачено більше двох мільярдів доларів. У Oak Ridge, штат Теннесі, був побудований величезний завод з очищення урану.
На території Сполучених Штатів, в Лос-Аламосі, у пустельних просторах штату Нью-Мексико, у 1942 році був створений американський ядерний центр. Над проектом працювало багато вчених, головним же був Роберт Оппенгеймер. Під його керівництвом були зібрані кращі уми того часу не тільки США і Англії, але практично всієї Західної Європи. Над створенням ядерної зброї трудився величезний колектив, включаючи 12 лауреатів Нобелівської премії. Робота в Лос-Аламосі, де була лабораторія, не припинялася ні на хвилину. У Європі тим часом йшла Друга світова війна, і Німеччина проводила масові бомбардування міст Англії, що ставило під небезпеки англійська атомний проект "Tub Alloys", і Англія добровільно передала США свої розробки та провідних учених проекту, що дозволило США зайняти провідне становище в розвитку ядерної фізики (створення ядерної зброї).
16 липня 1945, в 5:29:45 за місцевим часом, яскравий спалах осяяв небо над плато в горах Джемеза на півночі від Нью-Мехіко. Характерне хмара радіоактивного пилу, що нагадує гриб, піднялося на 30 тисяч футів. Все що залишилося на місці вибуху - фрагменти зеленого радіоактивного скла, на яке перетворився пісок. Так було покладено початок атомної ери.
До осені 1944 року, коли роботи зі створення атомної бомб підходили до завершення, в США був створений 509-й авіаполк "літаючих фортець" Б-29, командиром якого був призначений досвідчений льотчик полковник Тіббетс. Полк приступив до регулярних тривалим тренувальних польотів над океаном на висотах 10-13 тисяч метрів. До літа 1945 року американці вдалося зібрати дві атомні бомби, що одержали назви "Малюк" і "Товстун". Перша бомба важила 2722 кг і була споряджена збагаченим Ураном-235. "Товстун" з зарядом з Плутонія-239 потужністю більше 20 кт мала масу 3175 кг.
Президент США Г. Трумен став першим політичним керівником, хто прийняв рішення на застосування ядерних бомб. З військової точки зору необхідності таких бомбардувань густонаселених японських міст не було. Але політичні мотиви в цей період превалювали над військовими. 10 травня 1945 в "Пентагоні" зібрався комітет з вибору цілей для нанесення перших ядерних ударів. Для переможного завершення Другої світової війни необхідно було розгромити Японію - союзника гітлерівської Німеччини. Початок бойових дій призначено на 10 серпня 1945 року. США хотіли продемонструвати всьому світу, яким потужним зброєю вони володіють (для залякування), тому першими цілями для ядерних ударів були обрані японські міста (Хіросіма, Нагасакі, Кокура, Ніїгата), які не повинні були зазнавати звичайної бомбардування з повітря американськими ВВС.
Вранці 6 серпня 1945 р. над Хіросімою було ясне, безхмарне небо. Як і раніше, наближення зі сходу двох американських літака на висоті 10-13 км не викликало тривоги (тому що кожен день вони показувалися в небі Хіросіми). Один з літаків спікірував і щось скинув, а потім обидва літаки повернули і полетіли. Скинутий предмет на парашуті повільно спускався і раптом на висоті 600 м над землею вибухнув. Це була бомба "Малюк". 9 серпня ще одна бомба була скинута над містом Нагасакі.
Загальні людські втрати і масштаби руйнувань від цих бомбардувань характеризуються такими цифрами: миттєво загинуло від теплового випромінювання (температура близько 5000 градусів С) і ударної хвилі - 300 тисяч чоловік, ще 200 тисяч отримали поранення, опіки, опромінилися. На площі 12 кв. км були повністю зруйновані всі будівлі. Тільки в одній Хіросімі з 90 тисяч будівель було знищено 62 тисячі. Ці бомбардування потрясли весь світ. Вважається, що ця подія поклала початок гонки ядерних озброєнь і протистояння двох політичних систем того часу на новому якісному рівні.
З середини 1945 року і по 1953 рік американське військово-політичне керівництво в питаннях будівництва стратегічних ядерних сил (СЯС) виходило з того, що США монопольно володіють ядерною зброєю і можуть досягти світового панування шляхом ліквідації СРСР в ході ядерної війни. Підготовка до такої війни почалася практично відразу після розгрому гітлерівської Німеччини. Про це свідчить директива Об'єднаного комітету військового планування 432 / д від 14 грудня 1945 року, де ставилося завдання на підготовку атомного бомбардування 20 радянських міст - основних політичних і промислових центрів Радянського Союзу (Москва, Ленінград, Горький, Куйбишев, Свердловськ, Новосибірськ, Омськ, Саратов, Казань, Баку, Ташкент, Челябінськ, Нижній Тагіл, Магнітогорськ, Перм, Тбілісі, Новокузнецьк, Грозний, Іркутськ, Ярославль). При цьому планувалося використовувати весь наявний на той час запас атомних бомб (196 штук), носіями яких були модернізовані бомбардувальники В-29. Визначався і спосіб їх застосування - раптовий атомний "перший удар", який повинен поставити радянське керівництво перед фактом безперспективність подальшого опору.
До середини 1948 року в Комітеті начальників штабів був складений план ядерної війни з СРСР, що отримав кодову назву "Чаріотір". Він передбачав, що війна повинна початися "з концентрованих нальотів з використанням атомних бомб проти урядових, політичних та адміністративних центрів, промислових міст і обраних підприємств нафтоочищувальні промисловості з баз в західній півкулі і Англії". Тільки за перші 30 днів намічалося скинути 133 ядерні бомби на 70 радянських міст.
Серед Лос-Аламовскіх вчених над створенням атомної бомби працював німецький комуніст Клаус Фукс. Завдяки йому СРСР всього через 4 роки після американців став ядерною державою. Він протягом 1945 -1947 років чотири рази передавав відомості з практичних і теоретичних питань створення атомної і водневих бомб, ніж прискорив їх поява в СРСР. Через 12 днів після складання першої атомної бомби в Лос-Аламосі ми одержали опис її пристрою з Вашингтона та Нью-Йорка. Перша телеграма надійшла до Центру 13 червня, друга - 4 липня 1945 року. Детальний доповідь Фукса ("Чарльз") був доставлений диппоштою після того, як він зустрівся 19 вересня зі своїм кур'єром Гаррі Голдом. Доповідь містила тридцять три сторінки тексту з описом конструкції атомної бомби. Пізніше було отримано додаткове повідомлення по влаштуванню атомної бомби.
Повідомлення про те, що американці підірвали атомний пристрій враження на І.В. Сталіна не справило. Але наслідки бомбардувань м. Хіросіми і м. Нагасакі потрясли його. Сталін наказав Л. Берії продумати питання про створення власної ядерної зброї. Останній хотів монополізувати керівництво цими роботами і зосередити їх у своєму відомстві. Однак, Сталін цей план не прийняв. За його наполяганням 20 серпня 1945 був утворений спеціальний комітет з атомної енергії під керівництвом Л. Берія. Його заступником призначили наркома боєприпасів Б.Л. Ванникова. До комітету увійшли видатні вчені А.Ф. Іоффе, П.Л. Капіца та І.В. Курчатов.
У лютому 1945 року були захоплені німецькі документи про високоякісних запасах урану в районі Бухова - в Родопськіх горах, Болгарія. Було створено радянсько-болгарське гірське суспільство, яке займалося видобутком урану. Уранова руда з Бухова була використана при пуску першого радянського атомного реактора. У 1946 році в СРСР були відкриті і відразу ж стали розроблятися великі родовища урану більш високої якості.
Повідомлення про те, що Радянський Союз опанував секретом ядерної зброї викликало у правлячих кіл США бажання якомога швидше розв'язати превентивну війну. Був розроблений план "Тройан", в якому передбачалося розпочати бойові дії 1 січня 1950 року. На той час США мало 840 стратегічними бомбардувальниками в стройових частинах, 1350 - у резерві і понад 300 атомними бомбами.
У районі м. Семипалатинська був побудований випробувальний полігон. Рівно о 7.00 ранку 29 серпня 1949 на цьому полігоні було підірвано перший радянський ядерний пристрій під кодовою назвою "РДС-1".
План "Тройан", згідно з яким на 70 міст СРСР повинні були бути скинуті атомні бомби, був зірваний через загрозу удару у відповідь. Подія, що сталося, на Семипалатинському полігоні, сповістило світ про створення в СРСР ядерної зброї, що поклало кінець американському монополізму на володіння новим для людства зброєю.
Вражаючі фактори ядерної зброї та захист від них
При ядерному вибуху діють п'ять вражаючих факторів: ударна хвиля, світлове випромінювання, проникаюча радіація, радіоактивне зараження, проникаюча радіація та електромагнітний імпульс. Енергія ядерного вибуху розподіляється приблизно так: 50% витрачається на ударну хвилю, 35% - на світлове випромінювання, 10% - на радіоактивне зараження, 4% - на проникаючу радіацію і 1% - на електромагнітний імпульс. Висока температура і тиск викликають потужну ударну хвилю і світлове випромінювання. Вибух ядерного боєприпасу супроводжується виходом проникаючої радіації, що складається з потоку нейтронів і гамма квантів. Хмара вибуху містить величезну кількість радіоактивних продуктів - уламків поділу ядерного пального. По шляху руху цієї хмари радіоактивні продукти з нього випадають, в результаті чого відбувається радіоактивне зараження місцевості, об'єктів і повітря. Не рівномірний рух електричних зарядів в повітрі під впливом іонізуючих випромінювань призводить до утворення електромагнітного імпульсу. Так формуються основні вражаючі чинники ядерного вибуху. Явища, що супроводжують ядерний вибух, в значній мірі залежать від умов і властивостей середовища, в якій він відбувається.
Ударна хвиля
Це основний вражаючий фактор ядерного вибуху, який виробляє руйнування, пошкодження будівель і споруд, а також вражає людей і тварин. Джерелом УВ є сильний тиск, що утворюється в центрі вибуху (мільярди атмосфер). Утворилася при вибуху розпечені гази, стрімко розширюючись, передають тиск сусіднім верствам повітря, стискуючи і нагріваючи їх, а ті в свою чергу впливають на наступні шари і т.д. У результаті в повітрі з надзвуковою швидкістю в усі сторони від центра вибуху поширюється зона високого тиску.
З зростанням калібру ядерного боєприпаса радіуси поразки ударною хвилею ростуть пропорціонально кореню кубічному з потужності вибуху. При підземному вибуху виникає ударна хвиля в грунті, а при підводному у воді. Крім того, при цих видах вибухів частина енергії витрачається на створення ударної хвилі й у повітрі. Ударна хвиля, розповсюджуючись в грунті, викликає ушкодження підземних споруд, каналізації, водопроводу; при поширенні її у воді спостерігається пошкодження підводної частини кораблів, що знаходяться навіть на значній відстані від місця вибуху.
Вплив УВ викликає різні за ступенем тяжкості ураження. Ефективним способом захисту від прямого впливу УВ буде укриття в захисних спорудах (сховищах, ПРУ, швидкомонтованих населенням). Для укриття можна використовувати канави, яри, печери, гірські виробки, підземні переходи; можна просто лягти на землю на віддалі від будівель та споруд.
Світлове випромінювання
Світлове випромінювання (СІ) - це потік променевої енергії (ультрафіолетові та інфрачервоні промені). Джерелом СІ є світна область вибуху, що складається з нагрітих до високої температури пари і повітря. СІ поширюється практично миттєво і триває в залежності від потужності ядерного боєприпасу (20-40 секунд). Однак не дивлячись на короткочасність свого впливу ефективність дії СІ дуже висока. СІ становить 35% від всієї потужності ядерного вибуху. Енергія світлового випромінювання поглинається поверхнями освітлюваних тіл, які при цьому нагріваються. Температура нагріву може бути такою, що поверхня об'єкта обвуглиться, оплавитися, запалає або об'єкт випарується. Яскравість світлового випромінювання набагато сильніше сонячного, а що утворився вогненний куля при ядерному вибуху видно на сотні кілометрів. Так, коли 1 серпня 1958 американці підірвали над островом Джонстон мегатонний ядерний заряд, вогненний куля піднялася на висоту 145 км і був видний з відстані 1160 км. Світлове випромінювання може викликати опіки відкритих ділянок тіла, осліплення людей і тварин, обвуглювання або загоряння різних матеріалів. Світлове випромінювання здатне викликати масові пожежі в населених пунктах, в лісах, степах, на полях. Захистити від світлового випромінювання можуть будь-які перешкоди, що не пропускають світло: укриття, тінь густого дерева, паркан і т. п. Інтенсивність світлового випромінювання сильно залежить від метеорологічних умов. Туман, дощ і сніг послаблюють його інтенсивність, і, навпаки, ясна і суха погода сприяє виникненню пожеж і утворення опіків.
Радіація
Проникаюча радіація не однорідна. Потік ядерного вибуху являє собою потік альфа, бета, гама випромінювань і нейтронів. Альфа-випромінювання не здатні проникнути через зовнішній (роговий) шар шкіри і не представляють небезпеки для людини до тих пір, поки речовини, що випускають альфа-частинки не потраплять всередину організму. Бета-частинки на шляху свого руху рідше зіштовхуються з нейтральними молекулами, тому їх іонізуюча здатність менше, ніж у альфа-випромінювання. Втрата ж енергії при цьому відбувається повільніше і проникаюча здатність в тканинах організму більше (1-2 см). Бета-випромінювання небезпечні для людини, особливо при попаданні радіоактивних речовин на шкіру або всередину організму. Гамма-випромінювання має порівняно невеликий іонізуючої активністю, але в силу дуже високу проникаючу здатність становить велику небезпеку для людини. Послаблює дію ПР прийнято характеризувати шаром половинного ослаблення, тобто товщиною матеріалу, проходячи через який ПР зменшується у два рази. Так, ПР послаблюють в два рази наступні матеріали: Свинець - 1.8 см 4. Грунт, цегла - 14 см Сталь - 2.8 см 5. Вода - 23 см Бетон - 10 см 6. Дерево - 30 см. Повністю захищають людину від впливу ПР спеціальні захисні споруди - притулки. Частково захищають ПРУ (підвали будинків, підземні переходи, печери, гірські виробки) і швидкобудуюємі населенням перекриті захисні споруди (щілини). Самим надійним притулком для населення є станції метрополітену. Велику роль в захисті населення від ПР грають протирадіаційні препарати з АІ-2 - радіозахисні засоби № 1 і № 2. Джерелом ПР є ядерні реакції поділу і синтезу, що протікають в боєприпасах в момент вибуху, а також радіоактивний розпад осколків поділу ядерного пального. Час дії ПР при вибуху ядерних боєприпасів не перевищує кількох секунд і визначається часом підйому хмари вибуху. Вражаюча дія ПР полягає в здатності гамма випромінювання і нейтронів іонізувати атоми і молекули, що входять до складу живих клітин, в результаті чого порушуються нормальний обмін речовин, життєдіяльність клітин, органів і систем організму людини, що призводить до виникнення специфічного захворювання - променевої хвороби. Ступінь променевої хвороби залежить від поглиненої дози опромінення і часу. Нагріті продукти вибуху й маси повітря утворюють вогненна куля (при повітряному вибуху) або вогненну півсферу (при наземному вибуху). Відразу ж після утворення вони швидко збільшуються в розмірах, досягаючи в діаметрі декількох кілометрів. При наземному ядерному вибуху вони з дуже великою швидкістю піднімаються вгору (іноді понад 30 км), створюючи потужний висхідний потік повітря, який захоплює із собою десятки тисяч тонн грунту з поверхні землі. Зі збільшенням потужності вибуху зростають розміри і ступінь зараження місцевості в район вибуху і на сліді радіоактивної хмари. Найбільші частки під дією сили тяжіння випадають з радіоактивної хмари і стовпа пилу ще до моменту, коли останні досягають граничної висоти і заражають місцевість в безпосередній близькості від центру вибуху. Легкі частки осаджуються повільніше і на значних відстанях від нього. Так утворюється слід радіоактивної хмари. Рельєф місцевості практично не впливає на розміри зон радіоактивного зараження. Однак він обумовлює нерівномірний зараження окремих ділянок всередині зон. Для захисту населення від РЗМ використовуються всі наявні захисні споруди (сховища, ПРУ, підвали багатоповерхових будинків, станції метрополітену). Ці захисні споруди повинні мати досить високим коефіцієнтом ослаблення - від 500 до 1000 і більше разів, тому що зони радіоактивного зараження мають високі рівні радіації. У зонах РЗМ населенню необхідно приймати радіозахисні препарати з АІ-2 (№ 1 і № 2).
Електромагнітний імпульс (EMP)
Ядерні вибухи в атмосфері і в більш високих шарах призводять до утворення потужних електромагнітних полів з довжиною хвиль від 1 до 1000 м і більше. Ці поля на увазі їх короткочасного існування прийнято називати електромагнітним імпульсом (ЕМІ). Електромагнітний імпульс виникає і в результаті вибуху і на малих висотах, однак напруженість електромагнітного поля в цьому випадку швидко спадає в міру віддалення від епіцентру. У разі ж висотного вибуху, область дії електромагнітного імпульсу охоплює практично всю видиму з точки вибуху поверхню Землі. Вражаюча дія ЕМІ обумовлена виникненням напруг і струмів в провідниках різної протяжності, розташованих в повітрі, землі, в радіоелектронній і радіотехнічної апаратури. ЕМВ у зазначеній апаратурі наводить електричні струми і напруги, які викликають пробій ізоляції, пошкодження трансформаторів, згоряння розрядників, напівпровідникових приладів, перегорання плавких вставок. Найбільш схильні до впливу ЕМІ лінії зв'язку, сигналізації та управління ракетних стартових комплексів, командних пунктів. Захист від ЕМВ здійснюється екрануванням ліній управління та енергопостачання, заміною плавких вставок (запобіжників) цих ліній. ЕМІ становить 1% від потужності ядерного боєприпасу.
Продемонстровані фотографії
1, 2, 3 - Фотографії наземних атомних вибухів
4 - Американська атомна бомба «Малюк», скинута на Хіросіму
5 - Перша радянська ядерна утройство РДС-1
6 - 50-мегатонний ядерний заряд
7, 8 - вплив вражаючих факторів ядерного вибуху на будову
9 - Підземний атомний вибух
10 - воронка, що залишилася після підземного атомного вибуху