Atóm stále hrozí

10. aug. 2015 • Fyzikálne vedy

Atóm stále hrozí

Aj po sedemdesiatich rokoch od zhodenia atómových bômb na mestá Hirošima a Nagasaki si treba pripomínať dielo skazy, ktoré tieto zbrane – označované ako atómové, jadrové alebo nukleárne – spôsobili. Sú ešte vždy vo výzbroji mnohých štátov sveta a jadrové mocnosti napriek mierovým dohodám svoje nukleárne zbrane ďalej modernizujú a vylepšujú.

Cár bomba, najničivejšia vyskúšaná jadrová bomba v histórii ľudstva, dosiahla krátkodobo stotinový výkon Slnka a po výbuchu vytvorila ohnivú guľu s priemerom viac ako 10 km. 

V dôsledku skúšok jadrových zbraní počas studenej vojny existujú doteraz miesta na Zemi, ktoré sú tak zamorené rádioaktivitou, že tam nemôžu žiť ľudia.

Na vojenskom využití štiepenia atómu sa pracovalo v USA, vo Veľkej Británii a v Nemecku už od prelomu rokov 1939 a1940. V Nemecku však pokusy zastavili, lebo usúdili, že nie sú užitočné pre vojenské využitie. Americká národná akadémia vied, naopak, požadovala už v roku 1941 urýchlenie konštrukcie atómovej bomby na zaistenie bezpečnosti štátu a slobodného sveta. Na základe tejto žiadosti poskytol prezident Franklin D. Roosevelt nemalé prostriedky na ďalší vývoj atómových zbraní. Spravodajská služba Sovietskeho zväzu (NKVD) sa o vývoji bomby v USA dozvedela už v roku 1941. Vychádzajúc z informácií NKVD na jar v roku 1943 vytvorili v Moskve supertajné pracovisko na vývoj atómovej bomby.

Prvá skúška novej zbrane

V auguste 1942 sa talianskemu vedcovi Enricovi Fermimu podarilo uskutočniť prvú riadenú jadrovú reakciu. Hlavné práce na konštrukcii atómovej bomby mal v tom čase na starosti pracovný tím fyzika Juliusa Roberta Prvá atómová bomba vybuchla v USA, v púšti neďaleko mesta Alamogordo 16. júla 1945, foto WikipediaOppenheimera v Los Alamos v Novom Mexiku v rámci projektu s krycím názvom Manhattan. Na konci mája 1945 vyhlásil Oppenheimer na zhromaždení zástupcov vlády a generality, že pripravili zbraň umožňujúcu výbuch nad mestom, ktorá je schopná úplne zničiť budovy a komunikácie, ale nebude mať tragické následky pre tých, ktorí sa ukryjú v podzemných krytoch. Dňa 16. júla sa konala na púšti pri Alamogordo prvá skúška novej zbrane. Keď Japonci odmietli Postupimskú deklaráciu, nariadil prezident Truman použitie atómovej bomby. Krížnik Indianapolis priviezol bomby a skupinu odborníkov 30. júla na ostrov Tinian v Marianskom súostroví, kde sa konali posledné prípravy. Bomby s krycími názvami Little Boy (Chlapček) a Fat Man (Tlsťoch) boli pripravené na použitie.

Smrtiaci mrak nad Hirošimou a Nagasaki

Osamotene letiacemu bombardéru B-29 Superfortres z 509. skupiny 20. leteckej armády Enola Gay nevenovala japonská protilietadlová obrana pozornosť. Bombardér tak mohol ráno 6. augusta 1945 bez problémov zhodiť prvú atómovú bombu – Little Boy – na japonské mesto Hirošima. Pri explózii okamžite zomrelo 78-tisíc ľudí (a ďalších 13-tisíc zostalo nezvestných) a približne rovnaký počet ich bol popálený či zasiahnutý radiáciou. Aj napriek tomu japonský cisár neprijal kapituláciu, a tak vo Washingtone schválili ďalší útok. Ten sa uskutočnil 9. augusta na mesto Nagasaki pomocou bomby iného typu s označením Fat Man. Pri druhom útoku zahynulo ďalších 40-tisíc ľudí. Po tomto nátlaku (spolu s faktom, že Sovietsky zväz vypovedal Japonsku 8. augusta vojnu) sa cisár Hirohito 15. augusta 1945 rozhodol prijať podmienky kapitulácie. Američania obhajovali použitie atómových bômb očakávanými stratami na ľudských životoch, ku ktorým by došlo, keby sa japonské ostrovy museli obsadzovať s použitím konvenčných zbraní.

Vývoj atómovej bomby v Rusku

Atómový hríb nad Hirošimou 6. augusta 1945, foto WikipediaPráce na vývoji sovietskej atómovej bomby počas druhej svetovej vojny postupovali pomaly. Keď však v lete 1945 vyskúšali Američania svoju prvú atómovú bombu a krátko na to zbombardovali japonské mestá Hirošima a Nagasaki, zmenil sa prístup k vývoju bomby aj v Sovietskom zväze. Významnú úlohu pritom zohrala sovietska rozviedka. Podarilo sa jej získať pomerne detailný popis bomby, ktorú Američania vyskúšali. Odskúšanie bomby v USA urýchlilo práce na vývoji bomby aj v ZSSR.

KB-11 alias Arzamas-16

Najdôležitejší nový závod vznikol v roku 1946. Nové centrum dostalo názov KB-11 a vybudovali ho v mestečku Sarov, vzdialenom od Moskvy 400 km. Na výstavbe tajných objektov pracovali trestanci odsúdení na doživotie, preto ich mohli nechať pracovať bez rizika, že niekomu vyzradia štátne tajomstvo. Pôvodných obyvateľov mestečka – 108 rodín, vysťahovali a mesto dôkladne ohradili ostnatým drôtom. Začali ho nazývať Arzamas-16. 

Úspech na strelnici pri Semipalatinsku

V lete 1949 vstúpili do poslednej fázy prípravy na skúšku izdelia (t. j. výrobku, rozumej bomby) oboch typov sovietskych bômb. Išlo o kópiu americkej bomby s plutóniovou náložou a bombu, pri konštrukcii ktorej sa vychádzalo z predstáv Kurčatovovho tímu. Igor Vasilievič Kurčatov bol vedúci sovietskeho programu na výrobu atómovej bomby, fyzik, ktorý študoval problémy rádioaktivity, zostrojil prvý sovietsky urýchľovač častíc, objavil podstatu reťazovej reakcie uránu a vytvorili aj koncepciu jadrového reaktora. Ako prvá sa testovala kópia americkej bomby. Izdelie umiestnili do veže, vybudovanej na strelnici Limonia pri Semipalatinsku. Povolenie odpáliť bombu vydal Kurčatov zo svojho pozorovacieho bunkra ráno 29. augusta 1949. Keď zbadal obrovskú žiaru výbuchu atómovej bomby, vybehol z bunkra a priam detsky jasal. Ako by aj nie. Vedel, že keby bomba zlyhala, zaplatil by za to životom. Úspešná skúška odštartovala dážď vyznamenaní a ocenení pre tvorcov bomby. Zvládnutie výroby bomby v Sovietskom zväze už štyri roky po vojne bol pre Američanov nepríjemný šok.

Od štiepenia k fúzii

Len čo sa ukázalo, aké fyzikálne podmienky budú panovať v strede explózie atómovej bomby (najmä tlak a teplota), uvedomili si niektorí vedci možnosť využiť štiepnu jadrovú bombu ako rozbušku na odštartovanie iného druhu nukleárnych reakcií – fúziu. Pri nej sa atómové jadrá netrhajú na kusy, ale naopak, malé atómové jadrá sa spájajú a vznikajú ťažšie prvky, pričom sa uvoľňuje energia (na jednotku hmotnosti asi desaťnásobok v porovnaní so štiepnou reakciou). Zrodila sa myšlienka uskutočniť neriadenú jadrovú fúziu.

Amerického fyzika maďarsko-židovského pôvodu Edwarda Tellera myšlienka vytvoriť termojadrovú bombu fascinovala. Postupne premyslel riešenie, ktoré zabezpečilo úspešnú konštrukciu tejto novej zbrane. Základná úvaha bola jednoduchá. V spoločnom telese bude v jednej časti umiestnená štiepna atómová bomba a za prepážkou nádrž s ťažkým vodíkom (prípadne veľmi ťažkým vodíkom alebo lítiom). Keď v atómovej rozbuške prebehne štiepna jadrová reťazová reakcia, zahreje vodík na teplotu, pri ktorej sa začnú zlučovať jeho atómové jadrá a uskutoční sa termojadrová fúzia.

Výbuchy na atoloch

Prezident Truman schválil vývoj termonukleárnej bomby v projekte s krycím názvom Greenhouse. Pri prvej skúške termonukleárnej bomby 1. novembra 1952 na atole Eniwetok v Tichom oceáne sa počas niekoľkých tisícin sekundy udiali všetky naplánované jadrové procesy (štiepenie – fúzia – štiepenie), nad atolom vznikla ohnivá guľa a v priebehu niekoľkých sekúnd sa rozprestrela až do vzdialenosti 2,5 km od miesta výbuchu. Ohnivá guľa stúpala k nebesiam, vytvorila rýchlo sa zväčšujúci hríbovitý oblak, ktorý za dve a pol minúty dosiahol výšku 30 km. V mieste výbuchu ostal kráter s priemerom tri kilometre, hlboký 60 metrov, ktorý zalialo more. Explózia vyvrhla do ovzdušia 80 miliónov ton vyparených a rozprášených hornín. V okruhu 10 kilometrov dôkladne zmietla všetko, čo vystupovalo nad povrch súše.

Mohutnosť tejto skúšky určili na päť až desať megaton TNT, teda rádovo viac ako stonásobok účinnosti prvých jadrových zbraní. Skúška tiež spôsobila mimoriadne silné rádioaktívne zamorenie. Najväčší podiel na ňom mali procesy štiepenia uránu 238U, čo bola druhá štiepna reakcia (v prvej štiepnej reakcii, v strede bomby, použili urán 235U, urán 238U sa nachádzal vo vrchnom obale v konštrukcii výbušného zariadenia). Oblak rádioaktívnych prachových častíc sa rozprestrel do vzdialenosti 1 500 kilometrov. Ďalšie skúšky amerických atómových bômb sa uskutočňovali na atole Bikini. Na tomto atole sa medzi rokmi 1946 a 1958 uskutočnilo viac než 20 testov jadrových zbraní.

Cár bomba – najväčšia na svete

Náskok, ktorý mali Američania v atómových pretekoch, sa neustále zmenšoval. Atómovú bombu v ZSSR zostrojili už štyri roky po USA a vodíkovú bombu asi rok potom, ako ju vyskúšali Američania. NajmarkantnejšíCár bomba, maketa najsilnejšej vyskúšanej termonukleárnej bomby na svete v múzeu v meste Sarov. Vážila 27 ton a na zhodenie potrebovala trojnásobne väčší padák ako používali v tej dobe sovietske kozmické lode, foto Wikipedia výsledok práce sovietskych vedcov však prišiel takmer po desiatich rokoch. Ráno 30. októbra 1961 niesol špeciálne upravený štvormotorový strategický bombardér Tupolev Tu-95 V na palube 27-tonovú bombu s označením RDS-220. Bombu, ktorú neskôr nazvali Cár bomba, odpálili o 11.32 hod. moskovského času počas zasadania XXII. zjazdu Komunistickej strany Sovietskeho zväzu na testovacom polygóne v zátoke Miťjušicha na ostrove Nová Zem. Zhodili ju z výšky 10 500 m a jej pád brzdil padák, aby malo lietadlo dostatok času opustiť miesto výbuchu. Explózia sa uskutočnila približne vo výške 4 500 m a ohňová guľa sa dotkla zemského povrchu. Celá energia bomby sa uvoľnila približne za 40 nanosekúnd a okamžitý výkon dosiahol okolo 5,4 1024 W, teda približne 1 % výkonu Slnka! Atómový hríb narástol na krátky čas do výšky približne 64 km. Seizmická tlaková vlna, spôsobená výbuchom, bola taká silná, že ju namerali aj po treťom obehu Zeme. Takáto nálož by bola schopná zničiť objekty na povrchu oblasti veľkej ako Slovensko a Maďarsko dohromady, ak si reliéf krajiny predstavíme ako rovnú plochu.

Demonštrácia sily

O skutočnom výkone RDS-220 sa viedli spory, rôzne pramene väčšinou udávajú výkon okolo 50 megaton. Časť bomby zodpovedná za radioaktívny spád (štiepna časť) predstavovala len 3 % celej bomby, zvyšok energie tvorila termojadrová reakcia s pomerne malým rádioaktívným spadom. Na konštrukcii bomby sa podieľali akademik Julij Borisovič Chariton, Igor Vasilievič Kurčatov, Andrej Dmitrijevič Sacharov, Viktor Adamskij, Jurij Babajev, Jurij Trunov a Jurij Smirnov. Cár bomba bola 3- až 5-krát silnejšia než najsilnejšia vyskúšaná americká vodíková bomba Castle Bravo odpálená na atole Bikini.

Začiatok mierových rozhovorov

Skúška desivo ničivej zbrane priviedla politikov k rokovaciemu stolu. Dňa 10. októbra 1963 sa podarilo vo Washingtone podpísať medzinárodnú zmluvu o zákaze atómových pokusov vo vzduchu, v kozmickom priestore a pod vodou. Táto prvá významná dohoda o obmedzení zbrojenia medzi USA a ZSSR sa stala východiskom pre nasledujúce odzbrojovacie dohody, ktoré pravdepodobne pomohli odvrátiť vojnový konflikt superveľmocí hroziaci počas druhej polovice 20. storočia. Ľudstvo by však malo mať na pamäti, že termojadrové bomby sú doteraz vo výzbroji USA, Ruska, Francúzska, Veľkej Británie, Číny, Indie, Pakistanu a možno aj iných štátov sveta.

Neutrónová bomba 

Po zhotovení jadrovej a termojadrovej bomby vstúpili na scénu jadrové zbrane tretej generácie, z ktorých najznámejšia je tzv. neutrónová bomba. Ide o dvojfázovú nukleárnu zbraň (štiepenie – fúzia), pričom až 90 % energie výbuchu pripadá na fúziu, teda na zlučovanie vodíka a vytváranie hélia. Neutrónová bomba využíva neutróny s vysokou energiou, vznikajúce pri tomto zlučovaní. Ich typickým prejavom je vysoká prenikavosť a takmer okamžitý smrtiaci účinok na živé organizmy. Toto ožiarenie vyradí vojakov z boja za niekoľko desiatok sekúnd a usmrtí ich do niekoľkých minút. Oficiálne priznali vlastníctvo neutrónových bômb iba USA, ale predpokladá sa, že neutrónové bomby vyvinuli aj v Rusku, Číne, Francúzsku a Izraeli.

Špinavé bomby

Špinavá bomba nemusí byť nukleárnou zbraňou v pravom slova zmysle, pretože jej fungovanie nie je založené na energii vznikajúcej pri nukleárnej reakcii. V podstate ide o jednoduchú schránku obsahujúcu rádioaktívny prach (napr. izotopy kobaltu alebo cézia), konvenčnú či jadrovú výbušninu a spúšťací systém. Explózia spôsobí rozmetanie prachu, ktorý zamorí okolie a vyvolá takmer rovnaký účinok ako spad pri nukleárnom výbuchu. Mohlo by nastať také zamorenie, že by sa zasiahnutá oblasť stala na určitú dobu neobývateľnou. Hrozba takejto zbrane spočíva najmä v jej jednoduchosti a dostupnosti potrebných surovín a jej výrobu by mohli zvládnuť aj teroristi.

Ďalší vývoj jadrových zbraní

Popri doteraz vyvinutých a vyrobených nukleárnych zbraniach je na obzore ďalšia – už štvrtá generácia jadrových zbraní, v ktorej odštartujú termonukleárnu reakciu konvenčné prostriedky, napríklad laser. Potrebujeme ju však? 

 

Autordoc. RNDr. Emil Běták , DrSc., Fyzikálny ústav SAV

Foto: Wikipedia

Viac sa dočítate v časopise Quark (číslo 8/2015).

Uverejnila: ZČ

Súvisiace:

Články
Hore
Atmosféra počas TVT 2018
Publikácie Veda v CENTRE
Aurelium - centrum vedy
Vedec roka 2018
QUARK
Prechod VK na VND - leto
fotografická súťaž TVT 2019
Noc výskumníkov 2019
kúpa časopisov jún 2016
TVT 2018 články
TAG Ženy vo vede
TAG Spektrum vedy
TAG Slovenská veda
TAG História
TAG Rozhovor
TAG Publikácia
TAG Zaujímavosti vo vede
TAG Centrum vedy
TAG Mládež
TAG QUARK
banner záhrady
Zaujímavosti vo vede
Počítačové čipy, lasery či LED diódy dnes pracujú na princípoch kvantovej mechaniky.
Zistite viac