Пожар новостей: 558
Война в Украине новостей: 4730
Вырубка деревьев новостей: 199

Как правильно бояться ядерной бомбы

29 ноя. 2022, 17:25 (обновлено 30 ноя. 2022, 19:53)   Аналитика
5827 0

В последние недели одной из горячих тем стала якобы возможность использования со стороны Киева так называемой «грязной бомбы». Российские телевизионные каналы, федеральные СМИ, сотни интернет-каналов просто бурлили этой новостью, но сейчас пыл сошел на нет. Многие заметили, что без смеха читать эти новости было невозможно, а квинтэссенцией стало мнение одного из военных экспертов: «Для создания «грязной бомбы» надо расковырять бочку с ядерными отходами с какой-нибудь электростанции, вложить их в капсулы, а потом рвануть сто килограмм тротила».

В принципе, описание грязной бомбы почти верное. Нужен некий сосуд, в котором находится то или иное радиоактивное вещество или смесь нескольких. Нужен обычный взрыватель и некий носитель, если уж это бомба, а не капсула. Взрыв обычного заряда нужен ровно для одной цели: чтобы радиоактивные вещества разлетелись в разные стороны, тем самым заразив ту или иную площадь, которая после этого станет убийственной для всего, что на этой территории находится.

Схема понятна. Но она мгновенно обрастает десятками вопросов. Какие именно радиоактивные вещества подходят лучше всего для такой цели? Не получится ли взрыв маломощным настолько, что радиоактивность не превысит предельно допустимой концентрации? Как работать с радиоактивными веществами до того момента, пока не произошел этот взрыв? Капсула, бомба… Ее корпус должен пропускать радиацию или доморощенным ядерным террористам стоит пожалеть экипаж самолета, расчет артиллерийского орудия?

Разобраться в этих вопросах попытался физик, главный редактор журнала «Геоэнергетика» Борис Марцинкевич в одном из своих видео эфирах. Свое выступление он сделал в максимально доступной для массового читателя форме.

О протонах и нейтронах. Вспоминая курс школьной физики


Разнос любого вещества по площади зависит от направления и силы ветра, особенно если взрыв запланирован воздушным. Рванули, допустим, чтобы заразить одну из российских областей, а восходящие потоки отнесли все в Киевскую область, в Польшу или в Скандинавию, что тогда? Почему тротила нужно сто кило, а не триста три? Все выглядит простым, если не задумываться и не вдаваться в детали.

Какой набор радиоэфирных веществ использовать? Те, которые сразу дают большой выброс и мгновенно убивают все живое или остановить выбор на тех, у которых уровень радиации менее мощный, зато срок, в течение которого происходит распад, - побольше? То есть убить людей побольше или добиться зоны отчуждения, в которой десятками лет жить будет опасно?

Надо ли вообще бояться применения «грязной бомбы»? Надо. Но нужно как можно более четко понимать, чего именно нужно бояться. Для этого нужно напомнить, что такое радиация, и прежде всего вспомнить школьный курс физики.

Вспомним модель атома химического вещества, где атом похож на модель Солнечной системы: в центре – тяжелое ядро, на орбитах которого вращаются электроны, масс которых в тысячи раз меньше массы ядра. Электроны имеют отрицательный химический заряд, ядро – положительный. И только скорость вращения по орбитам дает возможность электронам не рухнуть на ядро, поскольку положительно и отрицательно заряженные частицы, как известно, притягиваются.

Но нас больше интересует, что же происходит в ядре. Все та же школьная физика говорит нам о том, что ядро любого химического элемента содержит два типа частиц – протоны и нейтроны. У нейтрона, как следует из названия, заряд нейтральный. Протон же имеет положительный заряд. Отрицательный заряд электрона равен минус единице, положительный заряд протона равен плюс единице. Число протонов в ядре совпадает с числом электронов на орбитах вокруг ядра. То есть в целом атом получается электрически нейтральным.

Протон отвечает за химические свойства того или иного вещества, нейтроны – только за физические свойства. В таблице Менделеева элементы занимают свои клетки в зависимости от того, сколько протонов в их ядрах, или, другими словами, порядковый номер химического элемента в таблице Менделеева совпадает с количеством протонов в ядре его атома.

«Сильное взаимодействие»: отталкивание и притяжение

Ядро атома весьма компактно, населяют его протоны с нейтронами. Но каким образом протоны не разлетаются в разные стороны друг от друга, если все они положительно заряжены? Физики выяснили, что в мире атомных частиц есть еще один тип их взаимодействия. Называется он «сильный». И это взаимодействие действительно сильнее, чем хорошо изученное электромагнитное, и именно сильное взаимодействие удерживает «в узде», то есть в небольшом объеме, друг рядом с другом одинаково положительно заряженные протоны.

Помимо интенсивности, у сильного взаимодействия есть еще одна характерная особенность. Оно чрезвычайно кратко действующее. Когда протоны находятся впритык друг к другу - сильное взаимодействие в деле. Но как только расстояние становится больше некоего критического значения, оно просто выключается. И после этого в полную силу срабатывает электромагнитное отталкивание.

Сильное взаимодействие работает и для нейтронов. Именно по этой причине ядра атомов, а следовательно, и сами атомы, весьма стабильны, в большинстве случаев. Радиоактивность – это как раз меньшее количество случаев, но они неизбежны, поскольку эта взаимная компенсация сильного электромагнитного взаимодействия очень хрупка. Порой достаточно небольших возмущений, чтобы оно было нарушено.

Если упрощенно, то радиоактивность можно рассматривать как попытки ядер атомов удержать свою стабильность. Это своеобразный способ сбросить свою излишнюю энергию, ведущую к разрушению баланса. Отталкивающая энергия электромагнитного взаимодействия и энергия притяжения, обусловленная притяжением между нуклонами, которые вовлечены в сильное взаимодействие.

Альфа-излучение. «Квартет» не нужен

Видов радиоактивности всего три. Самое заметное - альфа-излучение, когда основной «коллектив» протонов и нейтронов ядра атома выталкивает прочь «квартет» в составе двух нейтронов и двух протонов. При этом квартет вполне стабилен – скреплен тем самым сильным взаимодействием. Задача ядра – удержать стабильность и выбросить лишнюю энергию. Но при этом остающийся «коллектив» протонов и нейтронов превращает исходный атом в атом уже другого химического элемента. Вылетели прочь два протона – значит, исходный элемент поднялся вверх в таблице Менделеева на две позиции.

При этом стоит помнить о том, что обновленное ядро может стать действительно стабильным, но не в ста случаях из ста. Нестабильность может сохраниться, и для того, чтобы ее убрать, новое ядро снова прибегнет к радиоактивности как к способу добиться равновесия.

Что касается самой альфа-частицы, то тут есть несколько соображений. Два протона и два нейтрона -это, собственно, ядро атома гелия, с орбиталия которого «содрали» все электроны. Химические свойства альфа-частицы от химических свойств гелия из-за отсутствия электроном отличны. А вот физические свойства совпадают. Альфа-частица достаточно массивна – в ней 44 нуклона. Альфа-частица имеет положительный электрический заряд, поскольку плюс протонов в ней уравновешивается минусом электронов.

Значительная масса покоя и наличие электрического заряда – вот две причины, по которым защита от альфа-частиц всегда наиболее эффективна. Для того, чтобы организм человека не получил никакого вреда, достаточно листа бумаги, обычной одежды. Но только не очень продолжительное время. Поток альфа-частиц вполне способен привести к постепенным негативным изменениям атома такой преграды.

Бета-излучение. Электрон-изгой

Следующий тип радиации – бета. Есть как бета-минус распад, так и бета-плюс распад. И то, и другое обусловлено существующим в ядре еще одним типом взаимодействия – слабым. Вот «сидит» в ядре нейтрон. Никому он там не нужен, химические свойства атома от него не зависят, на электронные орбиталии он повлиять никак не может. Слабое взаимодействием дает ему при определенных условиях шанс на превращение в протон. Масса остается почти такой же, зато появляется плюсик: единичный положительный заряд. Теперь можно и с мезонами пообщаться, а через них с соседними атомами связь наладить. Но если возник плюс, значит, где-то должен появиться и минус. Именно так и происходит. Одновременно с превращением нейтрона в протон в ядре из ниоткуда возникает электрон с единичным отрицательным зарядом.

Если массу покоя считать единицей, то протон с нейтроном по массе выше в 1836 раз. И реакция несчастного электрона совершенно очевидна – «уносить ноги». Собственно, никто и не возражает, никому дела до этого лилипута просто нет.

Ну, вырвался электрон на свободу. Что он видит? На орбиталиях электрона – старожилы, которые вращаются вокруг ядра с незапамятных времен и хотят его прогнать. А против коллектива не пойдешь, и вновь образовавшийся электрон уносится еще дальше, покидая атом уже навсегда.

Вот и весь механизм бета-минус распада. Минус – потому, что за пределы атома уносится частица с отрицательным электрическим зарядом. Ну а в ядре появляется дополнительный протон. И это уже атом химического вещества, порядковый номер в таблице Менделеева которого на единицу больше.

Бета-плюс распад. Превращение протона

Бета-плюс распад похож на уже описанное, разве что первопричина совершенно иная. Вот «сидит» в ядре протон, «обалдевший» от постоянной нагрузки. Сильное взаимодействие приклеивает к прочему «коллективу». Положительный заряд заставляет смотреть на соседей протона с подозрением и напряжением. А тут еще какие-то электроны на орбиталиях приходится удерживать… А эти электроны норовят склеиваться с электронами соседних атомов. Никакого покоя! А рядом «сидит» нейтрон, «бездельничает». И единственный для протона способ добраться до «нирваны» – то самое слабое взаимодействие, которое при определенных условиях позволяет ему превратиться в нейтрон.

Исчезновение протона с его единичным положительным зарядом можно трактовать как появление в ядре единичного отрицательного заряда, а это необходимо компенсировать. Из ниоткуда появляется позитрон, он же – анти-электрон. Физические свойства практически такие же, как у электрона, но электрический заряд – положительный. Но правильное название позитрона именно анти-электрон. Это анти-частица, которая, как известно, при встрече с частицей обычного вещества должна аннигилировать. Их совместный взрыв приводит к вспышке чистой энергии. Но молодому позитрону такое «счастье» не нужно, и он убегает из ядра, чтобы чуть позже затем проскочить между электронами по орбиталиям и умчаться вдаль.

В ядре атома на один протон становится меньше. Это уже ядро нового химического элемента с порядковым номером на единицу меньше, чем у исходного, материнского. Вот это и есть механизм бета-плюс распада.

Проникающая способность бета-излучения чуть выше, чем у альфа-излучения. Зато энергии бета-частицы несут меньше, поскольку масса бета-частиц в тысячи раз меньше массы альфа-частиц.

Способы защиты опять-таки основаны на том, что у бета-частиц, как у альфа-частиц имеется электрический заряд. Ничего приятного нет, но защититься вполне можно.

Гамма-излучение. Никто никуда не бежит

Ну а самый опасный тип излучения – гамма. В этом случае никакие частицы из материнского ядра не вырываются. Ядро сбрасывает энергию в чистом виде – в виде высокоэнергичных гамма-квантов, у которых нет ни массы покоя, ни электрического заряда.

Черта, общая для всех типов радиоактивности - то, что нет никакой гарантии появления именно стабильного ядра. Порой появляются целые радиоактивные цепочки. Например, после альфа-распада дочернее ядро норовит распасться по бета-варианту, внучатое – по гамма-варианту, правнучатое – еще раз по бета-варианту, и так далее.

Владислав Бордеяну

Продолжение

4
0
1
1
0

Добавить комментарий

500

Нашли ошибку в тексте? Выделите ее и нажмите Ctrl+Enter

Надо ли сносить памятники советской эпохи?
Родовая книгаКатрук Валерий