Az atombomba
2007.02.27. 18:29
Minden amit tudni kell
Az atombomba mûkdsi elve Az atombomba energijt urn vagy plutnium hasadsa szolgltatja. Egy neutron ltal elõidzett hasads sorn tlagosan 2-3 neutron szabadul fel, s ezek a neutronok jabb hasadsokat idzhetnek elõ. Annak a felttele, hogy egy lncreakci nllan fennmaradjon az, hogy a reakciban keltett neutronok tlagosan legalbb egy jabb hasadst idzzenek elõ. A hasads sorn felszabadul neutronok jabb hasadst kelthetnek, elnyelõdhetnek a bomba anyagban s kilphetnek a felleten. Ez a hrom folyamat meghatroz egy kritikus tmeget, mely alatt a kilpõ s elnyelõdõ neutronok miatt nem tud nfenntart lncreakci kialakulni. Mekkora ez a kritikus tmeg? Tegyk fel, hogy a bomba gmb alak s hogy a neutronsûrûsg az anyagban lland (ez utobbi felttel biztosan csak kzelts)! A gmbtrfogatban lvõ hasadanyag tmege legyen: M. A hasadsok szma a tmeggel arnyos s tegyk fel, hogy hasadsonknt tlagosan 2 neutron keletkezik, gy a keletkezõ neutronok szma 2aM. A lncreakci felttele, hogy a hasadsok sorn keletkezett neutronok szma (2aM) ne legyen kisebb, mint az j hasadst elõidzõ (aM), elnyelõdõ (bM) s a felleten kiszkõ (cF) neutronok szmnak sszege.
|
A gmb tmege:
|
A gmb felszne:
|
A fenti sszefggsek alapjn a kritikus tmeg:
| Az 235U kritikus tmege krlbell 7 kg, a 239Pu kritikus tmege krlbell 10 kg.
|
Az urnbomba vzlatt mutatja a baloldali rajz. A bombban a hasadanyagot gy kell elrendezni, hogy az szubkritikus maradjon, ezrt kt vagy tbb rszre osztjk. A lncreakci elindtshoz a hasadanyagot kmiai robbantltettel sszeprselik, gy kis trfogatban szuperkritikus tmeg egyesl. | Az sszeprsels sorn a berillium olyan kzel kerl a rdiumhoz, hogy egytt neutronforrsknt zemelnek. A kibocstott neutronok hatsra megindul a lncreakci. A plutniumbomba nem valsthat meg a fenti mdon, mert a 239Pu szmottevõ valsznûsggel bomlik hasads rvn s termel neutronokat. Ezek a spontn neutronok a szubkritikus tmegk tallkozsa elõtt lncreakcit indthatnak el, mg mielõtt a rdium tallkozna a berilliummal. A lncreakci megindulsakor keletkezõ hõ a bombt sztvetn, s megakadlyozn, hogy elegendõen nagy reaktivits jjjn ltre, ezrt a plutniumbomba felptse ms. Vzlatt mutatja az als kp.
|
A plutniumbombban a kritikus tmeget gmbhjban helyezik el. A gmbhj nagy felletn sok neutron tud kilpni, megakadlyozva ezzel a lncreakci megindulst. A gmbhjat kmiai robbananyag veszi krl. A gyjtszerkezetek gmbszimmetrikusan helyezkednek el. A kmiai tltet felrobbantsval a kritikus tmeg hirtelen koncentrikusan sszesajtoldik s szuperkritikuss vlik, |
a bomba felrobban. Fontos, hogy a kmiai tltetek elektromos gyjtsa szigoran egyidejû legyen. Ha egyetlen robbantltet is egy pillanattal korbban robban, a szerkezetet sztdobn mg a tkletes koncentrikus sszesajtolds eltt. Ezrt a plutniumbomba cscstechnikt ignyel, a gyjtsok szigor idõztse komoly kihvst jelent. Br mind az atombomba, mind az atomreaktor hasadsos lncreakcin alapul, hangslyozni kell, hogy mûkdsk kztt tbb alapvetõ klnbsg is van. Az egyik lnyegi klnbsg, hogy az atomreaktorban a keletkezett gyorsneutronokat le kell lasstani ahhoz, hogy a lncreakci ltrejhessen, mg az atombombban a gyorsneutronok hozzk ltre a lncreakcit. Ennek az a kvetkezmnye, hogy az atomreaktorban a folyamatok sohasem mehetnek vgbe olyan sebessggel, mint az atombombban. Azaz egy atomreaktor sohasem vlhat atombombv. A bombban a lncreakci a msodperc milliomod rsze alatt megszalad, a hõmrsklet tbb milli fokra emelkedik. Ezzel szemben, az atomerõmûben mg a legslyosabb esetben sem emelkedik a hõmrsklet egy-ktezer fok fl, s ekkor a neutronlassts megszûns miatt a tovbbi lncreakci lell. A csernobili atomreaktor robbansa is inkbb egy tlfûttt kazn robbanshoz hasonlthat, semmint egy atombombhoz. A csernobili robbanskor kialakult legnagyobb hõmrsklet - ami a grafit meggyulladsa miatt alakult ki - 2500 oC volt.
( 1904 -1967 ) 1963-ban Enrico Fermi djjal tntettk ki. 1943-tl 1945-ig a Los Alamos- ban az atombomba program vezetõje, majd 1946-tl 1952-ig az USA Atomenergia Bizottsgnak elnke. Vezetsvel 1945. jlius 16-n j-Mexikban felrobbantottk az elsõ atombombt. A Trinity (Szenthromsg) fedõnevû ksrleti robbants helye a Los Alamos kzelben fekvõ Alamagordo lgibzis volt. Nem messze a robbans helyszntõl llt a nhai George McDonald elhagyott farmja, adva annak lehetõsgt, hogy megfigyeljk milyen hatssal lehet a robbans az pletekre. De a farmot a robbans magjbl kiraml hõhullm teljesen megsemmistette. A robbans hatsainak megfigyelsre klnbzõ mrõmûszereket teleptettek. Mrtk pldul a radioaktv sugrzst, hõmrskletet, lgnyomst. Oppenheimer egy bunkerben (Baker bunker) kialaktott irnyt kzpontbl figyelte az esemnyeket. | A bombt, kt flgmbbel lezrt hengert melyben a robbananyag plutnium volt, egy 30 mter magas acl szerkezetre hztk fel. A lncreakcit tvirnytssal indtottk el a Baker bunkerbõl.1945. jlius 16-n, reggel 5 ra 29 perc 45 msodperckor a vilg elsõ atombombja felrobbant, fnye egsz j-Mexikban lthat volt. Hatalmas tûzgoly gyulladt ki a sivatag egn, s fltte gombafelhõ emelkedett 12200 mteres magassgig. A robbans epicentrumban a hõmrsklet 10 000-szer nagyobb volt, mint a Nap felsznn. A fnyjelensget drgs, fldrengsszerû zaj kvette. A Szenthromsg pusztt hatsa mintegy 45 ezer tonna TNT-vel volt egyenlõ. A bomba tartszerkezete a robbans kvetkeztben szinte teljesen elprolgott, a magas hõmrsklet hatsra a sivatag homokja vegg olvadt. A robbans helyt akkor Atomsite-nak (Atomhely) ksõbb Trinitynek neveztk el.
A bomba |
A bomba felhzsa a tartszerkezetre |
A 30 mter magas aclszerkezet, amelyre felhztk az elsõ atombombt |
Oppenheimer s a bombt tart aclszerkezet maradvnyai a robbans utn |
A bomba robbansakor keletkezõ
gomba alak felhõ
Hirosima s Nagaszaki
Japn trdre knyszertsre 1945. augusztus 6-n az Amerikai Egyeslt llamok elõszõr vet be olyan fegyvert, amellyel az egsz emberisg megsemmisthetõ. Harry S. Truman amerikai elnk kiadja a parancsot, hogy a japn vrosra, Hirosimra dobjk le a csak napokkal korbban elkszlt j atombombk egyikt. Helyi idõ szerint 8 ra 14 perckor az Enola Gay nevet viselõ B-29-es amerikai bombz legnysge kioldja a pusztt fegyvert a 350 ezer lakos clpont felett. A kisfi (Little Boy) 580 mter magasan robbant fel a vroskzpont fltt. Vakt fny villant fl, a robbanst kvetõ iszonyatos lgnyoms msfl kilomteres krzetben fldig rombolta a hzak tmegt. Hirosima fltt gomba formj, vrs felhõ keletkezett, majd tûzvihar sprt vgig a teleplsen. A hõ akkora volt, hogy nhny ldozatnak csak a krvonalai maradtak meg, melyeket a robbans a krnyezõ betonfalakba getett. Msok onnan mg hrom kilomteres tvolsgra is szrnyû gsi srlseket szenvedtek. A robbans fszkben a radioaktv sugrzs azonnal kioltotta mindenki lett. Hrom nappal ksõbb, 1945. augusztus 9-n Nagaszaki vrosra ledobjk a msodik atombombt. A "Kvr ember" ( Fat Man) kzel 80 ezer ember lett oltotta ki. Az amerikaiak elrtk cljukat: Japn letette a fegyvert, ezzel befejezõdtt a msodik vilghbor. |
Little Boy s Fat Man nvre keresztelt bombk |
Fat Man |
A robbanskor keletkezõ felhõ |
A romok kzt tallt ra
8 ra 16 percet mutat |
Az atombomba felrobbantsnak hatsai Hirosimban s Nagaszakiban
Az atombomba robbansa
Az atombomba energija hõsugrzs, lkshullm, s radioaktv sugrzs formjban szabadul fel. A bomba robbansakor a robbans helyn tbb milli fokos hõmrsklet keletkezik. A magas hõmrsklet hatsra a bomba anyaga ionizlt gzz s elektromgneses sugrzss vlik. A krnyezõ levegõ elnyeli ezt az elektromgneses sugrzst s a nvekvõ hõmrskletû "tûzgolyt" hoz ltre. Hirosimban s Nagaszakiban a "tûzgoly" tmrõje kb. 15 m, hõmrsklete mintegy 300000 C volt. A robbanst mindig lkshullm kveti, melynek sebessge nagyobb, mint a hangsebessg. A lkshullm hatsra a levegõ sszenyomdik, a lgnyoms rtke hirtelen megnõ, s a levegõ nagyon magas hõmrskletre melegszik fel.
A lkshullm okozta krok
Maximlis lgnyoms
(*105 Pa) |
A lkshullm
maximlis sebessge
(m/s) |
Centrumtl val tvolsg
(km) |
A lkshullm okozta kr nagysga |
3,5 |
440 |
0 |
Minden elpusztul |
1,9 |
280 |
0,5 |
Aclszerkezetek sszeomlanak, tetõk s falak elreplnek |
1,5 |
200 |
0,8 |
Vasbeton, fldrengs-biztos pletek teljesen ledõlnek |
0,76 |
130 |
1,2 |
20 cm vastag vasbeton kmnyek leomlanak |
0,53 |
94 |
1,5 |
30 cm vastag tglafalak szttrnek |
0,48 |
86 |
1,6 |
A tbbemeletes hzak teljesen leromboldnak |
0,38 |
72 |
1,8 |
Slyos krok: minden plet komolyan megrongldik |
0,30 |
60 |
2,0 |
A tbbemeletes hzakban komoly srlsek keletkeznek |
0,22 |
45 |
2,3 |
Minden fahz sszedõl |
0,16 |
36 |
2,6 |
Kzepes krok: a hzak feljts nlkl hasznlhatatlanok |
0,12 |
28 |
3,2 |
Rszleges krok: a fahzak feljtsra szorulnak. |
0,10 |
25 |
3,6 |
Csekly krok: megrepedezik a vakolat, kitrnek az ablakok | Az atombomba robbansakor ktfle sugrzst klnbztetnk meg. Az elsõdleges sugrzs rgtn a robbanskor keletkezik. A bomba robbansakor keletkezõ radioaktv sugrzs a-, b-rszecskket, g-sugarakat s neutronokat tartalmaz. Mivel az a-, b-sugrzs hattvolsga kisebb, mint a g- s n-sugrzs, gy azok nem jutnak el a fldre. Ennek kvetkeztben az embereket rt elsõdleges sugrzs nagyrszt g- s n-sugrzsbl llt. A robbans sorn kb. 200 fle radioaktv izotp (Sr89, Sr90, stb.) keletkezett, melyeket a szl tvolabbi terletekre szlltott. Ezen radioaktv elemek bomlsa sorn ltrejvõ sugrzs a msodlagos sugrzs. A szl ltal elszlltott radioaktv anyagok az esõvel kerltek vissza a fldre. Egy hatalmas elliptikus terleten tbb rn keresztl sûrû, ragads, sros esõ esett.
A robbans hatsa az pletekre
Az pletek nagy rsze a becsapdssal egy idõben romhalmazz s hamuv vlt. Elõszr a lkshullm roppantotta ssze õket, majd a tûz martalkv vltak.
Hirosima killtsi kzpontja. Azon kevs pletek kz tartozik,melyek tvszeltk a robbanst. Az jjptett vrosban ma is gy ll az "Atombomba-kupola" . |
Hirosima az elsõ atombomba ledobsa utn |
A kvetkezõ grafikon azt mutatja, hogy az epicentrumtl tvolodva mekkora krokat okozott a robbans.
Az atombomba ltal lerombolt pletek szma
Hely |
Forrs |
Az pletek teljes szma |
Teljesen legett |
Teljesen leromboldott |
Flig-gett |
Flig-romboldott |
Rszlegesen krosodott |
Hirosima |
Hirosima Rendõrsgi kzpont beszmol 1945. |
- |
55000 |
6820 |
2290 |
3750 |
- |
Hirosima |
Hirosima atombombakrok felmrs alapjn 1946. |
76327 |
47969 |
3813 |
253 |
19107 |
6180 |
Nagaszaki |
Nagaszaki Biztonsgi Kzpont beszmol 1945. |
- |
11494 |
2652 |
150 |
5291 |
29363 |
Nagaszaki |
Hirosima populci s szocilis viszonyok felmrse 1946. |
48950 |
11574 |
1326 |
5509 |
|
- |
A robbans okozta egszsgkrosods
A mai napig nem tudjk pontosan megllaptani, hogy hny ember hallt okoztk a bombatmadsok. Nagyon nehz megbecslni, hogy a robbanskor hnyan tartzkodtak a vrosban. A becslsek alapjn kzvetlenl a robbans utn meghalt ldozatok szma Hirosimban 90000-120000, Nagaszakiban 60000-70000.
A srlsek tpusai s slyossga a robbans kzppontjtl val tvolsg szerint
A srltek tartzkodsi helye |
srls |
0-1 km |
1-2 km |
2-3 km |
3-4 km |
4-5 km |
5-6 km |
Szabadban, vdelem nlkl |
lkshullm okozta krosods |
slyos |
enyhe |
|
gs |
slyos |
mrskelt |
enyhe |
enyhe |
|
|
|
radioaktv sugrzs |
slyos |
mrskelt |
|
|
|
|
Szabadban, valamilyen vdelemmel |
lkshullm okozta krosods |
enyhe |
enyhe |
|
|
|
|
|
gs |
enyhe |
enyhe |
|
|
|
|
|
radioaktv sugrzs |
mrskelt |
enyhe |
enyhe |
|
|
|
Fahzakban |
lkshullm okozta krosods |
slyos |
slyos |
mrskelt |
mrskelt |
enyhe |
enyhe |
|
gs |
enyhe |
enyhe |
|
|
|
|
|
radioaktv sugrzs |
mrskelt |
mrskelt/enyhe |
enyhe |
|
|
|
Betonpletek |
lkshullm okozta krosods |
enyhe |
enyhe |
|
|
|
|
|
gs |
enyhe |
enyhe |
|
|
|
|
|
radioaktv sugrzs |
mrskelt/enyhe |
|
|
|
|
|
Az atombomba hatsra kialakul betegsgeket kt csoportba oszthatjuk. Megklnbztetnk akut betegsget s msodlagos (ksõi) betegsget. Az akut betegsg lefolysa, a felmrsek alapjn: 1. korai szakasz: a robbanstl szmtott msodik ht vgig tart. Fõkppen a hõhats, a tûz okozta sebek, lkshullm s trgyak okozta srlsek jellemzõk. A sebesltek 90 %-a ebben a peridusban halt meg. 2. kzbensõ szakasz: a harmadik ht elejtõl a nyolcadik ht vgig tart. Megjelennek a sugrbetegsg tnetei, hajhulls, vrszegnysg, cskkent fehrvrsejtszm, vrzkenysg, hasmens. Ezek a tnetek olyanokon is jelentkeztek, akiket ltszlag nem rt srls. 3. ksõi szakasz: A harmadik hnap elejtõl a negyedik hnap vgig tart. Egyesek llapota javult, msok nagyon leromlott s meghaltak.
A srlseket is hrom csoportba oszthatk: I. gsi srlsek (1) Elsõdleges gsi srlsek (hõsugrzstl szrmaz gsi srlsek, az abnormlisan magas hõmrsklet hatsra az elhalt szvetek megfeketednek, vagy fehr hlyagok bortjk be a bõr felsznt. Ilyen magas hõmrskleten az emberi szervek elprologhatnak, ami azonnali hallhoz vezet.) (2) Msodlagos gsi srlsek (lngoktl szrmaz, perzselt, mly gsi sebek, ilyenek a mindennapi letben is elõfordulnak) II. Atombomba okozta trauma (1) Elsõdleges trauma (lkshullm hatsra kialakul nagy nyoms okozta krosods) (2) Msodlagos trauma (replõ trgyaktl, vegdaraboktl, romoktl szrmaz sebeslsek melyek rendszerint elfertõzõdtek) III. Sugrzs okozta betegsgek (1) Elsõdleges-sugrzs okozta betegsg (sugrbetegsg, hnyinger, rossz kzrzet, tvgytalansg, hasmens, bevrzsek a bõr alatt, hajhulls, bõrpr, szjsebek, feklyeseds, a fehrvrsejtek szma krosan lecskken, vrszegnysg, gennyes fertõzsek jellemzik) (2) Msodlagos-sugrzs okozta betegsg (a robbans sorn keletkezõ radioizotpok sugrzsa okozza, olyan emberek is megbetegedtek, akik nem tartzkodtak kzvetlenl a robbans helysznn, de ksõbb odautaztak pldul a rokonaikat megkeresni, vagy segtsget nyjtani.)
Az atombomba robbans hatsra klnbzõ gygyulni nem akar sebek, tlyogok alakultak ki. A leukmia, a rkos betegsgek (gyomor, bl, tdõ, pajzsmirigy rosszindulat daganatai) elõfordulsnak gyakorisga megnõtt.
A leukmia eloszlsa azon tllõk krben, akik 1 Gy vagy annl nagyobb dzist kaptak
 | Azok kzl a gyermekek kzl, akiket az anyamhben rt a sugrzs, sokan szletsi rendellenessgekkel, szellemileg s testileg visszamaradottan jttek a vilgra. Azoknl az anyknl. akik a robbans pillanatban terhesek voltak megnvekedett a vetlsek szma. Krltekintõ vizsglatokat vgeztek, hogy meghatrozzk a sugrzs genetikai hatsait is. Vizsgltk a halva szletseket, vetlseket, mutcikat
|