Armament nuclear

Armele atomice au luat naştere şi au fost perfecţionate în timpul celui de-al doilea razboi mondial. Primele bombe nucleare construite au fost bombele în care se produc reacţii de fisiune nucleară. Asfel de bombe se mai numesc şi bombe atomice. Prima bombă atomică a fost produsă de laboratorul din Los Alamos (SUA) şi testată cu succes pe 16 iulie 1945. Aceasta a făcut parte din programul armatei americane “Manhattan Project” (“Proiectul Manhattan”), astfel o bombă a fost aruncată la Hiroşima. Aceasta avea 12.500 tone T.N.T şi consta într-o contitate mare de uraniu urmată peste trei zile de una mai puternică la Nagasaki din plutoniu. La Nagasaki explozia a luat forma unei ciuperci.

Aceste bombe se bazează pe reacţii exoenergetice. Unele reacţii exoenergetice sunt explozive deoarece eliberează o cantitate foarte mare de energie într-un timp extrem de scurt. În bombele clasice se produc reacţii de ardere sau descompunere (explozive) a unor substanţe chimice. Se folosesc substanţe precum nitroglicerina (dinamita) sau trinitrotoluenul (T.N.T).

În bombele nucleare se produc reacţii nucleare explozive datorită uraniului şi plutoniului care se transformă în elemente mai uşoare decât cele originale. Acestă diferenţă este enegia degajata de bombă. Ca explozivi nucleari se folosesc uraniu-235, plutoniu-239. Într-un bloc de uraniu-235 sau plutoniu-239 care depăşesc masa critică, reacţia în lanţ se comunică întregului bloc într-un timp extrem de scurt. Energia care rezultă din reacţie produce o explozie gigantică. De exemplu o sferă din plutoniu-239, de dimensiunile unei mingi de tenis, produce o explozie echivalentă cu cea produsă de 20.000 tone de T.N.T.

Fuziunea nucleară este o altă reacţie exoenergetică nucleară produsă în bombele nucleare. Fuziunea nucleră este reacţia nucleară prin care două nuclee uşoare se unesc şi formează unul mai greu. Pentru ca să aibă loc fuziunea cele două nuclee trebuie să aibă viteze foarte mari. Acest lucru este posibil doar la temperaturi foarte ridicate (în jur de 100 milioane de grade sau 10⁸K). La temperaturi de ordinul 10⁸K orice gaz ionizează total obţinându-se un amestec de nuclee libere şi electroni numit plasmă. Plasma este constituentul princicpal al stelelor, inclusiv al Soarelui. Reacţiile nucleare care au loc în Soare sunt sursa energiei pe care el o radiază în spaţiu.

Schema unei bombe atomice: o bombă atomică are doua bucăţi din material fisionabil, fiecare având masa mai mică decât masa critică, atunci când se unesc, ele depăşesc masa critică producandu-se explozia nucleară. Unirea lor este realizată de un detonator. "Ciuperca atomică" este consecinţa a exploziei unei bombe atomice. În videoclipul alăturat este explozia unei bombe nucleare, "ciuperca nucleară" (http://www.atomicarchive.com/Movies).

Ţări care deţin acest tip de armament sunt SUA, Rusia, Franţa, Marea Britanie, China, iar mai târziu au putut produce astfel de armament şi Pakistanul, India, Israel.

II. Bomba cu hidrogen

Bombele în care se produc reacţii de fuziune nucleară se mai numesc şi bombe cu hidrogen. Temperatura necesară declanşării reacţiei de fuziune în bomba cu hidroguen este realizată de o bombă atomică, anexată acesteia. Reacţia de fuziune odată începută se autoîntreţine şi, într-un timp foarte scurt se produce o explozie catastrofală. Spre deosebire de armele atomice aceasta are nevoie de o temperatură ridicata pentru a produce daune şi în loc să transforme atomii în elemente cu o masă mai mică aici atomii se unesc şi formează un element mai greu decât cel initial. Bombe de acest gen au fost testate de SUA, Rusia, Marea Britanie şi China care de asemeni deţin acest tip de armament.

În structura acestei bombe intră o bombă atomică, iar în jurul ei este un amestec de litium şi deuterin. Această bombă nu produce radii precum cea atomică de aceea este cunoscută şi sub numele de “bombă curată”. Datorită acestui aspect se aseamănă cu bomba cu neutroni. După explozia acestui tip de bombă se crează unde care scad în intensitate cu cât se depărtează de locul exploziei. Acestea sunt răspunzătoare de pagubele produse de bomba cu hidrogen.

III. Bomba cu netroni

Un alt tip de bombă în care se produce fuziunea nucleară este bomba cu neutroni, numită astfel deoarece în timpul exploziei se eliberează foarte mulţi neutroni. Aceştia produc distrugerea materialelor din jurul exploziei. Bomba cu neutroni este considerată o armă tactică deoarece, la detonare, ucide prin intermediul undelor, fără a produce pagube materiale prea mari. Aceasta poate ucide şi prin intermediu radiaţiilor dacă este o bombă de cobalt. La explozia acesteia cobaltul se transformă în izotopul cobalt 60, iar radiaţiile provocate de aceasta (radiaţii gama) pot ramâne în mediu timp de 5-6 ani.

IV. Surse de energie nucleară (energie epuizabilă)

Combustibili nucleari: uraniu-235, uraniu-238, thoriu, deuteriu, tritiu. Ei eliberează energie nucleară în timplu reacţiilor în care se modifică structura nucleului. Deuteriul, este un izotop stabil, neradioactiv al hidrogenului, cu simbolul D sau 2H. În mod obişnuit se numeşte hidrogen greu, deoarece masa sa atomică este dublă faţă de hidrogen, dar are proprietăţi chimice identice. Deuteriul, descoperit de chimistul american Harold Urey în 1932, a fost primul izotop separat în formulă pură dintr-un element.

V. Efectele unei explozii nucleare

Efectele produse de suflul exploziei: exploziile nucleare ca şi cele provocate de armele convenţionale (clasice) produc distrugeri ale clădirilor şi ale altor structuri aflate în zonă. În timpul unei explozii creşte brusc presiunea aerului ceea ce provoacă o undă de şoc (unda exploziei) şi vânturi puternice. Cât de mari sunt pagubele produse şi care este raza de acţiune a suflului exploziei depind de puterea bombei, adică de echivalentul ei în T.N.T. De exemplu: O bombă nucleară echivalentă cu 10 kilotone de TNT produce distrugeri grave ale structurilor uşoare (cum ar fi casele de lemn întâlnite în Japonia, SUA) pe o rază de 1.6 km şi stricăciuni moderate la 2.4 km. O bombă de 1000 de ori mai puternică (de 10 megatone de TNT) are raza de acţiune de aproximativ de 10 ori mai mare, producând distrugeri grave pe o rază de 17.7 km şi distrugeri moderate pe o rază de 24km.

Efectele produse de radiaţia termică: temperaturile foarte ridicate atinse într-o explozie nucleară deternimă formarea unei mase mari de gaze incandescente, ca o „minge de foc”. Diametrul ei este de aproximativ 300 metri pentru o bombă de 10 kilotone şi în jur de 4,8 kilometri pentru o bombă de 10 megatone. Radiaţia termică prousă de mingea de foc poate produce arsuri ale pielii şi incendii. Bombele atomice aruncate asupra Japoniei (Hiroşima şi Nagasaki), în cel de-al doilea război mondial, au provocat multe incendii mai ales în zona exploziei. În unele condiţii (Hiroşima) focurile mici care apar se pot combina formând furtuni de foc, similare celor care însoţesc incendiile din marile paduri. Efectele radiaţiei termice produse de „mingea de foc” depind de: starea atmosferei (dacă vizibiliatea este slabă sau explozia are loc deasupra norilor efectele sunt scăzute) şi de puterea bombei (o bombă de 10 kilotone poate cauza arsuri moderate pe o distanţă de peste 32 de km. Arsuri uşoare se produc însă pe distanţe mai mari).

Efectele produse de radiaţia nucleară: în timpul exploziilor nucleare se eliberează radiaţii nucleare foarte penetrante. Acesta este probabil unul dintre cele mai mortale efecte ale armelor nucleare deoarece iradierea cu radiaţii nucleare cauzează boli grave fiinţelor vii. Studierea efectelor radiaţiilor nucleare asupra supravieţuitoarelor de la Hiroşima şi Nagasaki au arătat cât de nocive pot fi radiaţiile. „Ciuperca” ce se formează în timpul expoziei nucleare conţine rezidurile radioactive ale bombei nucleare (izotopi radioactivi rezultaţi din reacţia de fisiune, neutroni, radiaţii gama). Prin precipitaţii radioactive ce apar se pot contamina suprafeţe întinse aflate uneori la distanţe foarte mai de locul exploziei.

Mutaţiile genetice: o altă urmare a unei explozii sau a unui accident nuclear sunt mutaţiile genetice. Mediul are o dublă interacţiune cu materialul genetic deoarece el iniţiază apariţia mutaţiilor în direcţii întâmplătoare şi tot el este judecătorul care apreciază valoarea lor şi astfel asigură direcţia evoluţiei. Mediul produce mutaţii naturale cu o frecvenţă medie apreciată la 1/100.000 per genă per generaţie. Potenţialul mutagen al mediului înconjurător a cunoscut o creştere considerabilă din cauza acumulării de factori mutageni produşi de industria modernă. Procesul se mai numeşte şi mutageneza mediului. Radiaţiile care dau naştere mutaţiilor nu sunt cele naturale, care provin de la Soare sau din rocile radioactive ci radiaţiile provenite din activitatea nucleară care pot genera contaminarea nucleară. Aceste radiaţii se răspândesc prin exploziile bombelor atomice precum cele de la Nagasaki şi Hiroşima, prin exploziile experimentale pentru testarea armelor nucleare şi prin accidentele nucleare precum cel de la Cernobâl. Contaminarea radioactivă se manifestă pe o perioadă îndelungată, mutaţiile produse afectând chiar şi pe urmaşii celor radiaţi. Izotopul stronţiu 90 este „confundat” de organisme cu calciul şi se acumulează în oase. El iradiază măduva hematogenă şi de aceea leucemia este una dintre cele mai frecvente consecinţe ale contaminării radioactive a mediului. Iodul 131 este acumulat în glanda tiroidă crescând riscul de apariţie a cancerului tiroidian. Cancerul este una dintre consecinţele cele mai frecvente a poluării radioactive. Altă consecinţă produsă de radiaţii este teratogeneza (naşterea copiilor cu malformaţii). Aceasta se produce deoarece orice substanţă care perturbă procesul celulei ou, care cuprinde instucţiuni complexe cu privire la organismul ce va lua naştere generează mutaţii. De exemplu se poate perturba dezvoltarea embrionară. Deci, se impune controlul experimentelor nucleare şi aplicaţiilor militare. Daca stratul de ozon este afectat va creşte numarul de cazuri de cancer de piele datorită expunerii îndelunagte la soare. Acesta absoarbe razele ultraviolete şi ne protejează. Deja opinia publică este îngrijorată de apariţia unor zone în care stratul de ozon este periculos de rarefiat. Un alt aspect este faptul ca radiaţiile se acumulează în mediu, ajung în hrana vieţuitoarelor şi în final la noi de aceea se impune o mare grijă când se fac testări cu aceste substanţe.

VI. Accidente nucleare

În instalaţiile nucleare (centrale, motoare, depozite) există substanţe radioactive care, dacă sunt eliberate în mediul înconjurător, duc la creşterea radiaţiilor peste limitele admise. Accidentul nuclear este orice eveniment care afectează o instalaţie nucleară şi care poate provoca iradierea sau contaminarea populaţiei şi a mediului înconjurător peste limitele maxime admise.

Sursele de accidente nucleare sunt: instalaţiile de preparare sau de retratare a combustibilului nuclear, reactoare nucleare energetice sau de cercetare, depozite pentru deşeuri radioactive, instalaţii pentru testare a armelor nucleare sau depozitarea deşeurilor radioactive şi nave maritime sau aeriene care transporta substanţe sau armament radioactiv. Pentru evitarea accidentelor instalaţiile nucleare sunt prevăzute cu numeroase sisteme de siguranţă.

Cu toate acestea au loc şi accidente nucleare (extrem de rar) care pot avea drept cauze: greşeli umane de operare care pot duce la pierderea controlului reacţiei de fisiune. Astfel numărul de fisiuni în unitatea de timp creşte în progresie geometrică şi se degajă o cantitate foarte mare de căldură. Sistemul de răcire nu poate prelua toată căldura şi se produce topirea acestuia. Un alt pericol este depozitarea improprie a deşeurilor radioactive. Acestea sunt materiale neutilizabile care emit radiaţii peste limita admisă. Cele mai bune condiţii de depozitare pentru acestea sunt containerele speciale din beton, sticlă, bitum şi stocate în locuri cu cât mai puţină populaţie sau vieţuitoare precum minele părăsite sau cavităţi subterane. Acestea nu trebuie să aibă fisuri deoarece substanţele care se scurg pot ajunge în pânza freatică. De asemeni o mare atenţie trebuie avută cu „deşeurile fierbinţi” care se depozitează în containere prevăzute ce sisteme de răcire deoarece în cazul defectării acestui sistem creşte temperatura materialelor depozitate şi se pot produce explozii.

În lume există 350 de reactoare nucleare în funcţiune. După impactul posibil aspura mediului în caz de accident reactorii nucleari se pot clasifica în reactori cu anvelopă şi fără anvelopă. Anvelopa este o construcţie din beton având grosimea de 1-2 metri şi constituie ultima barieră împotriva răspândirii substanţelor radioactive în caz de accident. Importanţa acesteia este subliniată de două accidente grave care au avut loc în ultimii doi ani: - Accidentul de la reactorul cu anvelopă al centralei nucleare Three Mile Island (SUA, 28 martie 1979). Acest accident s-a produs datorită defectrii agentului de răcire, corelat cu un lanţ de erori umane. Anvelopa a protejat mediul şi consecinţele asupra populaţiei au fost neglijabile.

Accidentul de la reactorul fără anvelopă al centralei nucleare de la Cernobâl (Ucraina, 26 aprilie 1986) a fost cauzat de nerespectarea de către personalul de exploatare a regulilor stabilite pentru funcţionarea reactorului. În timpul unui experiment s-a pierdut controlul reacţiei de fisiune în lanţ, barele de securitate şi control nu au mai putut fi manevrate producvându-se două explozii succesive care au aruncat în curtea centralei mari cantităţi de combustibil nuclear şi moderator. Acesta a fost cel mai grav accident nuclear cu consecinţe asupra mediului şi asupra populaţiei precum contaminarea unei suprafeţe foarte mari datorită produşilor radioactivi care s-au răspândit în toată emisfera nordică; evacuarea populaţei de pe o rază de 30km; decopertare a 5 km² teren contaminat din zona centralei; 31 de victime şi 203 cazuri de boli de iradieri acute. Reactorul avariat a fost închis într-un „sarcofag” de beton pentru a se opri contaminarea aerului şi a pânzei de apă freatică. În prezent au apărut fisuri în pereţii sarcofagului şi se execută continuu măsuri de doze de iradiere în interior şi de contaminare a aerului în exterior.

VII. „Iarna nucleară”

Folosirea pe scară largă a bombelor nucleare, în cazul unui război nuclear, poate avea un efect catastrofal asupra climei planetei şi anume apariţia aşa numitei „ierni nucleare”. Acestă teorie a „iernii nucleare” a fost dezvăluită în presă de un grup internaţional de cercetători, în decembrie 1983. Conform acestei teorii prin explozia a mai puţin de jumătate a bombelor nucleare deţinute de America şi Rusia s-ar arunca în atmosferă canţităţi enorme de praf şi fum. Acestea ar fi suficiente pentru a împiedica lumina soarelui să ajungă pe Pământ timp de mai multe luni mai ales în emisfera nordică. Clima va fi foarte rece pană când praful se va dispersa. Stratul de ozon va fi şi el afectat şi nu va mai reţine radiaţiile ultraviolete ale soarelui care sunt foarte periculoase. Aceste efecte ale unui razboi nuclear ar putea determina sfârşitul civilizaţiei umane.

VIII. Măsuri de prevenire şi diminuare a efectelor poluării radioactive

Dezvoltarea industiei nucleare a impus luarea unor măsuri de prevenire şi diminuare a efectelor poluării radioactive. În acest scop fiind ratificate conveţii şi tratate precum „Convenţia asupra responsabilităţilor civile în domeniul pagubelor nucleare” (1963); „Convenţia privind ratificarea rapidă a unui accident nuclear sau urgenţă radiologică” la care a aderat şi România prin decretul nr.223/1990. Potrivit acestei convenţii statele semnatare trebuie să se informeze reciproc şi cu promptitudine asupra tutror datelor despre accidentul nuclear, să coopereze între ele şi cu Agenţia Internaţională pentru Energie Atomică (AIEA) în scopul limitării consecinţelor accidentului precum şi a protejarii oamenilor şi a mediului înconjurător; „Convenţia cu privire la protecţia fizică a materialelor nucleare” cu referire şi la protecţia împotriva atacurilor teroriste. România a mai semnat o serie de tratate de neproliferare nucleară sau de control al armelor şi al substanţelor de distrugere în masă.

Câteva măsuri de protecţie a populaţiei în zonele cu risc nuclear: printre măsurile de protecţie a populaţiei se numără: informarea populaţiei despre natura activitaţii nucleare din zonă; amenajarea locurilor de adăpostire în caz de accident nuclear, procurarea de mijloace de protecţie individuală (costume de pânză cauciucată, mănuşi); asigurarea unor rezerve de alimente şi apă; asigurarea unor truse de prim ajutor; preocuparea de surse de iluminat independente. În timpul accidentului nuclear după semnalul de alrmă se sting becurile, se închid gazele şi apa, se scot din priză aparatele electrice care pot produce incendii, se ocupă locul de adăpostire stabilit. După producerea accidentului nuclear se iese din adăpost doar în haine de protecţie, se evită contactul cu obiectele din jur, se efctuează controlul dozimetric în vederea aplicării tratamentului de decontaminare şi se execută decontaminarea îmbrăcămintei şi a locuinţelor.

IX. Dezarmarea nucleară

Efectele acestui tip de armament au fost obsevate în timpul utilizării lor în cel de-al doilea război mondial. Este considerat extrem de periculos de către opinia publică de aceea au luat naştere campanii de dezarmare la care au participat chiar şi oamenii de ştiinţă care au ajutat la construirea lor. Câteva dintre aceste campanii sunt „Îngheţul nuclear „ din SUA şi „Campania pentru dezarmarea nucleară” din Marea Britanie.

În ciuda acestor urmări grave la ora actuală se fac cercetări pe această temă, pentru îmbunătăţirea proprietăţilor armamentului nuclear existent, iar Rusia a lansat un nou program nuclear, preşedintele Vladimir Putin anunţând într-un comunicat de presă ca deţine noi arme pe care celelalte puteri ale lumii nu le au. De asemeni Statele Unite ale Americii au mărit rolul armelor nucleare în politica lor. România în prezent exploatează uraniul în două reactoare având parteneriat cu Canada. Aceasta a deţinut arme nucleare în timplu conducerii lui Nicolae Ceauşescu.

X. Bibliogarfie

Genetică, Editura Gimnasium de Stelică Ene, Gabriela Brebenel, Gheorgiţă Sandu, Emilia Elena Iancu

Fizică atomică (Ministerul Educaţiei şi Cercetării), de Doina Turciu, Viorica Turciu, Viorica Pop, Magda Panaghianus, Gabriela Stoica, Editura Radical

I. Bomba atomică