Πυρηνική έκρηξη

Με τον όρο πυρηνική έκρηξη χαρακτηρίζεται γενικά οποιαδήποτε έκρηξη που προκαλείται από πυρηνική αντίδραση με απελευθέρωση ενέργειας. Η πυρηνική έκρηξη μπορεί να προκληθεί είτε με πυρηνική σχάση είτε με πυρηνική σύντηξη. Στόχος αυτής μπορεί να είναι είτε ειρηνικοί σκοποί, είτε στρατιωτικοί. Οι ειρηνικές πυρηνικές εκρήξεις παραμένουν μέχρι σήμερα υπό αμφισβήτηση χωρίς ιδιαίτερη ανάπτυξη, σε αντίθεση με τις πολεμικές πυρηνικές εκρήξεις που μπορεί να προκληθούν από τα πυρηνικά όπλα.

Πυρηνική έκρηξη 23 κιλοτόνων στο πεδίο δοκιμών της Νεβάδας των ΗΠΑ (18-3-1953).

Στους στρατιωτικούς κύκλους πυρηνική έκρηξη χαρακτηρίζεται οποιαδήποτε που οφείλεται σε έκρηξη πυρηνικής γόμωσης. Η πυρηνική έκρηξη εκ των πυρηνικών όπλων είναι ιδιαίτερα καταστροφική, σε αντίθεση με εκείνη των λεγομένων τακτικών όπλων. Έτσι ο κίνδυνος αυτός παραμένει αποτρεπτικός στη χρήση των πυρηνικών όπλων που σήμερα καλύπτονται από διεθνή έλεγχο, δια σχετικών συνθηκών.

Η πυρηνική έκρηξη που προκαλείται για παράδειγμα από μία ατομική βόμβα, συνοδεύεται ακαριαία από έναν εκκωφαντικό κρότο και μια φωτεινή (πύρινη) σφαίρα (μπάλα) ιδιαίτερα εκτυφλωτική, με χαρακτηριστικό διπλό παλμό, που μετά, στα πρώτα δευτερόλεπτα προοδευτικά αυξάνει και στη συνέχεια, στα αμέσως επόμενα δευτερόλεπτα, αρχίζει να μειώνεται, δίνοντας τη θέση της σ΄ ένα μανιτάρι νέφους που υψώνεται στην ατμόσφαιρα, ακριβώς λόγω της θερμότητας, αρχικά σε μορφή καμινάδας που καταλήγει σε μορφή αερόστατου, δίνοντας έτσι τη συνολική εικόνα μανιταριού. Στο στάδιο αυτό η ίδια η πύρινη μπάλα έχει πάψει πλέον να είναι ορατή. Στην ουσία η πύρινη μπάλα δεν είναι παρά ο αέρας της περιοχής της έκρηξης που έχει λάβει τεράστια θερμότητα και παράλληλα τεράστια πίεση.

Είδη

Ανάλογα του σημείου της έκρηξης αναφορικά με την επιφάνεια της Γης, η πυρηνική έκρηξη διακρίνεται σε τέσσερα βασικά είδη, ανάλογα των πιθανών θέσεων: α) η έκρηξη που συμβαίνει στον αέρα, β) η έκρηξη που συμβαίνει στην επιφάνεια (ξηράς ή θάλασσας), γ) εκείνη που συμβαίνει υπό την επιφάνεια (ξηράς ή θάλασσας) και δ) η επιχειρούμενη στην πιο εξωτερική στοιβάδα της ατμόσφαιρας, την εξώσφαιρα.

Έκρηξη στον αέρα

Βασικοί τύποι πυρηνικών εκρήξεων: 1. ατμοσφαιρική, 2. υπόγεια, 3. εξωατμοσφαιρική και 4. υποβρύχια.

"Πυρηνική έκρηξη στον αέρα", καλούμενη και "ατμοσφαιρική έκρηξη", χαρακτηρίζεται εκείνη κατά την οποία η σχηματιζόμενη πύρινη σφαίρα στο μέγιστο μέγεθός της δεν εφάπτεται με την επιφάνεια της Γης ή της θάλασσας. Συνεπώς με τα δεδομένα της ατομικής βόμβας ισχύος ενός μεγατόνου, αυτή η έκρηξη θα πρέπει να συμβεί σε ύψος μεγαλύτερο των 850 μέτρων.

Σημείωση: Λέγοντας έκρηξη ισχύος ενός μεγατόνου, χαρακτηρίζεται εκείνη που ισοδυναμεί με έκρηξη κοινού δυναμίτη (TNT) ποσότητας ενός εκατομμυρίου τόνων. Για την πληρέστερη αντίληψη, αν θέλαμε να στοιβάσουμε την ποσότητα αυτή δυναμίτη σ΄ ένα οικόπεδο ενός στρέμματος τότε η ντάνα που θα σχηματιζόταν θα είχε ύψος 750 μέτρα, όσο δηλαδή 30 επταώροφες πολυκατοικίες τοποθετημένες η μία πάνω στην άλλη. Η έκρηξη της ατομικής βόμβας υπολογίζεται σε χιλιάδες τόνους, ή κιλοτόνους ΤΝΤ, ενώ η έκρηξη της υδρογονοβόμβας υπολογίζεται σε εκατομμύρια τόνους ή μεγατόνους ΤΝΤ.

Επίγεια, ή επιφανειακή έκρηξη

Ως επιφανειακή έκρηξη χαρακτηρίζεται εκείνη της οποίας η σχηματιζόμενη πύρινη σφαίρα τέμνεται από την επιφάνεια ξηράς ή θάλασσας. Συνεπώς, κατά την προηγούμενη διάκριση είναι εκείνη που συμβαίνει σε ύψος μικρότερο των 850 μέτρων. Στη κατηγορία αυτή περιλαμβάνεται και εκείνη που συμβαίνει σε μικρό βάθος όπου η πύρινη σφαίρα εξέρχεται της επιφάνειας.

Γενικά η κατηγορία αυτή θεωρείται η πιο "βρώμικη πυρηνική έκρηξη" και η περισσότερο καταστροφική γεγονός που την κάνει περισσότερο επιθυμητή από τους στρατιωτικούς. Ο χαρακτηρισμός "βρώμικη έκρηξη" δεν οφείλεται στο μέγεθος της καταστροφής, αλλά επειδή στα προϊόντα της περιλαμβάνονται διάφορα υλικά εδάφους που έχουν προηγουμένως εξαερωθεί τα οποία και παγιδεύουν ραδιενέργεια καθιστάμενα έτσι ραδιενεργά σωματίδια τα οποία στη συνέχεια πέφτουν στο έδαφος ή τη θάλασσα ως πυρηνική άχνη.
Υπενθυμίζεται ότι η έκρηξη της ατομικής βόμβας στη Χιροσίμα σημειώθηκε σε ύψος 600 μ. από το έδαφος, πάνω από το νοσοκομείο Σίμα της πόλης και ήταν ισχύος 16.000 τόνων ΤΝΤ, ενώ στο Ναγκασάκι η έκρηξη σημειώθηκε σε ύψος 470 μ. από το έδαφος, στη βιομηχανική ζώνη της πόλης και ήταν ισχύος 21.000 τόνων ΤΝΤ.

Υπόγεια ή υποθαλάσσια έκρηξη

Ως "υπόγεια", ή "υποθαλάσσια" (- ή υποβρύχια) έκρηξη χαρακτηρίζεται εκείνη που πραγματοποιείται υπό την επιφάνεια εδάφους ή θάλασσας και της οποίας η πύρινη μπάλα, δηλαδή η λάμψη της, δεν φθάνει στην επιφάνεια. Σε πολλά συγγράμματα φέρονται ως δύο χωριστά είδη εκ του γεγονότος ότι η πυροδότηση της δεύτερης γίνεται από υποβρύχια με άμεση ελευθερία επιλογής σημείου, σε αντίθεση με την πρώτη που απαιτεί ιδιαίτερη εγκατάσταση σε προεπιλεγμένο σημείο (τόπο).

Εξωατμοσφαιρική έκρηξη

Ως εξωατμοσφαιρική έκρηξη χαρακτηρίζεται εκείνη που επιχειρείται σε πολύ μεγάλο υψόμετρο, στην εξωτερική στοιβάδα της ατμόσφαιρας. Η πύρινη μπάλα του είδους αυτού χαρακτηρίζεται ομοίως εξωατμοσφαιρική ή μεγάλου υψομέτρου, ενώ τα προϊόντα της έκρηξης αυτής μπορούν να διατρέξουν ολόκληρο το ημισφαίριο δημιουργώντας οθόνες σέλαος. Η πυροδότηση αυτού του είδους γίνεται από πυραύλους.

Ενέργεια οπλικής πυρηνικής έκρηξης

Η συνολική ενέργεια μιας οπλικής πυρηνικής έκρηξης διακρίνεται βασικά στην ενέργεια αυτής καθεαυτής της έκρηξης και στην ενέργεια ακτινοβολίας η οποία διακρίνεται επιμέρους σε θερμική, ιονίζουσα και υπολειμματική ακτινοβολία. Αναλογικά ως προς τη συνολική ενέργεια αυτές προσδιορίζονται ποσοστιαία ως ακολούθως:

Ενέργεια έκρηξης: 40 έως 50% της συνολικής ενέργειας.

Θερμική ακτινοβολία: 30 έως 50% της συνολικής ενέργειας.

Ιονίζουσα ακτινοβολία: περίπου το 5 %, (εξαιρουμένης της βόμβας νετρονίου, όπου το ποσοστό αυτό είναι μεγαλύτερο) και

Υπολειμματική ακτινοβολία: 5 μέχρι 10% της συνολικής ενέργειας.

Τα παραπάνω ποσοστά αλλάζουν αυξανόμενα ή μειούμενα ανάλογα, τόσο από το σχεδιασμό του όπλου, όσο και από τον χώρο της έκρηξής του, λαμβάνοντας υπόψη την καθ΄ ύψος ατμοσφαιρική πίεση που όσο μικρότερη είναι ακολουθούν αυτά αναλογικά. Σε μια έκρηξη σε μεγάλα ύψη, όπου η πυκνότητα του αέρα είναι χαμηλή, περισσότερη ενέργεια απελευθερώνεται ως ιονίζουσα ακτινοβολία γάμμα και ακτίνες-Χ.

Προϊόντα οπλικής πυρηνικής έκρηξης

Ουσιαστικά τα προϊόντα οπλικής πυρηνικής έκρηξης είναι ατομικά θραύσματα ενός μεγάλου ατομικού πυρήνα που υπόκειται σε σχάση, όπως π.χ. ένας μεγάλος πυρήνας του ουρανίου που διασπάται σε δύο μικρότερους πυρήνες, μαζί με μερικά νετρόνια με ταυτόχρονη απελευθέρωση ενέργειας σε μορφή θερμότητας ( κινητική ενέργεια των πυρήνων) και ακτίνες γάμμα. Εν προκειμένω οι δύο μικρότεροι πυρήνες είναι τα "προϊόντα σχάσης". Τα παραγόμενα προϊόντα σχάσης είναι τα ίδια συχνά ασταθή, καλούμενα ραδιενεργά, λόγω του ότι είναι σχετικά πλούσια νετρονίων για τον ατομικό αριθμό τους, και πολύ σύντομα υφίστανται βήτα διάσπαση, απελευθερώνοντας έτσι πρόσθετη ενέργεια με τη μορφή βήτα σωματιδίων , αντινετρίνα , και πρόσθετες ακτίνες γάμμα. Τα γεγονότα σχάσης αποτελούν έτσι κανονικά (έμμεσες) πηγές βήτα ακτινοβολίας και αντινετρίνα, ακόμη και αν δεν είναι αυτά τα σωματίδια τα ίδια που παράγονται απ 'ευθείας κατά τη σχάση.

Γενικά τα πυρηνικά όπλα χρησιμοποιούν την πυρηνική σχάση είτε ως μερική, είτε ως κύρια πηγή ενέργειας. Ανάλογα με τον σχεδιασμό του όπλου (βόμβας) που θα εκραγεί, η προκαλούμενη ραδιενέργεια ως προϊόν αυτής θα ποικίλει στο ραδιενεργό νέφος που θα σχηματιστεί. Τα άμεσα προϊόντα οπλικής πυρηνικής σχάσης είναι ουσιαστικά τα ίδια με εκείνα από οποιαδήποτε άλλη πηγή σχάσης. Ωστόσο, η πολύ μικρή χρονική κλίμακα αυτής της πυρηνικής αντίδρασης κάνει μια διαφορά στο συγκεκριμένο μείγμα των ισοτόπων που παράγονται από μια ατομική βόμβα.
Για παράδειγμα, το 134 Cs / 137 Cs αναλογία παρέχει μια εύκολη μέθοδο της διάκρισης μεταξύ των προϊόντων στο νέφος από μια βόμβα με τα προϊόντα της σχάσης από έναν αντιδραστήρα ισχύος. Συγκεκριμένα το Cs-134 σχηματίζεται από την πυρηνική σχάση (επειδή xenon -134 είναι σταθερή). Το 134 Cs σχηματίζεται από την ενεργοποίηση νετρονίων του σταθερού 133 Cs η οποία σχηματίζεται από τη διάσπαση των ισοτόπων στην isobar (Α = 133). Έτσι σε μια στιγμιαία κρισιμότητα από τη στιγμή που η ροή νετρονίων γίνεται μηδέν σε πολύ λίγο χρόνο, θα παραμένει μόνο 133 Cs. Ενώ σε μια αφθονία χρόνου σε αντιδραστήρα ισχύος όπου υφίσταται για τη διάσπαση των ισοτόπων στην isobar το σχηματισμένο 133 Cs, μπορεί τότε να μετασχηματίσει το 134 Cs εφόσον ο χρόνος μεταξύ της έναρξης και του τέλους της κρισιμότητας είναι μεγάλος.

Σύμφωνα με το βιβλίο του Jiri Hala η ραδιενέργεια στο μείγμα των προϊόντων της σχάσης σε μια ατομική βόμβα προκαλείται κυρίως από βραχύβια ισότοπα όπως το I-131 και Ba -140. Μετά από τέσσερις μήνες παρατηρούνται Ce -141, Zr -95 / Nb -95, και Sr -89 που αντιπροσωπεύουν το μεγαλύτερο μερίδιο του ραδιενεργού υλικού. Μετά από δύο έως τρία χρόνια, παρατηρούνται Ce -144 / Pr -144, Ru -106 / Rh -106, και Προμήθειο-147 που αποτελούν το μεγαλύτερο μέρος της ραδιενέργειας. Μετά από μερικά χρόνια, η ακτινοβολία κυριαρχείται από στρόντιο-90 και καίσιο-137 , ενώ κατά την περίοδο μεταξύ 10.000 και ένα εκατομμύριο χρόνια κυριαρχεί το τεχνήτιο -99.

Η διασπορά των προϊόντων οπλικής πυρηνικής έκρηξης είναι ιδιαίτερα μεγάλη σε σχέση με τη διασπορά που μπορεί να συμβεί από ένα πυρηνικό ατύχημα ενός πυρηνικού εργοστασίου όπου εκεί παρατηρείται διάχυση στην ατμόσφαιρα ή στο έδαφος χωρίς πίεση.