השפעות פיצוץ גרעיני

מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית
קפיצה אל: ניווט, חיפוש
ניסוי גרעיני אמריקני
נשק גרעיני
דגם של הפצצה "איש שמן", פצצת האטום שהוטלה על העיר היפנית נגסאקי ב־1945

היסטוריה של הנשק הגרעיני
מלחמה גרעינית
מרוץ החימוש הגרעיני
תכן נשק גרעיני / ניסוי גרעיני
השפעות פיצוץ גרעיני
מערכות לשיגור נשק גרעיני
ריגול גרעיני
התפשטות הנשק הגרעיני

פצצות:
פצצה מלוכלכת | פצצת ביקוע גרעיני
פצצת מימן | פצצת נייטרון
איש שמן | ילד קטן | פצצת הצאר
מדינות בעלות נשק גרעיני

מדיניות הגרעין של ארצות הברית · רוסיה · בריטניה · צרפת
סין · הודו
פקיסטן · צפון קוריאה
דרום אפריקה · ישראל

האנרגיה המשוחררת עקב פיצוץ גרעיני המתרחש בטרופוספירה:

ברם, כתלות בתכנון הנשק ובסביבה בה נוסה, פילוג האנרגיה שלעיל יכול לגדול או לקטון עד לביטול מוחלט. השפעת הפיצוץ היא תוצאה של כמויות אדירות של אנרגיה בכל הספקטרום האלקטרומגנטי. אופי הסביבה בה מתרחש הפיצוץ קובע כמה אנרגיה היא אנרגיית פיצוץ וכמה היא אנרגיית קרינה. סביבה תת-מימית יוצרת סביב הפצצה אזורים צפופים יותר, אשר קולטים יותר אנרגיה ויוצרים גלי הדף חזקים יותר, אך בד בבד מגבילים את אזור ההשפעה.

האנרגיה המשתחררת בעת פיצוץ גרעיני היא מיליוני פעמים חזקה יותר מזו המשתחררת בעת פיצוץ רגיל. הטמפרטורה בעת הפיצוץ נמדדת רגעית בעשרות מיליוני מעלות.

חלק מהאנרגיה המשתחררת בעת פיצוץ גרעיני משתחררת כקרינה חודרת. כאשר קיים חומר סובב כמו אויר, סלעים או מים הקרינה מחממת את החומר במהירות לטמפרטורת שווי משקל. הדבר גורם לרתיחה של החומר הסובב והתפשטותו המהירה. אנרגיה קינטית הנוצרת על ידי ההתפשטות תורמת להיווצרות גל הדף. כאשר הפיצוץ הגרעיני מתרחש באוויר בקרבת גובה פני הים, רוב האנרגיה המשוחררת יוצרת גל הדף אשר מתרחב בצורת כדור ממרכז הפיצוץ. קרינה תרמית חזקה באזור מרכז הפיצוץ יוצרת כדור אש ואת ענן הפטרייה. בעת פיצוץ בגובה רב יותר, בשל צפיפות נמוכה יותר של האוויר, משתחררת יותר אנרגיה כקרינת גמא מייננת וכקרני רנטגן ולא כגל הדף.

בשנת 1945 הייתה סברה בקרב מדענים, אשר פיתחו את כלי הנשק הגרעיניים הראשונים, כי קיימת אפשרות שפיצוץ גרעיני גדול מספיק יוכל להבעיר את האטמוספירה של כדור הארץ. תגובה גרעינית של שני אטומי חנקן תייצר אטום פחמן ואטום חמצן בנוסף לאנרגיה שתשתחרר בתגובה. אנרגיה זו תחמם את החנקן הנותר במידה מספקת על מנת להמשיך את התגובה עד שכל אטומי החנקן יתכלו. הדבר הוכח עד מהרה כלא סביר עד בלתי אפשרי [1]. אך הסברה המשיכה להתקיים כשמועה במהלך שנים רבות.

השפעות ישירות[עריכת קוד מקור | עריכה]

נזק בעת הפיצוץ[עריכת קוד מקור | עריכה]

עודף לחץ נוצר בטווח שבין 1 ל-50 psi עבור התפוצצות 1 קילוטון חומר נפץ כפונקציה של גובה הפיצוץ. הקו השחור מצביע על גובה הפיצוץ האופטימלי
הערכה לגבי גודל הנזק שנגרם בעת ההפצצה על הירושימה ונגסקי. פצצת מימן מודרנית עשויה להיות מאות מונים חזקה יותר ולגרום לרמות דומות של נזק במרחק הגדול פי 2 עד 5 פעמים

.

הטמפרטורות הגבוהות והלחצים גורמים לגז לנוע החוצה באופן רדיאלי בקליפה דקה וצפופה הקרויה "החזית ההידרודינמית". החזית מתנהגת כבוכנה הדוחקת ומכווצת את התווך באזור הפיצוץ על מנת ליצור גל הלם המתרחב באופן כדורי. בתחילה, גל ההלם מצוי בתוך המשטח של כדור האש הגדל, אשר נוצר על ידי קרני הרנטגן. ברם, בתוך חלקיק שנייה חזית הלחץ הצפופה מסתירה את כדור האש. כך נוצר האפקט המוכר של פולס אור כפול הנראה בעת פיצוץ גרעיני.

רוב ההרס הנוצר על ידי פיצוץ גרעיני נובע מהשפעות ההדף. רוב המבנים, למעט מבנים מחוזקים או חסיני הדף, ינזקו נזק בינוני עד קשה כאשר יהיו תחת לחץ יתר של 0.35 אטמוספירות.

רוח ההדף עשויה להגיע למהירות של מאות קילומטרים בשעה. טווח ההדף משתנה כתלות בעוצמת הנשק ובגובה הפיצוץ. טווח הפיצוץ אינו מקסימלי כאשר הפיצוץ מבוצע על פני הקרקע או באזורים נמוכים אלא הוא גדל ככל שגובה הפיצוץ גדל עד לנקודת אופטימום שממנה והלאה הטווח קטן עם הגדלת הגובה. הסיבה לכך היא ההתנהגות הלא לינארית של גלי ההדף. אם גל ההדף מגיע לקרקע הוא מוחזר. מתחת לזווית החזרה מסוימת מתאחדים הגל הפוגע והגל המוחזר ויוצרים גל אופקי מחוזק הקרוי עמוד מאך על שם ארנסט מאך.

ישנן שתי תופעות הקשורות בגל ההדף הנע באוויר :

  • לחץ עודף סטטי - עליה חדה בלחץ הנגרמת על ידי גל ההלם. הלחץ העודף בכל נקודה נתונה תלוי ישירות בצפיפות האוויר בגל.
  • לחץ עודף דינמי - כוח התנגדות המופעל על ידי רוחות ההדף. הרוחות מסוגלות לדחוף, להפוך ולקרוע עצמים.

רוב הנזק הנגרם לחומר על ידי פיצוץ אוויר גרעיני נגרם על ידי צירוף של לחץ עודף סטטי גבוה ורוחות ההדף. הדחיסה הארוכה של גל ההדף מחלישה מבנים, אשר אז נקרעים לחלקים. פאזות הדחיסה, הואקום והלחץ עשויות להמשך מספר שניות או יותר ולהפעיל כוחות גדולים בהרבה מסופת ההוריקן החזקה ביותר.

גלי ההדף אשר פוגעים בגוף האדם גורמים לגלי לחץ העוברים דרך הרקמות. הגלים הללו פוגעים לרוב בצמתים בין רקמות בעלות צפיפויות שונות (עצם ושריר) או בממשק המקשר בין הרקמה והאוויר. הלחץ העודף הפוגע בריאות הוא כ-70 kPa. עור התוף יקרע בלחץ שבין 22 kPa לבין 90 kPa.

קרינה תרמית[עריכת קוד מקור | עריכה]

גובה ענן הפטרייה תלוי בעוצמה עבור פיצוצים המתרחשים על פני הקרקע.
0 = גובה של טיסות אזרחיות
1 = איש שמן
2 = Castle Bravo.

נשק גרעיני פולט קרינה אלקטרומגנטית בכמויות גדולות. הקרינה נפלטת בצורת אור נראה, אור אינפרה אדום ואור אולטרה סגול. רוב הסכנות הן כוויות ופגיעות עיניים. בימים בהירים, הפציעות עשויות להתרחש הרבה מעבר לטווחי הפיצוץ. האור הוא כה חזק שהוא יכול להצית אש שתתפשט במהירות בהריסות שיותיר ההדף. טווח האפקטים התרמיים גדל משמעותית כתלות בעוצמת הנשק. לקרינה התרמית נתח של 35-45 אחוזים מהאנרגיה המשתחררת בפיצוץ, כתלות בעוצמת הנשק.

קיימים שני סוגים של פגיעות עיניים כתוצאה מקרינה תרמית של נשק גרעיני:

עיוורון הבזק אור נוצר בשל הבזק התחלתי של אור אשר נוצר בעת פיצוץ גרעיני. הרשתית קולטת אנרגיית אור בכמות גדולה מכפי יכולתה, אולם פחות מהכמות הדרושה לנזק בלתי הפיך. הרשתית רגישה במיוחד לאור נראה וכן לאור אינפרה אדום בעל גל קצר. הסיבה היא שהעדשה על הרשתית ממקדת את החלק הזה של הספקטרום האלקטרומגנטי. התוצאה היא הלבנה של הפיגמנטים האחראים על הראייה וכתוצאה מכך עיוורון זמני לפרק זמן של עד 40 דקות.

כוויות שנוצרו על גופה של אישה לאחר ההפצצה בהירושימה

כווית הרשתית היוצרת נזק תמידי נגרמת גם מריכוז אנרגיה תרמית ישירה על הרשתית על ידי העדשה. הכוויה תתרחש רק במידה וכדור האש בשדה הראייה של הפרט ולכן זו פציעה נדירה. עם זאת כוויות רשתית עשויות להיגרם גם במרחקים גדולים מאזור הפיצוץ. הדבר תלוי בעוצמת הנשק ובגודל כדור האש.

כאשר קרינה תרמית פוגעת בעצם נתון, חלק מהקרינה מוחזרת, חלק מועברת וחלק נספגת בתוך העצם. החלק שנספג תלוי באופי ובצבע החומר ממנו עשוי החפץ. חומר דק עשוי להעביר הרבה. חומר בעל צבע בהיר עשוי להחזיר את רוב הקרינה ולא להנזק. הקרינה התרמית הנספגת מעלה את טמפרטורת המשטח וגורמת לשריפה של עץ, נייר, בדים וחומרים נוספים. אם החומר מהווה מוליך תרמי גרוע, החום יכלא באזור המשטח של החומר.

תבערה של חומרים תלויה בפרק הזמן שבו נמשך הפולס התרמי ובעובי ובלחות המטרה. ליד אזור הפיצוץ שטף האנרגיה גדול מ-125 ג'אול לסנטימטר מרובע וכל דבר שיכול להישרף ישרף. במרחק רב יותר, רק חומרים שקל להבעירם יעלו באש.

בעיר הירושימה, התפתחה סופת אש אדירת ממדים תוך 20 דקות לאחר הפיצוץ. הסופה השמידה בניינים ובתים רבים. סופת אש מורכבת מרוחות בעלות כח אדיר הנושבות לעבר מרכז האש מכל רוחות השמיים. עם זאת, התופעה אינה ייחודית לפיצוצים גרעיניים ונצפתה גם בעת התרחשותן של שריפות יער גדולות וגם בעת הפצצות שטיח במהלך מלחמת העולם השנייה.

מאחר שקרינה תרמית עוברת בקו ישר מכדור האש כל עצם שאינו שקוף יצור צל שיגן עליו. במידה שערפל יפזר את האור, הצל יהיה פחות יעיל אולם הערפל יפחית את טווח ההשפעה של הקרינה.

השפעות לא ישירות[עריכת קוד מקור | עריכה]

פולס אלקטרומגנטי[עריכת קוד מקור | עריכה]

קרני גמה מפיצוץ גרעיני מייצרים אלקטרונים בעלי אנרגיה גבוהה בשל פיזור קומפטון. האלקטרונים נלכדים בשדה המגנטי של כדור הארץ, בגבהים שבין 20 ל-40 קילומטרים שם הם מקבלים תהודה. הזרם החשמלי המתנדנד מייצר פולס אלקטרומגנטי (EMP) אשר נמשך כמילישנייה אחת לערך. אפקטים משניים עשויים להמשך למשך שנייה או יותר.

הפולס חזק דיו על מנת לגרום לעצמים מתכתיים ארוכים (כמו כבלים) להתנהג כאנטנות ולייצר מתח גבוה כאשר הפולס עובר. המתחים הללו, והזרם הגבוה הקשור בהם, יכול להרוס התקנים אלקטרוניים לא מוגנים ואפילו חוטים. אין השפעות ביולוגיות ידועות לפולסים אלקטרומגנטיים. האוויר המיונן משבש את תקשורת הרדיו שבאופן שגרתי הייתה מדלגת מהיונוספירה.

ניתן להגן על מכשירים אלקטרוניים על ידי עטיפתם בחומר מוליך או בכל סוג אחר של כלוב פאראדיי. כמובן שלא ניתן להפעיל מכשירי רדיו כאשר הם מוגנים משום שגלי רדיו משודרים לא יכולים להגיע אליהם.

קרינה מייננת[עריכת קוד מקור | עריכה]

כ-5% מהאנרגיה המשוחררת בגל הדף גרעיני היא מסוג קרינה מייננת: קרינת נייטרונים, קרני גמא, חלקיקי אלפא ואלקטרונים הנעים במהירויות גבוהות אך כאלו שלא מתקרבות למהירות האור. מקור הנייטרונים מהביקוע הגרעיני ומההיתוך הגרעיני.

העוצמה של הקרינה הגרעינית ההתחלתית דועכת במהירות כתלות במרחק מנקודת מוקד הפיצוץ משום שהקרינה מתפזרת על פני שטח גדול. הקרינה גם פוחתת כתלות בספיגה אטמוספירית ובפיזור.

אופי הקרינה בנקודה נתונה משתנה כתלות במרחק ממוקד הפיצוץ. ליד המוקד, עוצמת הנייטרונים גבוהה מעוצמת הגמא, אולם בעוד המרחק גדל הרי שהיחס נייטרונים לגמא מצטמצם. לבסוף, מרכיב הנייטרונים של הקרינה ההתחלתית הופך זניח בהשוואה למרכיב הגמא. הטווח לרמות קרינה משמעותיות של הקרינה ההתחלתית אינו גדל באופן ניכר כתלות בעוצמת הנשק. בפצצות כבדות מעל 50 קילוטון, השפעות תרמיות ומכניות הופכות להיות חשובות מהשפעות הקרינה.

קרינת הנייטרונים משנה את צורת החומר באזור הפיצוץ והופכת אותו לרדיואקטיבי. הפיצוץ משחרר חומר רדיואקטיבי רב. זיהום רדיואקטיבי כזה מכונה נשורת גרעינית.

רעידת אדמה[עריכת קוד מקור | עריכה]

גל הלחץ מפיצוץ תת-קרקעי יעבור דרך הקרקע ויגרום לרעידת אדמה קלה [2]. התאוריה גורסת כי פיצוץ גרעיני עשוי לנפץ שבר ואז לגרום לרעידת אדמה חזקה במרחקים של עשרות קילומטרים [3].

סיכום ההשפעות[עריכת קוד מקור | עריכה]

הטבלה הבאה מסכמת את ההשפעות החשובות ביותר של פיצוץ גרעיני תחת תנאים מסוימים.

השפעות

תוצר הפיצוץ/ גובה הפיצוץ

1 kT / 200 m

20 kT / 540 m

1 MT / 2.0 km

20 MT / 5.4 km

הטווח מהקרקע האפקטיבי לפיצוץ Ground range / km

אזורים עירוניים מושמדים לגמרי(20 PSI)

0.2

0.6

2.4

6.4

הרס רוב המבנים האזרחיים (5 PSI)

0.6

1.7

6.2

17

נזק בינוני לבניינים אזרחיים(1 PSI)

1.7

4.7

17

47

קרינה תרמית - טווח קרקע אפקטיביGR / km

שריפה

0.5

2.0

10

30

כוויות דרגה שלישית

0.6

2.5

12

38

כוויות דרגה שנייה

0.8

3.2

15

44

כוויות דרגה ראשונה

1.1

4.2

19

53

השפעות של קרינה גרעינית מיידית - טווח משופע1 SR / km

מנה קטלנית 2 (נייטרונים וקרני גאמא)

0.8

1.4

2.3

4.7

מנה כוללת לתסמונת קרינה חמורה2

1.2

1.8

2.9

5.4

1) עבור השפעות קרינה ישירות מסתכלים על טווח משופע במקום על טווח קרקע משום שחלק מההשפעות לא באות לידי ביטוי אפילו בנקודת הפיצוץ הגרעיני עבור חלק מגבהי הפיצוץ. טווח הקרקע יכול להשאב מהטווח המשופע ומגובה הפיצוץ באמצעות משפט פיתגורס.

2) "Acute radiation syndrome" corresponds here to a total dose of one gray, "lethal" to ten grays. Note that this is only a rough estimate since biological conditions are neglected here.

תופעות אחרות[עריכת קוד מקור | עריכה]

בעוד כדור האש נישא באוויר, הוא מקבל צורה של טבעת מערבולת כשבמרכז יש חומר זורח כפי שניתן לראות בתמונות. לעתים בזמן הפיצוץ מתרחשים ברקים. בלי קשר לפיצוץ עצמו ניתן לראות שובלי עשן בתמונות של פיצוצים גרעיניים. השבלים נוצרים מרקטות פולטות עשן אשר נורות לפני הפיצוץ. שובלי העשן משמשים על מנת לקבוע מהו מיקום גל ההדף, הבלתי נראה באופיו, במילישניות לאחר הפיצוץ. הדבר נעשה על ידי שבירת קרני האור, אשר יוצרת שבירה אופטית בשובלי העשן בזמן שגל ההדף עובר.

הישרדות[עריכת קוד מקור | עריכה]

היכולת לשרוד תלויה במידה רבה בגורמים כמו הקרבה למוקד הפיצוץ וכיוון הרוח הנושאת את הנשורת.

ראו גם[עריכת קוד מקור | עריכה]

קישורים חיצוניים[עריכת קוד מקור | עריכה]