Strona głównaPytania → Siła wybuchów jądrowych

Siła wybuchów jądrowych

Pytanie

Pyta Oskar

Reakcja jądrowa w zamkniętej przestrzeni. W środku olbrzymiej żelaznej kuli o średnicy 10 000 km przeprowadzamy próbny wybuch jądrowy. Zastanawiam się co się stanie z taką kulą. Jej wielkość i masa determinują jej wielką wytrzymałość, ale co z reakcją jądrową i wyzwoloną energią? Czy może ona doprowadzić do jej rozsadzenia? Zapewne olbrzymia temperatura i ciśnienie spowodują stopienie rejonu reakcji jądrowej, ale odległość od środka kuli do jej powierzchni będzie bardzo duża.

Odpowiedź

Odpowiada Krzysztof Miernik

Pytanie prawdopodobnie jest bardziej z dziedziny materiałoznawstwa niż fizyki jądrowej, ale spróbujmy zrobić kilka prostych oszacowań.

Po pierwsze energia powstająca podczas wybuchu bomby jądrowej ma różne postaci. Około 50% energii jest uwalniane w postaci fali uderzeniowej (podmuchu powietrza), 35% w postaci ciepła, 5% jako promieniowanie gamma oraz neutrony, a pozostałe 10% uwalniane jest w opadzie promieniotwórczym po wybuchu. Ilość uwalnianej energii bomb zwykle podaje się w kilo- lub megatonach TNT, czyli odpowiedniku danej ilości konwencjonalnego materiału wybuchowego. Jeden gram TNT uwalnia około 4200 J, zatem bomba jądrowa o mocy 1 Mt wyprodukuje 4.2*1015 J, czyli 4.2 PJ. Te liczby wydają się ogromne. Energia powstająca w rozszczepieniu jest konsekwencją słynnego wzoru E = mc2 i wynika z faktu, że łączna masa produktów rozszczepienia jest mniejsza niż początkowego jądra. Jak można policzyć dla powyższej przykładowej bomby masa przed i po reakcji będzie się różnić o około 50 gramów.

Czy wyzwolenie takiej energii wewnątrz założonej żelaznej kuli może ją rozsadzić? Jeżeli znalibyśmy rozmiar wydrążenia w środku, to moglibyśmy pewnie zapytać inżynierów projektujących np. zbiorniki ciśnieniowe o dokładną wytrzymałość żelaznej powłoki. Ale z drugiej strony podany rozmiar kuli, o promieniu 5000 km jest iście astronomiczny. Dla porównania średnica Ziemi to 6370 km, a Księżyca to 1737 km. Żelazna kula o promieniu 5000 km miałaby masę 4.1*1024 kg (Ziemia waży 5.9*1024). Z niezbyt godnych pochwały doświadczeń z podziemnymi wybuchami jądrowymi wiemy, że na razie Ziemi nie udało się wysadzić. Największy podziemny test przeprowadzony przez USA miał energię 5 Mt TNT (na wyspie Amchitka) spowodował trzęsienie Ziemi o mocy 7 w skali Richtera. W podziemnych wybuchach promień stopionej skały to około 10 m na kilotonę bomby, rozkruszenia i popękania sięgają promienia 100 m na kilotonę, a odkształcenia do 1000 m. Zapewne przybliżone skutki miałaby eksplozja wewnątrz żelaznej kuli.