Co się właściwie dzieje w środku
Cały ten atlas opiera się na czterech rzeczach: jądra się rozpadają, ciężkie dają się rozszczepić,
lekkie dają się połączyć, a to, co z tego leci, ma różną przenikliwość. Reszta — kilotony, strefy
rażenia, mapy opadu — jest z nich policzona.
Radioactive Atlas ·
czyta się 4 minuty ·
wzory renderuje KaTeX
Rozszczepienie: jedno jądro, dwa kawałki i trzy neutrony
Ciężkie jądro pochłania neutron i pęka na dwa lżejsze. Przy okazji wypuszcza kolejne neutrony,
które mogą rozbić następne jądra — i to jest cała tajemnica reakcji łańcuchowej. Typowy przebieg
dla uranu-235 wygląda tak:
$n + ^{235}\text{U} \to ^{141}\text{Ba} + ^{92}\text{Kr} + 3n$
Jedno rozszczepienie uwalnia średnio 2,4 neutronu i około 200 MeV energii —
licząc razem z tym, co wyzwoli się później, przy rozpadzie powstałych fragmentów.
Na rozszczepieniu pracują reaktory (i wodne PWR, i grafitowe RBMK) oraz bomby atomowe:
Little Boy zbudowany na uranie-235 i Fat Man na plutonie-239.
Fuzja: dwa lekkie jądra zamiast jednego ciężkiego
Można iść w drugą stronę — sklejać jądra najlżejsze. Problem w tym, że jądra się odpychają,
a najłatwiejsza z tych reakcji, deuter z trytem , wymaga temperatury rzędu
100 milionów kelwinów . Jądro Słońca ma zaledwie 15 milionów, ale nadrabia gęstością
i czasem — ma na to miliardy lat.
Na Ziemi wywołujemy fuzję na kilka sposobów: w tokamakach i stellaratorach , gdzie
rozrzedzoną plazmę trzyma pole magnetyczne, w laserowym uwięzieniu inercyjnym —
w 2022 roku instalacja NIF po raz pierwszy uzyskała tam zapłon — a nawet w generatorach
neutronów wielkości termosu. Zapalnik z bomby rozszczepialnej jest potrzebny
wyłącznie w broni : to jak dotąd jedyny sposób, w jaki udało się spalić termojądrowo
dużą masę paliwa w sposób samopodtrzymujący się.
$^{2}\text{H} + ^{3}\text{H} \to ^{4}\text{He} + n$
Deuter i tryt dają hel i neutron. Tak działały Ivy Mike (1952) — jeszcze nie bomba,
tylko 82-tonowe urządzenie testowe chłodzone ciekłym deuterem — a potem Castle Bravo
i Car Bomba , którą już zrzucono z samolotu.
Schemat, który to układa w działające urządzenie, ma nazwisko: konstrukcja Teller-Ulam
z 1951 roku. Pierwszy stopień — zwykła A-bomba — nie podpala paliwa fuzyjnego ciepłem, tylko
ściska je promieniowaniem . Błysk rentgenowski odparowuje płaszcz uranowy drugiego stopnia,
a odrzut tego parowania zgniata paliwo do prędkości naddźwiękowych. Dopiero wtedy zaczyna się fuzja.
Dlaczego bomba 2500 razy mocniejsza nie niszczy 2500 razy dalej
To jest najczęściej mylona rzecz w całym temacie. Energia rozchodzi się w trzech wymiarach,
więc promień zniszczeń mechanicznych rośnie jak pierwiastek sześcienny mocy:
$r \propto Y^{1/3}$
Ładunek ośmiokrotnie mocniejszy ma zasięg dwa razy większy. Nie osiem.
Car Bomba miała 50 Mt, czyli około 2400 razy tyle co Trinity (21 kt). Jej promień
rażenia falą uderzeniową był około 13 razy większy — nie dwa i pół tysiąca.
Ta sama zależność stoi za wszystkimi okręgami, które atlas rysuje na mapie.
Skala INES — jak się mierzy awarie
Międzynarodowa Agencja Energii Atomowej porządkuje zdarzenia jądrowe w siedmiu stopniach.
Skala jest logarytmiczna: każdy stopień to mniej więcej dziesięciokrotność poprzedniego.
7
Wielka katastrofa Czarnobyl, Fukushima
6
Poważna awaria Majak / Kysztym
5
Szeroki wpływ Three Mile Island, Windscale, Goiânia
4
Skutki lokalne Tōkaimura 1999
1–3
Anomalia · incydent · poważny incydent trzy osobne stopnie, bez skutków poza obiektem
Cztery rodzaje promieniowania i to, co je zatrzymuje
Wszystko, co w tym atlasie jest groźne, sprowadza się do czterech rzeczy lecących z jądra.
Różnią się przenikliwością — i dlatego to, co nieszkodliwe na zewnątrz, bywa śmiertelne
po połknięciu.
α
Cząstki alfa — jądra helu. Zatrzymuje je kartka papieru albo naskórek.
Połknięte albo wdychane są wyjątkowo groźne , bo całą energię oddają wewnątrz
tkanki; ryzyko rośnie z ilością wchłoniętej aktywności i z czasem, przez jaki
izotop zalega w organizmie.
Po-210, Pu-239
β
Cząstki beta — elektrony albo pozytony. Zatrzymuje je kilka milimetrów
aluminium (blacha, nie cienka folia) albo szkła; ile dokładnie, zależy od energii
konkretnego izotopu.
Sr-90, Cs-137
γ
Promieniowanie gamma — fotony o wysokiej energii. Przenikliwe: potrzeba ołowiu
albo grubego betonu. To ono decyduje o zasięgu skażenia.
Co-60, Cs-137
n
Neutrony — najbardziej przenikliwe ze wszystkich. To one odpowiadają za
aktywację : potrafią uczynić promieniotwórczym materiał, przez który przechodzą,
i jest to główny mechanizm, w jaki zwykła stal albo beton same zaczynają promieniować.
rdzeń reaktora, moment detonacji
Znak, który wszyscy znają
Trójlistny trefl narysowano w 1946 roku w Berkeley — początkowo był
magentowy na niebieskim tle . Około 1948 przeszedł na magentę na żółtym, bo niebieskie
tło blakło i słabo się rzucało w oczy. Norma ISO 361 opisuje go jako podstawowy znak ostrzegawczy i to jego
używa cały świat. W 2007 doszła norma ISO 21482 z drugim, ostrzejszym znakiem —
z falami, czaszką i uciekającą postacią. Nakleja się go bezpośrednio na groźne źródła,
pod obudową, tam gdzie trafi ktoś, kto właśnie rozbiera urządzenie i nie umie czytać
napisów w obcym języku.
Ten drugi znak powstał po Goiânii. Ktoś rozbił kapsułę radioterapeutyczną, bo świeciła
na niebiesko, i nikt na złomowisku nie wiedział, co oznacza trefl.
Skąd to wiadomo
Ten tekst nie jest opracowaniem własnym — to streszczenie rzeczy ustalonych dawno
i dobrze udokumentowanych. Poniżej pozycje, na których opiera się treść zakładki
i liczby w całym atlasie.