科學報
 
收藏本站

電腦請使用 Ctrl + D 加入最愛
手機請使用
關閉
科學通

科學報 科學文摘 探索

核彈爆炸時會發生什麼?


字體大小:
更新日期:2022314
文章欄目:
文章標籤:           
 

2022年03月14日 10:53

新浪科技

1945年8月8日,原子彈在日本長崎爆炸時形成的蘑菇雲。

有人認為,未來的世界大戰很可能會是一場核戰爭。對生活在地球上的人類而言,核彈爆炸意味著什麼?核爆炸後又會發生什麼?

當然,這些問題的答案取決於引爆的核彈有多少。據美國科學家聯合會的介紹,俄羅斯和美國擁有世界上90%的核武器。俄羅斯擁有1588枚部署在洲際導彈上的核武器,而這些導彈的射程至少為5500公里,並設有重型轟炸機基地,可以搭載並投放核武器;美國擁有1644枚同樣的核武器(兩國還擁有近5000枚時刻等待發射的現役核彈)。很容易想見,一場全面的核戰爭可能就意味著人類的滅絕——不僅因為最初巨大的人員傷亡,還因為隨之而來的全球變冷,即所謂的「核冬天」。

根據一些外交政策專家的說法,也許更有可能出現的情況是,參戰國使用所謂的「戰術原子武器」進行一場有限規模的核衝突。據詹姆斯·馬丁核不擴散研究中心稱,美國和俄羅斯30%到40%的核武庫都是由這種小型核彈構成的,這些核彈的陸上射程不到500公里,海上或空中射程不到600公里。這些武器仍然會在爆炸區附近產生毀滅性的影響,但不會造成最糟糕的全球核災難。

核彈爆炸時會發生什麼?

熱核彈頭透過裂變和聚變過程來產生爆炸

核爆炸過程

核武器有不同的型別和大小,而現代核彈都是透過觸發裂變反應開始的。簡單來說,裂變就是將較重(原子序數較大)的原子分裂成較輕(原子序數較小)的原子,並在這個過程中釋放中子;釋放出去的中子會衝向附近原子的原子核,使原子核分裂,引發不受控的連鎖反應。

裂變爆炸的結果是毀滅性的:摧毀日本廣島和長崎的就是利用核裂變炸彈,即原子彈,其威力在1.5萬噸到2萬噸TNT炸藥之間。然而,許多現代核武器可能會造成更大的破壞。熱核武器,即氫彈,可以利用最初裂變反應的能量將武器內的氫原子融合,即聚變。這種聚變反應會產生更多的中子,導致更多的裂變,而裂變又產生更多的聚變,如此迴圈往復。據非政府組織憂思科學家聯盟稱,氫彈爆炸的結果就是形成一個溫度與太陽中心溫度不相上下的火球。熱核武器已經有過多次試驗,但從未在戰鬥中使用過。

amocity
amocity

  


可以說,當人身處這樣一場核爆炸的中心時,結局只有一個:立即死亡。例如,根據2007年的一份報告,一枚1萬噸重的核武器(相當於在廣島和長崎投下的原子彈大小)會立即造成距離地面3.2公里範圍內約50%的人死亡(據國際廢除核武器運動組織ICAN稱,空中核爆炸的破壞半徑更大)。導致這些死亡的原因將是火災、強烈的輻射和其他致命傷害。其中,一些人會因爆炸產生的衝擊波而受傷,而大多數人的受傷則是因為倒塌的建築物或飛行的彈片;爆炸半徑0.8公里內的大多數建築都將被摧毀或嚴重受損。

據美國政府網站Ready.gov的建議,在得到任何預警——或者從官方渠道,或者親眼看到附近爆炸所產生的閃光——之後,應當躲到地下室或大型建築的內部中心,在那裡至少待上24小時,以避免受到最嚴重的放射性墜塵傷害。

然而,據國際紅十字委員會(ICRC)稱,在核爆地區附近的倖存者幾乎得不到任何幫助。由於道路和火車軌道被毀,醫院被夷為平地,以及醫生、護士和急救人員的傷亡,使得外界幾乎沒有可能向爆炸區域運送物資或救援人員,尤其是考慮到核爆後的高輻射水平。此外,倖存者會攜帶放射性塵埃,需要清潔處理。根據麻省理工學院出版社2021年出版的《21世紀的核選擇:公民指南》(Nuclear Choices for the Twenty-First Century: A Citizen‘s Guide)一書,大多數人可能會在最初的熱爆炸中遭受熱灼傷。該書還指出,死亡也可能是火風暴造成的;這取決於爆炸區域的地形,由最初爆炸引起的大火可以彙集起來,產生能為自己提供燃料的風暴。據美國能源部的資料,這樣的火風暴曾經在日本廣島發生,吞沒了11.4平方公里的區域。

核彈爆炸時會發生什麼?

  1946年7月25日,Baker水下核試驗產生了巨大的蘑菇雲,將輻射擴散到各個方向。這張照片是從比基尼島的一座塔上拍攝的

放射性沉降物

輻射是核爆炸的次要後果,而且危害更大。根據《21世紀的核選擇》一書,投在日本的原子彈造成了區域性的放射性塵降,相比之下,現代熱核武器會將放射性物質爆破到平流層(地球大氣層的中層),造成了全球性的放射性塵降。放射性塵降的程度取決於核彈是在空中爆炸還是在地面上引爆的,前者會使全球放射性塵降狀況惡化,但會減弱核爆點的直接影響;後者的全球影響有限,但可以直接毀滅爆炸地區。

爆炸後48小時內的放射性沉降風險最高。根據美國橡樹嶺國家實驗室1987年編寫的手冊《核戰爭生存技能》(Nuclear War Survival Skills),在沒有雪或雨——二者都有助於放射性沉降物更快地落到地面上——的情況下,廣泛飄浮的塵埃粒子在落到地面時可能具有最小的放射性。

《核戰爭生存技能》還指出,在核爆炸48小時後,最初暴露在每小時1000倫琴下的區域,此時所受到的輻射將只有每小時10倫琴。根據該手冊,當人在幾天內受到總劑量約為350倫琴的輻射時,約有一半的可能會死於急性輻射中毒。(相比之下,一次典型的腹部CT掃描可能會使人暴露在少於1倫琴的輻射中。)

amocity
amocity

  


暴露在輻射塵中的倖存者在餘生中患上癌症的風險很高。據國際紅十字委員會稱,廣島和長崎的專科醫院收治了1萬多名官方承認的1945年核爆炸倖存者,這些倖存者中的大多數死於癌症;在核爆炸後的頭10年到15年裡,受到輻射照射的受害者患白血病的比例是正常水平的4到5倍。

amocity
amocity

  


環境災難

核輻射和放射性沉降物會對環境和人體健康造成嚴重影響。如果核衝突的規模足夠大,核爆炸甚至可能影響氣候。

放射性塵埃甚至可能會落到農田上。2017年,美國斯坦福大學國際安全與合作中心和勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室榮譽退休主任邁克爾·梅指出,如果放射性塵埃進入食物供應鏈,將可能導致長期的健康問題,比如癌症。這其中,放射性碘的傷害尤其顯著。

放射性碘即碘-131,是人工核裂變產生的一種碘的放射性同位素。被奶牛攝入的碘會濃縮在牛奶中,而牛奶中的碘會濃縮到兒童的甲狀腺中,進而導致甲狀腺癌。因此,核災難發生後遭受遊離碘輻射暴露時,於4小時內服用碘片(碘化鉀),可使不具放射性的碘-127在甲狀腺飽和,從而減少甲狀腺對放射性碘的吸收。

核戰爭期間,如果引爆足夠多的核彈,會造成大量的塵埃和菸灰注入大氣,從而對氣候產生嚴重的降溫作用。根據2012年發表在《原子科學家公報》(The Bulletin of the Atomic Scientists)的一項分析,一次或兩次核爆炸不會造成全球性的影響,而如果是引爆100顆相當於1945年在廣島投下的原子彈的核武器,會使全球氣溫降到低於小冰期(從大約1300年到1850年)的水平。隨之而來的將是劇烈而突然的氣候變化:地球氣溫在小冰期下降了多達2攝氏度,比自工業革命以來的升溫(大約1攝氏度)水平還高。如果是今天發生這樣突然的降溫,將會直接影響農業和食品供應。小冰期造成了嚴重的農作物歉收和饑荒,而當時全球人口還不到今天的七分之一。

為了最大限度地提高我們在核襲擊中倖存的機會,官方機構的建議是,在安全的庇護所中準備一套應急用品。同樣的裝備也可以用於其他災難,比如颶風或長期斷電。(任天)

延伸閱讀
AI臉