Самые тяжелые семьдесят пять лет. Предновогодний пост о бомбах доктора Силарда

Несколько последних лет неуклонно нарастает ощущение, что мы живем уже не в послевоенном, а в предвоенном мире. Я воздержусь от оценочных суждений по этому поводу, но в завершение года опубликую пост, в котором напомню о самом страшном оружии, родившемся «на кончике пера» в R&D-отделах, незадолго до того завершивших манхэттенский проект, Вторую Мировую Войну, а вскоре после того – и эпоху западных колониальных империй. Итак, речь пойдет о подзабытых «кобальтовых бомбах» - так и не испытанном ядерном оружии, предназначенном не столько для уничтожения противника, сколько для приведения территории в полную непригодность для жизни. Как ни странно, на Хабре эта тема до сих пор не раскрыта (за исключением некоторых новостей об утечках информации по поводу потенциальных разработок такого рода). Лео Силард (1890-1964) сформулировал концепцию кобальтовой бомбы, именно чтобы предостеречь современников от тотальной войны и показать, что при правильном подборе боеприпасов можно устроить, чтобы «выжившие позавидовали мертвым». Пришло время повторить предостережение Силарда, а также рассказать, какие ростки уже дала технология, описанная им как цивилизационное самоубийство.   

Лео Силард был одним из ключевых участников Манхэттенского проекта. Он учился в Будапештском университете, откуда в начале 1920-х перебрался в Берлин и учился у Эйнштейна, Планка, Макса фон Лауэ. В последовавшие за этим ключевые годы Силард проделал путь на Запад: в 1933 бежал из Берлина в Лондон, а в 1938 переехал из Лондона в США.

Наряду с Энрико Ферми он вычислил критическую массу урана-235, необходимую для запуска ядерной реакции в уране-238. Также он первым сформулировал принцип самоподдерживающейся цепной реакции, и роль Силарда в создании урановой бомбы «Малыш» не менее принципиальна, чем роль Энрико Ферми в создании первого ядерного реактора. При этом Силард глубоко переживал из-за необходимости сконструировать невиданно мощное по тем временам ядерное оружие (вплоть до 1945 года в США предполагалось, что Вернер Гейзенберг и Отто Ган наверняка обходят американцев в этой военно-технической гонке) и категорического нежелания его применять. В июне 1945 года он вместе с горсткой единомышленников подписал «Доклад Франка»; этот документ был последней отчаянной попыткой предотвратить атомные бомбардировки японских городов.

Но, если применение атомных бомб на завершающем этапе Второй мировой войны можно объяснить военной целесообразностью, последовавшая гонка вооружений между США и СССР представлялась Силарду глобальным скатыванием к самоубийству. Он продолжал занимать активную гражданскую позицию, выступив, в частности, одним из основателей Пагуошского движения, а в 1950 году сформулировал принципиальное предостережение: действие атомного оружия принципиально зависит от подбора изотопов, и некоторые их сочетания могут привести к ужаснейшей «пирровой победе», когда бомба не только поразит технику, инфраструктуру и солдат противника, но и на десятки лет отравит территорию. Победитель попросту не сможет занять завоеванную землю.    

Чистая атомная бомба

Атомные бомбы середины прошлого века, сконструированные в основном по модели «Толстяк» (инициирующий тротиловый заряд приводит к схлопыванию контура, образованного дольками из оружейного плутония), а тем более первая бомба модели «Малыш» были оружием массового поражения, но не заражения. В истории сохранилась запись партии атомной бомбы – это была вторая игра в рамках шести партий по го, состоявшихся в период с июля по ноябрь 1945 года между Каору Ивамото и Хасимото Утаро. Партия должна была пройти в Хиросиме 4-6 августа, но по соображениям безопасности прошла в пригороде, Ицукати. На 106 ходу партии в 8.15 произошел взрыв – судья этой партии, Сэгоэ Кунсаку, смотрел в окно и успел произнести «бомба» — вскоре после чего дом накрыла ударная волна. Кунсаку посекло осколками оконного стекла, но последствия взрыва вскоре удалось прибрать, а партию – продолжить. Только к вечеру участники партии поняли, что произошло. При этом никакого противорадиационного обеззараживания в городе не производилось. Один из участников партии, а также судья, смотревший на ядерный взрыв, дожили до глубокой старости: Утаро Хасимото умер летом 1994 года в возрасте 87 лет, а Сэгоэ Кунсаку летом 1972 года, в 83-летнем возрасте.

Не менее известна история работника верфи Цутому Ямагути (1916-2010) который пережил обе атомные бомбардировки. 6 августа он находился в командировке в Хиросиме, и в связи с атомным взрывом в тот же день отправился на поезде в Нагасаки, где 9 августа пережил вторую бомбардировку. На момент смерти Ямагути было 93 года.

Эти примеры демонстрируют, что у традиционной атомной бомбы зона теплового поражения в принципе шире, чем зона острого лучевого поражения. То есть, те, кто мог бы схватить серьезную дозу радиации от атомной бомбы, априори погибнут не от радиации, а будут испепелены взрывом. Как оружейный плутоний, так и уран-238 обладают длительными периодами полураспада, и эти вещества вполне можно без вреда для здоровья брать в руки, надев плотные перчатки. Я не сомневаюсь, что атомная бомба вполне могла бы быть сброшена и на Германию, например, на Дрезден, если бы была готова и испытана к тому моменту. По-видимому, общая мощность бомб, сброшенных на Дрезден, составила около 2,5 килотонны, тогда как бомба «Малыш» в Хиросиме дала 13-18 килотонн.  

Многократные ядерные испытания приводят к кратковременному повышению радиационного фона и длительному заражению грунта. В качестве примера можно взять Семипалатинский испытательный полигон, где с 1949 по 1989 год было проведено не менее 468 взрывов (после 1963 года – только подземные). Вот интересная статья, рассказывающая о состоянии Семипалатинского полигона на 2019 год. Радиационный фон на большей части полигона, в том числе, на так называемом «Опытном поле» (в 1949 году там был осуществлен взрыв плутониевой бомбы мощностью 22 килотонны) – приемлемый для человека; от 0,10 до 0,14 микрозивертов в час, тогда как безопасный фон составляет до 0,2 микрозиверта в час. На полигоне растет трава и даже замечен беркут:

Таким образом, единичный ядерный взрыв урана или плутония не нанесет долговременного радиационного вреда. Значительная часть энергии деления ядра перейдет в тепловую форму и рассеется в момент взрыва.

Модель Силарда. Кобальт-60 и аналогичные изотопы

В 1950 году Лео Силард изложил следующий апокалиптический сценарий, желая предотвратить разработку термоядерного оружия, в котором используется не плутоний, а дейтерий (тяжелый водород). Силард объяснил, что экономически не составляет труда производить или извлекать из воды тяжелый водород (дейтерий), в каждом атоме которого содержится один протон и один нейтрон. При взрыве такого дейтериевого заряда одновременно протекают две ядерные реакции, а именно:

А: Дейтерий + Дейтерий → Тритий (сверхтяжелый водород) + Протий (обычный водород)  

B: Дейтерий + Дейтерий → Гелий-3 + нейтрон 

В результате образуется огромное количество свободных нейтронов, которые могли бы просто разлететься во все стороны… если их не затормозить.

Дейтерий можно распределить по капсулам, и кожух каждой из них изготовить из металла, стабильный изотоп которого превращается в радиоактивный при поглощении нейтрона. В таком случае во все стороны (в том числе, в атмосферу) будут разлетаться уже не нейтроны, а зараженные (в терминологии Силарда — «подсоленные») атомы металла, которые осядут в почве, разнесутся с водой, выпадут с дождем – и станут поливать гамма-лучами и продуктами бета-распада любую среду, в которой окажутся.

Силард указывает, какими свойствами должен обладать такой «оболочечный» изотоп, чтобы представлять наибольшую опасность, а именно: (а) должен давать обильное проникающее гамма-излучение, (б) должен иметь достаточно длительный период полураспада (порядка нескольких месяцев), чтобы продукты реакции успели распределиться по всей планете, (в) но при этом период полураспада достаточно краткий, чтобы вся доза излучения досталась одному поколению людей, а удалить этот элемент из окружающей среды химическими или механическими средствами было бы маловозможно. Наконец, на эту роль подходит элемент, который можно легко добывать в больших количествах, подходящий для изготовления «капсул» и легко превращающийся из стабильных изотопов в радиоактивные при поглощении нейтронов. Силард счел, что подходящих элементов для такой цели всего два: кобальт и цинк. Но на самом деле таких элементов чуть больше:

Действительно, кобальт-60 наиболее смертоносен в качестве такого оружия, поскольку пораженная им территория будет фонить около 100 лет, естественный кобальт имеет ровно один стабильный изотоп. Распространение кобальтовых частиц по всей планете займет несколько лет, что соответствует одному периоду его полураспада. Осадки с содержанием кобальта-60 значительно опаснее осадков от обычного ядерного взрыва по следующим причинам:

1. Многие изотопы, возникающие при делении ядра урана, имеют очень краткий период полураспада. Соответственно, они распадаются до того, как успеют выпасть с осадками, либо на время их распада можно отсидеться в укрытии;

2. Другие продукты деления ядра обладают очень длительным периодом полураспада, поэтому и излучение от них не слишком интенсивное;

3. Кроме того, при обычном ядерном взрыве многие продукты распада быстро превращаются в нерадиоактивные вещества, например, в свинец.

Кобальт-60 занимает ровно промежуточное положение между первыми двумя ситуациями, и именно поэтому так опасен. Его изотопы успеют разнестись на большие расстояния с потоками воздуха и выпасть с осадками, а переждать в бункерах его полураспад не получится – не хватит и целой жизни. Вдобавок к этому, кобальт-60 дает сильное проникающее гамма-излучение.  

Непосредственно после взрыва гамма-излучение у обычной атомной бомбы выше, чем у кобальтовой: в 15 000 раз выше в первый час, в 35 раз выше в первую неделю, в 5 раз выше в первый месяц. Зато уже через год излучение остаточного кобальта будет в 8 раз выше, чем излучение обычного ядерного заряда, а через 5 лет – в 150 раз выше. Излучение кобальта-60 существенно снизится только через 75 лет после взрыва.

В качестве более «гуманной» альтернативы кобальту мог бы служить цинк-65, чья радиоактивность будет гораздо выше на начальном этапе и, соответственно, спадет быстрее. Но этот изотоп составляет лишь примерно половину природного цинка, поэтому для военного применения его пришлось бы обогащать. Гамма-излучение у него также слабее, чем у кобальта-60. Сразу после взрыва радиоактивность цинка-65 будет примерно вдвое выше, чем у кобальта-60, затем эти изотопы сравняются по смертоносности через 8 месяцев, а через пять лет радиоактивность у кобальта-60 будет в 110 раз выше, чем у цинка-65.

Вот как Силард характеризовал метеорологические аспекты проблемы.

Радиация может эффективно распространяться. Во-первых, для этого необходимо, чтобы радиоактивные частицы осаждались медленно, а для этого они должны быть мельче домашней пыли. Сложно рассчитать, какого размера окажутся те частицы, в которые соберется кобальт-60, но вполне возможно, что это будет именно мельчайшая пыль. Затем, подхваченные воздушными массами, эти частицы наполнят всю атмосферу, из которой смогут выводиться тремя способами:

1. С дождем, если дождевые капли будут формироваться вокруг таких частиц как вокруг обычных пылинок;

2. В результате аккреции, то есть, если в районах с низкой турбулентностью атмосферы мелкие частицы кобальта будут постепенно слепляться в более крупные и выпадать под действием силы тяжести, без дождя;

3. Стремительно выпадать в городах, смешиваясь с промышленными выбросами и смогом.

Основным переносчиком кобальта-60 в данном случае будет именно дождь, а в густонаселенных районах Земли интенсивность дождей отличается очень сильно, до десяти раз. Кобальт сравнительно тяжелый, поэтому после дождя будет оставаться преимущественно в приповерхностном слое почвы, поэтому теоретически могло бы помочь удаление и захоронение почвы сразу после дождя. При этом океан (и морская жизнь) пострадает от кобальтовых осадков значительно меньше, чем суша; вероятно, отравлены будут только самые мелкие прибрежные воды.

На эту тему также есть произведение в жанре постапокалипсиса. В 1957 году Невил Шют написал роман «На берегу» (On The Beach), где описывает последние месяцы Мельбурна в 1964 году после советско-китайской войны, в которой применялись кобальтовые бомбы. Роман был экранизирован два года спустя с Грегори Пеком и Авой Гарднер в главных ролях, а в 2000 году вышел двухсерийный римейк с Армандом Ассанте. Книга интересна тем, что в ней дается довольно точная оценка мощности бомбардировок, необходимая для апокалипсиса: чтобы на каждый квадратный метр суши выпал 1 грамм кобальта-60, потребовалось бы взорвать более 100 тонн кобальтовых зарядов, то есть, около тысячи бомб/боеголовок – или две-три тысячи, чтобы накрыть всю Землю.  

Современность и недалекое прошлое

Официально считается, что по сей день ни одна кобальтовая бомба не была ни сконструирована, ни испытана. Единственная оговорка в данном случае допускается по поводу британских испытаний на полигоне Маралинга в 1957 году:

Тогда была проведена серия из 4 испытаний, в ходе которых изотопы кобальта-59 использовались в качестве трассировочных элементов для оценки скорости протекания процессов. Оказалось, что кобальт-59 подхватывает нейтроны гораздо слабее, чем предполагалось, и кобальт-60 образуется в незначительных количествах. Аналогичные косвенные данные были получены в СССР в рамках проекта «Тайга», когда в Чердынском районе Пермской области в марте 1971 года было подорвано три подземных ядерных заряда:

В результате испытаний произошла сильная нейтронная активация окружающих минералов, и на месте взрывов образовались не только плутоний и америций, но и кобальт-60 (а также другие сравнительно легкие изотопы европия и ниобия). Заметные количества кобальта-60 были объяснены тем, что в породах на месте испытания содержится значительный объем кобальта, а также этот металл входил в состав труб, проложенных на месте испытания. В дальнейшем ядерные испытания там не проводились, поскольку повышение радиационного фона фиксировалось даже в Москве. Что касается кобальта-60, его количество и в этом случае оказалось невелико, за пределы региона он почти не просочился.

Тем не менее, в наше время до предела наэлектризованной дипломатии взаимных подозрений то и дело звучат обвинения в возможной подготовке кобальтовой бомбы или аналогичных зарядов. Один из наиболее известных случаев произошел в 2015 году, когда возникла утечка презентации о «Многоцелевой океанической системе Статус-6», позже получившей название «Посейдон». Зона поражения и характер загрязнения, которые может давать «Посейдон» позволяют предположить, что этот малозаметный «подводный дрон» не только может вызывать цунами, обрушивающееся на прибрежный город в месте подрыва, но и содержать элементы, гарантирующие долговременное загрязнение по тому же принципу, что и кобальт-60.

На сайте «Naked Science» есть очень подробная и обоснованная статья, поясняющая, почему вооружение «Посейдона» кобальтовыми зарядами – маловероятный сценарий. Если коротко, длительное заражение действительно не имеет смысла, а теоретически возможный подрыв такой торпеды на глубине будет иметь катастрофические последствия. Правда, не исключается, что «Посейдон» можно использовать в качестве натриевой бомбы, начинив раствором с обычным натрием-23, который при поглощении нейтронов превращается в радиоактивный натрий-24. Натриевая бомба гораздо эффективнее кобальтовой, поскольку исходный уровень гамма-излучения у натрия-24 в 3000 раз выше, чем у кобальта-60, а период полураспада натрия-24 – всего 15 часов. Уже через 1500 часов (около 2 месяцев) никакой радиации от натриевой бомбы не останется, и территория будет пригодна для восстановления.

Наконец, в 2018 году мировое сообщество было обеспокоено китайскими опытами в Институте современной физики в Ланьчжоу: в ускорителе проводились некие опыты по ускорению ионизированных изотопов тантала-181. Руководитель проекта Ду Гуаньхуа подтвердил, что проект проводится в рамках «критически важного государственного оборонного заказа», но подробности сообщить отказался. Профессор Пекинского университета Хан Дэцзюнь подтвердил, что тантал-181 может исследоваться в качестве добавки к ядерному оружию, но, в любом случае, этот элемент слишком редок и имеет температуру плавления 3 017°C, что слишком затрудняет его военно-промышленное использование.

В этой статье я намеренно обошелся без упоминаний о фильме «Доктор Стрейнджлав, или Как я перестал бояться и полюбил бомбу» — как о самом известном и пацифистском произведении на затронутую тему. Кроме того, я пока отложу весьма интересный рассказ о том, какое применение кобальт-60 сегодня находит в медицине; думаю, это тема для другой статьи, в которой можно было бы рассказать о неожиданно эффективных противораковых разработках. Это был пост о несостоявшейся ядерной войне, которая, надеюсь, так и не сойдет в наш мир со страниц книг, с киноэкранов и из увлекательных локаций компьютерных игр. Наконец, верстая эту статью, я решил поставить в качестве заглавной картинки именно этот черно-белый портрет растерянного Силарда. Старик с картинки слишком хорошо понимал, что мы на самом деле способны натворить, располагая развитым ВПК и оперируя бункерным мировоззрением.