Bài giảng y học quân sự bài 27 đại cương về vũ khí hạt nhân

BÀI GIẢNG Y HỌC QUÂN SỰ – Đại Tá Bác Sỹ : BÙI XUÂN QUANG BÀI 27 ĐẠI CƯƠNG VỀ VŨ KHÍ HẠT NHÂN I KHÁI NIỆM VỀ VŨ KHÍ HẠT NHÂN 1.1 Định nghĩa - Vũ khí hạt nhân loại vũ khí hủy diệt lớn nguyên lý giải phóng lượng dựa sở dùng phản ứng phân hạch, phản ứng nhiệt hạch tượng phân rã phóng xạ chất nổ hạt nhân - Khi nổ, vũ khí hạt nhân giải phóng lượng lớn tạo nhân tố phá hoại : sóng nổ, xạ quang, xạ xuyên, xạ dư (chất phóng xạ) xung điện từ - Vũ khí hạt nhân khác với vũ khí thông thường nổ vũ khí hạt nhân có hụt khối lượng khối lượng bị hụt chuyển thành lượng theo định luật: m = c.v nên lượng tỏa lớn gấp hàng triệu lần so với lượng nổ vũ khí thông thường(nhiệt độ cao khoảng 30 triệu 0C gấp 100 ngàn lần vũ khí thông thường, áp lực khoảng 20 tỷ atmotphe gấp 6000 lần vũ khí thông thường) - Vũ khí hạt nhân bao gồm:  Vũ khí hạt nhân loại nổ (bom, đầu đạn hạt nhân, mìn…)  Vũ khí hạt nhân loại không nổ (chất phóng xạ chiến đấu) - Vũ khí hạt nhân chế tạo nhiều dạng: bom, đầu đạn tên lửa, đạn pháo, ngư lôi, mìn… 1.2 Đương lượng nổ vũ khí hạt nhân (ký hiệu q) - Đương lượng nổ vũ khí hạt nhân số lượng giải phóng vũ khí hạt nhân nổ, biểu thị số lượng thuốc nổ trinitrotoluen (TNT) Số lượng thuốc nổ cho nổ giải phóng lượng tương đương với lượng vụ nổ hạt nhân - Đương lượng nổ thường biểu thị kiloton (KT) mêgaton (MT) (1KT = 1.000 T; 1MT = 1.000 KT = 1.000.000 T) ĐẠI CƯƠNG VỀ VŨ KHÍ HẠT NHÂN - 246 - BÀI GIẢNG Y HỌC QUÂN SỰ – Đại Tá Bác Sỹ : BÙI XUÂN QUANG Ví dụ: Quả bom nguyên tử Mỹ ném xuống Hirohima Nhật Bản ngày 6/8/1945 có đương lượng nổ 20 KT, có nghĩa bom nổ, giải phóng lượng tương đương với lượng giải phóng 20 nghìn thuốc nổ TNT 1.3 Phân loại vũ khí hạt nhân 1.3.1 Theo nguyên lý cấu tạo: - Vũ khí hạt nhân (theo nguyên lý chia tách nhân để tạo lượng) gọi vũ khí nguyên tử, vũ khí A, vũ khí 1F (một pha) - Vũ khí nhiệt hạch (theo nguyên lý kết hợp nhân để tạo lượng) gọi vũ khí khinh khí, vũ khí H, vũ khí 2F (hai pha) - Vũ khí hỗn hợp theo nguyên lý chia tách nhân + kết hợp nhân gọi vũ khí 3F (có pha chia tách + kết hợp + chia tách nhân) 1.3.2 Theo đương lượng nổ: (theo phân loại Liên Xô cũ)  Vũ khí hạt nhân cực nhỏ KT  Vũ khí hạt nhân loại vừa – 15 KT  Vũ khí hạt nhân loại nhỏ 15 – 100 KT  Vũ khí hạt nhân loại nhỏ 100 – 500 KT  Vũ khí hạt nhân loại cực lớn 500 KT 1.3.3 Theo mục đích quân sự:  Vũ khí hạt nhân thực chiến thuật KT  Vũ khí hạt nhân chiến thuật – 100 KT  Vũ khí hạt nhân chiến lược 100 KT 1.3.4 Theo hình dạng vũ khí: Có bom hạt nhân, đầu đạn tên lửa hạt nhân, đạn pháo hạt nhân, mìn hạt nhân… 1.3.5 Theo chất nổ hạt nhân: Có bom Urani, bom Plutoni, bom Cobalt, bom khinh khí… 1.3.6 Theo tính chất nổ:  Vũ khí hạt nhân loại nổ: bom, đầu đạn tên lửa ĐẠI CƯƠNG VỀ VŨ KHÍ HẠT NHÂN - 247 - BÀI GIẢNG Y HỌC QUÂN SỰ – Đại Tá Bác Sỹ : BÙI XUÂN QUANG  Vũ khí hạt nhân loại không nổ: chất phóng xạ chiến đấu 1.4 Phương tiện đưa vũ khí hạt nhân tới mục tiêu Hiện có nhiều phương tiện đưa vũ khí hạt nhân tới mục tiêu súng cối, đại bác, tên lửa, máy bay, vệ tinh… 1.5 Nguyên lý cấu tạo vũ khí hạt nhân 1.5.1 Vũ khí phân hạch: Năng lượng tỏa vũ khí phân hạch dựa vào lượng phản ứng phân hạch nguyên tử Urani – 235, Plutoni 239… Muốn thực phản ứng phân hạch cần ba điều kiện bản: * Phải có chất nổ hạt nhân (ở Urani – 235) khiết * Hệ số nơtron phải lớn (số nơtron hiệu dụng tính trung bình lần phản ứng) * Chất nổ hạt nhân phải đạt khối lượng tới hạn (khối lượng chất nổ hạt nhân tối thiểu cần thiết để vũ khí hạt nhân gây phản ứng phân hạch) - Lúc vũ khí hạt nhân chưa nổ, chất nổ hạt nhân chia thành mảnh bán cầu, mảnh khối lượng tới hạn vũ khí hạt nhân nổ, thuốc nổ TNT cháy tạo áp suất lớn đẩy hại khối bán cầu chất nổ hạt nhân áp sát vào làm cho khối lượng chất nổ hạt nhân có khối lượng tới hạn bom nổ ĐẠI CƯƠNG VỀ VŨ KHÍ HẠT NHÂN - 248 - BÀI GIẢNG Y HỌC QUÂN SỰ – Đại Tá Bác Sỹ : BÙI XUÂN QUANG SƠ ĐỒ CẤU TẠO VŨ KHÍ HẠT NHÂN PHÂN HẠCH 1.5.2 Vũ khí nhiệt hạch: - Năng lượng giải phóng vũ khí nhiệt hạch việc thực hai phản ứng hạt nhân liên tiếp hai pha: pha chia tách nhân pha kết hợp nhân - Phản ứng kết hợp nhân phản ứng tạo nên lượng vũ khí nhiệt hạch, phản ứng chia tách nhân (phân hạch) phản ứng tạo nhiệt độ cao, dùng làm mồi nổ để thực phản ứng kết hợp nhân - Điều kiện để thực phản ứng kết hợp nhân có nhiệt độ cao hàng chục triệu độ Muốn có nhiệt độ phải dùng mồi nổ tạo nhiệt độ cao, phản ứng nhiệt hạch, lớn nhiều so với lượng phản ứng phân hạch - Nguyên lý hoạt động: Kíp nổ hoạt động, mồi nổ A hoạt động tạo nhiệt độ cao làm cho đơtêri triti kết hợp với thành hạt nhân hêli giải phóng lượng lớn ĐẠI CƯƠNG VỀ VŨ KHÍ HẠT NHÂN - 249 - BÀI GIẢNG Y HỌC QUÂN SỰ – Đại Tá Bác Sỹ : BÙI XUÂN QUANG SƠ ĐỒ CẤU TẠO VŨ KHÍ HẠT NHÂN NHIỆT HẠCH 1.5.3 Vũ khí hỗn hợp Cấu trúc giống vũ khí nhiệt hạch, khác vỏ bom kim loại thường Urani – 238 Khi bom nổ, sau phản ứng kết hợp thực phóng nơtron cực nhanh (có lượng lớn khoảng 14 MeV), nơtron có đủ khả phá vỡ Urani – 238 thực phản ứng phân hạch lần Năng lượng giải phóng vũ khí hỗn hợp chủ yếu phản ứng phân hạch Urani – 238 1.5.4 Vũ khí nơtron Cấu trúc giống vũ khí nhiệt hạch, có thiết kế đặc biệt để có yếu tố sát thương chủ yếu nơtron Muốn vũ khí nơtron, lượng giải phóng mồi nổ A phải nhỏ, bên chất nổ nhiệt hạch lớp chất nổ hạt nhân Urani – 238 có vỏ bom cực mỏng để tránh cản trở nguồn nơtron phóng Hiện có nhiều loại vũ khí hạt nhân khác VKHN – 35, vũ khí xung điện… ĐẠI CƯƠNG VỀ VŨ KHÍ HẠT NHÂN - 250 - BÀI GIẢNG Y HỌC QUÂN SỰ 1.6 – Đại Tá Bác Sỹ : BÙI XUÂN QUANG Hình thức cảnh tượng nổ Có hình thức nổ: 1.6.1 Nổ vũ trụ: Là nổ độ cao 150km trở lên Mục đích: cho nổ độ cao để phá phương tiện bay Cảnh tượng nổ vũ trụ: thời tiết tốt, ta nhìn thấy cầu lửa cực quang nhân tạo 1.6.2 Nổ cao: (ký hiệu C) nổ độ cao 65 km xuống tới 16 km Mục đích: phá hủy phương tiện bay tầng bình lưu trung lưu khí Cảnh tượng nổ: với điều kiện khí tượng tốt nhìn thấy cầu lửa tròn, sáng chói, lan rộng bốc cao tan thành mây phóng xạ tỏa tán Nếu nổ độ cao tương đối thấp nghe thấy tiếng nổ Cảnh tượng nổ cao 1.6.3 Nổ không khí: (ký hiệu K) nổ từ độ cao 16 km xuống đến độ cao cách mặt đất khoảng cách bán kính cầu lửa Mục đích: tiêu diệt mục tiêu mặt đất mặt đất Cảnh tượng nổ: Xuất chớp sáng chói, sau nghe thấy tiếng nổ đanh, cầu lửa xuất to nhanh, bốc lên cao, biến thành đám mây phóng xạ hình tán nấm Từ mặt đất vùng nổ bụi, đất, đá…bị lên thành cột bụi giống thân chân nấm, kết hợp với tán nấm, hình thành nấm khổng lồ gọi “Nấm mây nguyên tử” ĐẠI CƯƠNG VỀ VŨ KHÍ HẠT NHÂN - 251 - BÀI GIẢNG Y HỌC QUÂN SỰ – Đại Tá Bác Sỹ : BÙI XUÂN QUANG Cảnh tượng nổ không khí 1.6.4 Nổ mặt đất, mặt nước: (ký hiệu Đ N) Nổ độ cao nhỏ bán kính cầu lửa Mục đích: phá hoại mục tiêu kiên cố Cảnh tượng nổ: Vùng nổ hình thành bán cầu lửa cầu lửa dẹt phía dưới, mặt đất tạo thành hố hình phễu, đất xung quanh hố rạn nứt, có phủ lớp xỉ phóng xạ Nếu nổ mặt nước, nước sôi lên dội hình thành đợt sóng cao vỗ mạnh sóng thần Cảnh tượng nổ mặt đất ĐẠI CƯƠNG VỀ VŨ KHÍ HẠT NHÂN - 252 - BÀI GIẢNG Y HỌC QUÂN SỰ – Đại Tá Bác Sỹ : BÙI XUÂN QUANG 1.6.5 Nổ đất, nước: (ký hiệu DĐ DN) nổ sâu nước, lòng đất vài mét đến vài nghìn mét Mục đích: để tiêu diệt công trình đặc biệt kiên cố đất, để tiêu diệt mục tiêu mặt nước, nước phá hủy quân cảng, đê đập Cảnh tượng nổ: Không có cầu lửa, nghe tiếng nổ trầm, đất rung chuyển Mặt đất nơi bom nổ bị phá vỡ, đất bắn lên tạo thành hố hình nón cụt rỗng lòng, mầu nâu thẫm, hố bom rộng sâu Nếu nổ nước, vùng nổ nước sôi, bốc nóng đỏ, hình thành đợt sóng khổng lồ, dội cao hàng chục mét, đồng thời khối nước tung lên cao tạo thành cột nước cao hàng trăm mét rơi xuống tung tóe thành sương mù phóng xạ, kết hợp với không khí nóng lên nguội dần thành mây phóng xạ Cảnh tượng nổ đất nước II YẾU TỐ SÁT THƯƠNG CỦA VŨ KHÍ HẠT NHÂN Đặc điểm sát thương vũ khí hạt nhân:  Sát thương phá hoại hàng loạt diện tích rộng  Sát thương phá hoại hỗn hợp tác dụng đồng thời nhiều nhân tố  Sát thương phá hoại nổ kéo dài nhiều sau nổ  Sát thương phá hoại khu vực nổ xa khu vực nổ Khi vũ khí hạt nhân nổ, dù đương lượng nổ bom đạn lớn hay nhỏ, nổ hình thức cao hay thấp, có yếu tố sát thương: ĐẠI CƯƠNG VỀ VŨ KHÍ HẠT NHÂN - 253 - BÀI GIẢNG Y HỌC QUÂN SỰ 2.1 – Đại Tá Bác Sỹ : BÙI XUÂN QUANG Sóng nổ (còn gọi sóng kích động, sóng chấn động, sóng xung kích, sóng xung động) Ngay sau vũ khí hạt nhân nổ, ta thấy xuất sóng nổ lan truyền phía xung quanh môi trường nổ Năng lượng trung bình phân phối cho sóng nổ chiến khoảng 50% tổng số lượng vụ nổ hạt nhân Sóng nổ yếu tố sát thương chủ yếu, hình thành sụ giãn nở nhanh chóng khối lượng cầu lửa, áp lực khối đạt tới hàng triệu atmosphe, truyền lượng cho không khí xung quanh dạng sóng nổ Sóng nổ lan truyền không khí với vận tốc khoảng 3000m/s lúc đầu tiên, sau giảm dần xuống tốc độ sóng âm 2.1.1 Sự truyền lượng lan truyền sóng nổ - Khi cầu nổ trạng thái đẳng nhiệt, đẳng áp sóng nổ chưa hình thành truyền lượng từ cầu môi trường chủ yếu xạ nhiệt Sau cầu lửa nở to nhanh chóng, truyền lượng xạ nhiệt giảm truyền lượng va chạm, động mảnh vỡ hạt nhân lớn lên vượt truyền nhiệt năng, lúc hình thành sóng nổ - Khi sóng nổ lan truyền tới điểm môi trường xung quanh áp suất nơi tăng cao tiến tới cực đại, sau giảm dần Mật độ, nhiệt độ, vận tốc không khí tăng cao - Sự truyền lan sóng nổ dịch chuyển khối không khí từ tâm nổ mà truyền lượng từ phân tử lớp không khí sang lớp không khí khác Các phân tử không khí dao động chỗ, biên độ rộng ra, va chạm vào không bị mang theo phương truyền sóng 2.1.2 Cấu tạo sóng nổ Sóng nổ gồm có mặt sóng Mặt sóng mặt trước sóng, xác định thông số siêu áp mặt sóng, nhiệt độ mặt sóng vận tốc không khí mặt sóng Tác động mặt sóng lớn hay nhỏ mặt sóng định 2.1.3 Bản chất thành phần sóng nổ - Bản chất sóng nổ vũ khí hạt nhân giống sóng nổ bom đạn thường, khác chỗ quy mô lớn hơn, phạm vi phá hoại rộng Sóng nổ bao gồm: sóng tới, sóng phản xạ, sóng kết hợp ĐẠI CƯƠNG VỀ VŨ KHÍ HẠT NHÂN - 254 - BÀI GIẢNG Y HỌC QUÂN SỰ – Đại Tá Bác Sỹ : BÙI XUÂN QUANG * Khi bom nổ không, sóng tới sóng hình cầu đồng tâm lan phía xung quanh tâm nổ Khi sóng tới lan truyền chạm mặt đất, nén ép dần truyền lượng cho lớp không khí sát mặt đất làm cho áp suất, nhiệt độ, mật độ không khí tăng đột ngột hình thành sóng phản xạ có hướng vận động ngược với sóng tới, mạnh sóng tới từ – lần Sóng phản xạ có vận tốc lớn sóng tới nên đuổi kịp sóng tới khu xa kết hợp với tạo thành sóng kết hợp, gọi sóng đầu, sóng MACH - Sóng kết hợp mạnh sóng tới đến – lần Bản chất thành phần sóng nổ 2.2 Bức xạ quang 2.2.1 Đặc điểm vật lý - Bức xạ quang yếu tố sát thương gây hiệu ứng nhiệt ánh sáng vụ nổ hạt nhân Năng lượng xạ quang chiếm khoảng 35% tổng số lượng vụ nổ hạt nhân nổ không Bom đạn thông thường phát sáng tạo nhiệt độ cao, cường độ yếu nên không coi yếu tố sát thương phá hoại người vật dụng - Bức xạ quang hình thành từ cầu lửa Dưới tác dụng nhiệt độ cao hàng chục triệu độ, nguyên tử, phân tử môi trường bị kích thích phát xạ đốt cháy sinh vật, vật chất Những xạ giống xạ mặt trời gồm sóng điện từ tia hồng ngoại (IR), ánh sáng nhìn thấy, tia cực tím (UV) Khi bom nổ, lúc (0,1 ms) cầu lửa có kích thước nhỏ, ví dụ bom 100KT sau 10-3s có 70 không khí bị nung nóng, sau 10-2s có 8600 tấn, sau 10-1s có 20 không khí bị nung nóng Độ lớn cầu lửa phụ thuộc vào đương lượng nổ bom đạn ĐẠI CƯƠNG VỀ VŨ KHÍ HẠT NHÂN - 255 - BÀI GIẢNG Y HỌC QUÂN SỰ – Đại Tá Bác Sỹ : BÙI XUÂN QUANG - Quả cầu lửa nổ to nhiệt độ bên giảm dần Ví dụ sau 0,1 ms bom 20 KT nhiệt độ đo 300.0000K, sau 1,5 ms nhiệt độ giảm xuống 18000K, nhiệt độ tương đương với nhiệt độ lúc sóng nổ tách khỏi mặt cầu lửa Đường kính cầu lửa Đương lượng nổ 270m 20KT 600m 400KT 800m 1KT 2.100m 10MT 2.800m 20MT 2.2.2 Các giai đoạn phát triển nhiệt độ bề mặt cầu lửa: Giai đoạn mở đầu: ngắn khoảng 1.10-6s, lúc kích thước cầu lửa nhỏ, lượng tỏa ít, xạ quang giai đoạn có tác dụng sát thương không đáng kể Giai đoạn 1: tính từ cầu lửa hình thành, nhiệt độ lúc từ 50.0000K đến 70.0000K nhiệt độ giảm xuống 20000K, thời gian khoảng 1.10-3s Giai đoạn 2: giai đoạn nhiệt từ 2000 0K lại tăng dần lên 80000K, sau giảm xuống 15000K - 17000K cầu lửa hết phát sáng 2.2.3 Thời gian phát sáng cầu lửa: ĐẠI CƯƠNG VỀ VŨ KHÍ HẠT NHÂN - 256 - BÀI GIẢNG Y HỌC QUÂN SỰ – Đại Tá Bác Sỹ : BÙI XUÂN QUANG Các giai đoạn phát triển nhiệt độ bề mặt cầu lửa Phụ thuộc vào đương lượng nổ chất lượng cải tiến bom đạn: - Bom đạn cỡ nhỏ: phát sáng từ – 1,5s - Bom đạn cỡ vừa: phát sáng 3s - Bom đạn cỡ lớn: phát sáng 8s - Có loại bom: Phát sáng 20s ví dụ: bom 20 KT phát sáng < 3s; bom 10MT phát sáng > 10s 2.2.4 Thành thành xạ quang Tỷ lệ loại xạ thay đổi tùy theo giai đoạn phát triển nhiệt độ: Giai đoạn 1: chủ yếu phát tia cực tím, tia bị không khí hấp thụ gần hết nên tác hại không đáng kể Giai đoạn 2: tia cực tím: 13%, ánh sáng nhìn thấy 45%, tia hồng ngoại 48% Nhiệt độ cầu lửa giảm tỷ lệ tia hồng ngoại tăng lên Khi nổ cao, tác hại xạ quang mạnh 2.3 Bức xạ xuyên 2.3.1 Tính chất chung: ĐẠI CƯƠNG VỀ VŨ KHÍ HẠT NHÂN - 257 - BÀI GIẢNG Y HỌC QUÂN SỰ – Đại Tá Bác Sỹ : BÙI XUÂN QUANG Là yếu tố sát thương quan trọng, yếu tố đặc trưng vũ khí hạt nhân, vũ khí cỡ nhỏ cực nhỏ Đối với vũ khí hạt nhân cỡ trung bình, tổn thương xạ xuyên chiếm 15-20%, với cỡ cực nhỏ, tổn thương xạ xuyên lên tới 40% 2.3.2 Thành phần xạ xuyên: Thực chất sau nổ vũ khí hạt nhân, có đủ loại tia phóng xạ bắn anpha, bêta, gamma, nơtron mà ta gọi xạ hạt nhân ban đầu (rayons nuclecires initials) Nhưng tia anpha bêta có khoảng chạy ngắn bị hấp thụ nhanh chóng môi trường xung quanh tâm nổ tác dụng sát thương tức thời nên có tia gamma dòng hạt nơtron bắn xa gây tác hại Ta gọi chúng xạ xuyên 2.3.3 Bức xạ xuyên vũ khí hạt nhân Vũ khí nhiệt hạch nổ tạo xạ xuyên vũ khí phân hạch, thành phần xạ xuyên chủ yếu nơtron nơtron có lượng lớn, khoảng 14 MeV nên ta gọi nơtron cực nhanh Một điều cần ý tỷ lệ nơtron gamma xạ xuyên không cố định mà tùy theo hình thức nổ, đương lượng nổ cự ly khoảng cách Theo vài tài liệu liên xô (cũ) với bom KT, nổ không khí, cách tâm nổ 3km liều gamma cao nơtron 10 lần, cách tâm nổ 400m nơtron cao gamma lần Còn liều xạ xuyên nói chung phụ thuộc chủ yếu vào cỡ vũ khí, hình thức nổ, thời gian sau nổ Số lượng xạ xuyên phụ thuộc vào thời gian: Thời gian sau nổ (s) 10 % liều xạ so với tổng liều xạ 55 70 78 84 92 98 100 2.4 Bức xạ dư 2.4.1 Bức xạ dư (còn gọi chất phóng xạ) sinh nổ vũ khí hạt nhân, nhân tố sát thương đặc trưng chiếm 10% số lượng tỏa vụ nổ Bức xạ dư khác xạ xuyên chỗ xạ xuyên có tác dụng khoảng 10-15s sau nổ diện tích không rộng, xạ dư gây tác hại khoảng thời gian dài vài đến vài năm diện tích rộng có tới hàng trăm km ĐẠI CƯƠNG VỀ VŨ KHÍ HẠT NHÂN - 258 - BÀI GIẢNG Y HỌC QUÂN SỰ – Đại Tá Bác Sỹ : BÙI XUÂN QUANG 2.4.2 Nguồn gốc phát sinh xạ dư: sản phẩm phân hạch (quan trọng nhất); chất phóng xạ cảm ứng; chất nổ hạt nhân không tham gia phản ứng 2.4.3 Trong nguồn trên, quan trọng sản phẩm phân hạch 2.4.4 Trong nổ vũ khí hạt nhân, xạ dư theo bụi đất cát từ mặt đất lên cao Khi cầu lửa bốc cao nguội đi, chất phóng xạ kết hợp với oxy ni tơ không khí tạo thành oxyt nitrit, phần lớn oxyt kim loại nặng Các hợp chất phóng xạ oxyt nitrit hòa lẫn đám mây phóng xạ, bám quyện vào bụi đất cát tạo thành bụi phóng xạ có khối lượng kích thước khác Bụi phóng xạ cỡ nhỏ bay lơ lửng không khí gây nhiễm xạ không khí, vũ khí hạt nhân nổ cao bụi bay vào tầng bình lưu khí quyển, lan rộng tồn lâu Sự tạo thành khu nhiễm xạ vụ nổ hạt nhân 2.4.5 Bụi phóng xạ cỡ vừa lớn rơi xuống mặt đất với tốc độ nhanh chậm khác vùng quanh tâm nổ làm cho mặt đất phạm vi bị nhiễm chất phóng xạ, ta gọi khu vực nhiễm xạ Những bụi phóng xạ có kích thước lớn rơi nhanh xuống vào điểm chiếu tâm nổ tâm nổ, tạo thành khu vực nhiễm xạ gần Những bụi phóng xạ cỡ vừa theo gió bay không khí thời gian rơi xuống đất chậm cách xa điểm chiếu tâm nổ tâm nổ, tạo thành khu nhiễm xạ xa Khu nhiễm xạ xa khu nhiễm xạ gần nối liền với ĐẠI CƯƠNG VỀ VŨ KHÍ HẠT NHÂN - 259 - BÀI GIẢNG Y HỌC QUÂN SỰ 2.5 – Đại Tá Bác Sỹ : BÙI XUÂN QUANG Xung điện từ Người ta phát yếu tố từ năm 1962 qua vụ nổ hạt nhân độ cao 40 – 480km Nguyên nhân phát sinh xung từ phân tử, nguyên tử không khí bị ion hóa tác dụng xạ xuyên, tạo nên đám mây ion âm (e-) đám mây ion dương Khi xuất đám mây khác dấu đồng thời phát sinh điện trường mạnh, tác dụng tới vật liệu điện tử, bán dẫn gây hư hỏng ĐẠI CƯƠNG VỀ VŨ KHÍ HẠT NHÂN - 260 - BÀI GIẢNG Y HỌC QUÂN SỰ – Đại Tá Bác Sỹ : BÙI XUÂN QUANG KIẾN THỨC HÓA HỌC CƠ BẢN CẦN NẮM VỮNG Nguyên tử tạo nên electron hạt nhân Hạt nhân tạo nên proton nơtron qe = 1- ; me  0,00055 u qp = 1+ ; mp  u qn = ; mn  u Trong nguyên tử, số proton = số electron Số khối A = Z + N - Nguyên tử khối coi tổng số proton nơtron (gần đúng) - Nguyên tử khối nguyên tố có nhiều đồng vị nguyên tử khối trung bình đồng vị, có tính đến tỉ lệ phần trăm số nguyên tử đồng vị - Nguyên tố hóa học gồm nguyên tử có điện tích hạt nhân - Các đồng vị nguyên tố hóa học nguyên tử có số proton, khác số nơtron Số hiệu nguyên tử Z số khối A đặc trưng cho nguyên tử: Ký hiệu nguyên tử A Z X Obitan nguyên tử - Chuyển động electron nguyên tử mô tả hình ảnh obitan nguyên tử - Obitan nguyên tử khu vực không gian xung quanh hạt nhân mà xác suất có mặt (hay xác suất tìm thấy) electron xung quanh hạt nhân - Các obitan px, py, pz (được viết AO-px, AO-py, AO-pz) có dạng hình số tám nổi, định hướng theo trục x, y z hệ tọa độ Đề-các Tổng hợp sơ đồ cấu tạo nguyên tử : Kích thước, khối lượng nguyên tử Điện tích: 1+ Khối lượng: 1i ĐẠI CƯƠNG VỀ VŨ KHÍ HẠT NHÂNKhối lượng: 1u Hạt nhân nguyên tử Khối lượng: - 261 Điện tích: 1i Nơtron (n) Khối Khối lượng: lượng: 1u Khối lượng: 1i Điện tích: 1Proton (p) Nguyên tử BÀI GIẢNG Y HỌC QUÂN SỰ – Đại Tá Bác Sỹ : BÙI XUÂN QUANG Sự phân rã hạt nhân – phóng xạ phân hạch Tính phóng xạ: tính chất số hạt nhân nguyên tử không bền tự biến đổi phát xạ hạt nhân (thường gọi tia phóng xạ) Các nguyên tử có tính phóng xạ gọi đồng vị phóng xạ, nguyên tử không phóng xạ gọi đồng vị bền Các nguyên tử gồm đồng vị phóng xạ (không có đồng vị bền) gọi nguyên tố phóng xạ Tia phóng xạ chùm hạt mang điện dương hạt  (phóng xạ ), hạt proton; mang điện âm chùm electron (phóng xạ ); không mang điện hạt nơtron tia  (tia có chất giống ánh sáng) lượng lớn nhiều) Sự tự biến đổi hạt nhân nguyên tử, thường gọi phân rã phóng xạ hay phân rã hạt nhân Tự phân hạch, trình hạt nhân nguyên tử phóng xạ có số khối lớn 235U tự vỡ thành mảnh hạt nhân kèm theo thoát nơtron số hạt khác, dạng phân rã hạt nhân Trong tự phân hạch phân rã hạt nhân có hụt khối lượng, tức tổng khối lượng hạt tạo thành nhỏ khối lượng hạt nhân ban đầu Khối lượng bị hao hụt chuyển hóa thành lượng khổng lồ tính theo phương trình tiếng anh-xtanh (A.Eistein): E = m.c2 Trong đó, E lượng thoát phân rã hạt nhân (năng lượng nằm động hạt thoát phân rã hạt nhân lượng xạ ; m độ hụt khối; c = 2,988.108m/s vận tốc ánh sáng chân không Sự phóng xạ tự nhiên Năm 1896, nhà vật lý người Pháp Béc-cơ-ren (A.Becquerel) sau ông bà Pi-e Quy-ri Ma-ri Quy-ri (Pièrre Curie Marie Curie) phát hợp chất urani có khả tự phát tia không qua vật mà tia sáng thường không qua được, gọi tia phóng xạ Dưới tác dụng điện trường tia phóng xạ bị tách làm ba tia: 7.1 Tia  (anpha) lệch phía cực âm điện trường, gồm hạt  mang hai điện tích dương, có khối lượng khối lượng nguyên tử heli 7.2 Tia  (bêta) lệch phía cực dương điện trường, gồm hạt electron 7.3 Tia  (gamma) không lệch cực điện trường, có chất giống tia sáng Những nghiên cứu chất tượng phóng xạ chứng tỏ hạt nhân nguyên tử phóng xạ không bền, tự phân hủy phóng hạt vật chất khác hạt , , kèm theo xạ điện từ tia  Đồng thời với tượng phóng xạ tự nhiên, người ta phát số loại nguyên tử số nguyên tố nhân tạo có khả phóng xạ Ứng dụng đồng vị phóng xạ Mặc dù tới năm 1896 tượng phóng xạ phát nhà bác học Pháp Bec-cơ-ren, đồng vị phóng xạ nhanh chóng đóng vai trò đáng kể lịch sử phát triển kỷ XX kỷ sống Ứng dụng đồng vị phóng xạ lĩnh vực khác kỹ thuật đời sống chủ yếu dựa hai yếu tố: (1) Tương tác mạnh tia phóng xạ với môi trường vật chất mà qua; (2) Do phát tia phóng xạ, đồng vị phóng xạ dễ phát ĐẠI CƯƠNG VỀ VŨ KHÍ HẠT NHÂN - 262 - BÀI GIẢNG Y HỌC QUÂN SỰ – Đại Tá Bác Sỹ : BÙI XUÂN QUANG máy đo phóng xạ, nên đóng vai trò nguyên tử đánh dấu Sau vài thí dụ ứng dụng đồng vị phóng xạ Trong nghiên cứu sinh học nông nghiệp  Trong thành tựu rực rỡ gần nghiên cứu di truyền học, giải mã gen, tìm hiểu vận chuyển axit amin thể sinh vật, … vai trò nguyên tử đánh dấu quan trọng  Các tia phóng xạ có lượng lớn, gây đột biến gen tạo thành giống với nhiều tính chất ưu việt Đây sở cách mạng xanh giới  Tia  đồng vị 60Co tác nhân tiệt trùng, chống nấm mốc hữu hiệu bảo quản lương thực, thực phẩm loại hạt giống Trong y học  Trong y học, đồng vị phóng xạ thường dùng rộng rãi cho hoạt động nghiên cứu, chẩn đoán điều trị  Các hợp chất đánh dấu hóa phóng xạ cung cấp thông tin giải phẫu học nội tạng người, hoạt động quan riêng biệt, phục vụ cho chấn đoán bệnh  Tia phóng xạ sử dụng phương pháp chụp cắt lớp  Từ lâu người ta sử dụng đồng vị 131I chẩn đoán điều trị bệnh tuyến giáp  Tia  hội tụ tạo thành chùm tia có lượng lớn, sử dụng lưỡi dao sắc (dao gamma) ca mổ không chảy máu khối u nằm sâu não, mà bệnh nhân không cần phải gây mê, lại sau ca mổ… Năm 2005, thiết bị “dao gamma” đưa vào sử dụng Việt Nam (tại Bệnh viện Trường Đại học Y khoa Huế) Trong công nghiệp nghiên cứu khoa học  Phương pháp nguyên tử đánh dấu dùng rộng rãi để theo dõi di chuyển nước mặt, nước ngầm, kiểm tra tốc độ thấm qua đê, đập, thăm dò dầu khí, nghiên cứu chế phản ứng phức tạp đo đạc số hóa lý  Tia  với khả đâm xuyên mạnh cho phép kiểm tra độ đặc khít bê tông vật liệu kết khối, phát khuyết tật, nứt, gẫy nằm sâu vật liệu mà phá mẫu  Năng lượng tia phóng xạ gây nhiều biến đổi hóa học, biến tính nhiều vật liệu tạo vật liệu mới, với tính chất độc đáo  Các phương pháp hạt nhân có khả phát tạp chất nồng độ nhỏ (10-9 – 10-8), làm thay đổi đáng kể diện mạo Hóa học phân tích đại Phân tích đồng vị cho phép xác định tuổi mẫu đất đá mẫu hóa thạch… ĐẠI CƯƠNG VỀ VŨ KHÍ HẠT NHÂN - 263 - [...]... chung: ĐẠI CƯƠNG VỀ VŨ KHÍ HẠT NHÂN - 257 - BÀI GIẢNG Y HỌC QUÂN SỰ – Đại Tá Bác Sỹ : BÙI XUÂN QUANG Là y u tố sát thương hết sức quan trọng, y u tố đặc trưng của vũ khí hạt nhân, nhất là vũ khí cỡ nhỏ và cực nhỏ Đối với vũ khí hạt nhân cỡ trung bình, tổn thương do bức xạ xuyên chiếm 15-20%, nhưng với cỡ cực nhỏ, tổn thương do bức xạ xuyên có thể lên tới 40% 2.3.2 Thành phần của bức xạ xuyên: Thực chất... tử, nguyên tử trong không khí bị ion hóa dưới tác dụng của bức xạ xuyên, tạo nên những đám m y ion âm (e-) và đám m y ion dương Khi xuất hiện những đám m y khác dấu như v y thì đồng thời cũng phát sinh một điện trường mạnh, nó đã tác dụng tới các vật liệu điện tử, bán dẫn và g y hư hỏng ĐẠI CƯƠNG VỀ VŨ KHÍ HẠT NHÂN - 260 - BÀI GIẢNG Y HỌC QUÂN SỰ – Đại Tá Bác Sỹ : BÙI XUÂN QUANG KIẾN THỨC HÓA HỌC CƠ... theo gió bay trong không khí một thời gian và rơi xuống đất chậm hơn cách xa điểm chiếu tâm nổ hoặc tâm nổ, tạo thành khu nhiễm xạ xa Khu nhiễm xạ xa và khu nhiễm xạ gần nối liền với nhau ĐẠI CƯƠNG VỀ VŨ KHÍ HẠT NHÂN - 259 - BÀI GIẢNG Y HỌC QUÂN SỰ 2.5 – Đại Tá Bác Sỹ : BÙI XUÂN QUANG Xung điện từ Người ta phát hiện được y u tố n y từ năm 1962 qua các vụ nổ hạt nhân ở độ cao 40 – 480km Nguyên nhân phát... xung quanh hạt nhân mà tại đó xác suất có mặt (hay xác suất tìm th y) electron xung quanh hạt nhân - Các obitan px, py, pz (được viết là AO-px, AO-py, AO-pz) có dạng hình số tám nổi, định hướng theo 3 trục x, y và z của hệ tọa độ Đề-các 5 Tổng hợp sơ đồ cấu tạo nguyên tử : Kích thước, khối lượng nguyên tử Điện tích: 1+ Khối lượng: 1i ĐẠI CƯƠNG VỀ VŨ KHÍ HẠT NHÂNKhối lượng: 1u Hạt nhân nguyên tử Khối... thuật và đời sống chủ y u dựa trên hai y u tố: (1) Tương tác mạnh của tia phóng xạ với môi trường vật chất mà nó đi qua; (2) Do sự phát tia phóng xạ, các đồng vị phóng xạ dễ được phát hiện ĐẠI CƯƠNG VỀ VŨ KHÍ HẠT NHÂN - 262 - BÀI GIẢNG Y HỌC QUÂN SỰ – Đại Tá Bác Sỹ : BÙI XUÂN QUANG bằng các m y đo phóng xạ, nên có thể đóng vai trò của các nguyên tử đánh dấu Sau đ y là một vài thí dụ về ứng dụng đồng vị... (p) Nguyên tử BÀI GIẢNG Y HỌC QUÂN SỰ 6 – Đại Tá Bác Sỹ : BÙI XUÂN QUANG Sự phân rã hạt nhân – phóng xạ và phân hạch Tính phóng xạ: là tính chất của một số hạt nhân nguyên tử không bền có thể tự biến đổi và phát ra các bức xạ hạt nhân (thường được gọi là các tia phóng xạ) Các nguyên tử có tính phóng xạ gọi là các đồng vị phóng xạ, còn các nguyên tử không phóng xạ gọi là các đồng vị bền Các nguyên tử... với oxy và ni tơ trong không khí tạo thành các oxyt và nitrit, phần lớn là oxyt kim loại nặng Các hợp chất phóng xạ oxyt và nitrit sẽ hòa lẫn đám m y phóng xạ, bám và quyện vào bụi đất cát tạo thành bụi phóng xạ có khối lượng và kích thước khác nhau Bụi phóng xạ cỡ nhỏ bay lơ lửng trong không khí g y ra nhiễm xạ không khí, nếu vũ khí hạt nhân nổ rất cao bụi có thể bay vào tầng bình lưu khí quyển, lan... nổ vũ khí hạt nhân, là một nhân tố sát thương đặc trưng và chiếm 10% số năng lượng tỏa ra của vụ nổ Bức xạ dư khác bức xạ xuyên ở chỗ bức xạ xuyên chỉ có tác dụng trong khoảng 10-15s sau khi nổ và trên một diện tích không rộng, còn bức xạ dư thì g y tác hại trong khoảng thời gian dài vài giờ đến vài năm và trên một diện tích rộng có khi tới hàng trăm km 2 ĐẠI CƯƠNG VỀ VŨ KHÍ HẠT NHÂN - 258 - BÀI GIẢNG... là bức xạ xuyên 2.3.3 Bức xạ xuyên của vũ khí hạt nhân Vũ khí nhiệt hạch khi nổ cũng tạo ra bức xạ xuyên như vũ khí phân hạch, nhưng thành phần bức xạ xuyên chủ y u là nơtron và nơtron n y có năng lượng rất lớn, khoảng 14 MeV nên ta gọi nơtron cực nhanh Một điều cần chú ý là tỷ lệ giữa nơtron và gamma trong bức xạ xuyên thì không cố định mà t y theo hình thức nổ, đương lượng nổ và cự ly khoảng cách... số nguyên tử của mỗi đồng vị - Nguyên tố hóa học gồm những nguyên tử có cùng điện tích hạt nhân - Các đồng vị của một nguyên tố hóa học là các nguyên tử có cùng số proton, khác số nơtron 3 Số hiệu nguyên tử Z và số khối A đặc trưng cho nguyên tử: Ký hiệu nguyên tử A Z X 4 Obitan nguyên tử - Chuyển động của electron trong nguyên tử được mô tả bằng hình ảnh của các obitan nguyên tử - Obitan nguyên tử