Próby jądrowe
Próby jądrowe przeprowadzane są głównie w celu sprawdzania i udoskonalania broni jądrowej. Od wynalezienia bomby atomowej w 1945 miało miejsce około 2000 próbnych wybuchów jądrowych, głównie przeprowadzonych przez USA i ZSRR. Od 1992 Rosja i USA utrzymują moratorium na zaprzestanie próbnych wybuchów, w związku z czym ich liczba drastycznie spadła. Niektóre kraje próby broni jądrowej łączyły ze zbrodniczymi testami jej oddziaływania na ludzi. Szczególnie często takie eksperymenty przeprowadzano w ZSRR, m.in. na poligonach w Tockoje, Semipałatyńsku i Nowej Ziemi Do testów używano z reguły żołnierzy, ze specjalnych, tajnych jednostek wojskowych i więźniów gułagów. Również w Stanach Zjednoczonych w latach 40. i 50. XX w. wykonywano próby nuklearne z własnymi żołnierzami. Testy polegały najczęściej na przebywaniu w niewielkich odległościach od epicentrum w płytkich okopach oraz przemarszu przez strefę 0 w kilkanaście minut po wybuchu.
Niektóre mocarstwa atomowe, m.in. Wielka Brytania i Francja testowały broń jądrową nie na własnych wojskach, a na lokalnej ludności zamieszkującej wyspy i atole w pobliżu poligonów na Pacyfiku. W wyniku francuskich prób na Mururoa, zachorowalność na choroby nowotworowe wśród mieszkańców wyspy archipelagu Tuamotu, leżących 400 km od atolu, jest sześciokrotnie wyższa od innych rejonów Polinezji.
Broń jądrowa:
Broń masowego rażenia, gdzie stosuje się reakcję rozszczepienia jąder albo reakcję jądrową do uwalniania w bardzo krótkim czasie ogromnych zasobów energii (wybuch jądrowy). Rozróżnia się różne typy broni jądrowej:
a) Bomba jądrowa (atomowa) - siła bomby jądrowej jest w stanie uzyskać kilkaset kiloton TNT
b) Bomba termojądrowa (wodorowa) - wybuch bomby jądrowej produkuje temperaturę wynosząca ponad 107 K, konieczną do rozpoczęcia niekontrolowanej reakcji termojądrowej. Siła bomby termojądrowej osiągnąć może nawet 100 mln ton TNT.
c) Bomba kobaltowa - podczas wybuchu tej bomby tworzy się w ogromnych ilościach izotop 60Co wysyłający promieniowanie g, co sprawia częściowe zanieczyszczenie promieniotwórcze środowiska. Taka bomba na szczęście nie została jeszcze wypróbowana.
d) Bomba neutronowa - zabija głównie organizmy żywe.
W czasie wybuchu jądrowego następuje lokalny wzrost temperatury do kilkudziesięciu mln K, na skutek czego cała materia w miejscu wybuchu zamienia się w plazmę (powstaje tzw. kula ognista), ogrzanie miejsca wybuchu wywołuje rozprzestrzeniający się początkowo z prędkością ponaddźwiękową skok ciśnienia (falę uderzeniową) i wstrząs sejsmiczny. Ciśnienie w miejscu wybuchu wzrasta do miliardów atmosfer. Wybuchowi jądrowemu towarzyszy promieniowanie elektromagnetyczne (w zakresie od fal radiowych poprzez promieniowanie cieplne i widzialne do promieniowania gamma) oraz strumień neutronów. Po wybuchu widoczny jest charakterystyczny słup popiołu i pary, tzw. grzyb atomowy, obserwuje się też zjawisko opadu promieniotwórczego.
Ze względu na miejsce wybuchy jądrowe dzieli się na: podziemne lub podwodne (kula ognista znajduje się pod powierzchnią Ziemi albo wody, wybuch wywołuje skutek podobny do trzęsienia ziemi), naziemne lub nawodne (kula ognista styka się z powierzchnią gruntu lub wody, wybuch wywołuje największe skażenia terenu), troposferyczne (kula ognista znajduje się całkowicie ponad powierzchnią Ziemi, wybuch ma największy promień rażenia) i stratosferyczne (kula ognista zawiera się w stratosferze, wybuch służy głównie wywołaniu silnych zakłóceń w pracy urządzeń elektronicznych).
Skutki wybuchów jądrowych
Promieniowanie cieplne
Pierwszy szczyt promieniowania cieplnego nie stanowi przeważnie dla człowieka i jego otoczenia wielkiego niebezpieczeństwa. Względnie duże dawki promieniowania ultrafioletowego mogą wywołać u ludzi bolesne pęcherze, a małe dawki mogą powodować zaczerwienienie skóry.
W drugim szczycie sytuacja przedstawia się całkiem inaczej. Szczyt ten może trwać kilka sekund i w tym czasie wydziela się około 99% całkowitej energii promieniowania cieplnego pochodzącego z bomby. Ponieważ temperatury są tu niższe niż w czasie pierwszego szczytu, większość promieni składa się ze światła widzialnego i promieni podczerwonych. Właśnie to promieniowanie stanowi główną przyczynę oparzeń różnego stopnia i zwęglenia skóry u ludzi znajdujących się w zasięgu wybuchu. Ponadto, oprócz podmuchu, który wywołuje większość zniszczeń podczas wybuchu bomby jądrowej również promieniowanie cieplne przyczynia się do ogólnego zniszczenia działając na łatwopalne materiały. W ten sposób powstają pożary, które mogą się szybko rozszerzać w zburzonych przez podmuch budynkach jak również trawić ogromne obszary lasów.
Fala uderzeniowa
Fala uderzeniowa, podobnie jak promieniowanie cieplne również jest przyczyną wielu zniszczeń, towarzyszących wybuchowi powietrznemu. Jest zrozumiałe, że tak silnfala uderzeniowa moze powodować szkody związane z niszczeniem budynków, mostów, instalacji a także siać spustoszenia środowiskowe łamiąc drzewa czy zabijając ludzi i zwierzęta
Bomba uranowa zrzucona na Hiroszimę 6 sierpnia 1945 roku o mocy 15 kt wybuchła na wysokości około 550 metrów. W wyniku eksplozji prawie 98% budynków uległo zniszczeniu, 71 000 osób zostało zabitych, a wiele tysięcy zmarło w ciągu następnych paru lat. Trzy dni później wybuchła bomba plutonowa o energii 20 kt na tej samej wysokości, co w przypadku Hiroszimy.
Kratery
Kolejne skutki ekologiczne wybuchów naziemnych a także wybuchów podziemnych mających miejsce na małej głębokości wiążą się z powstawaniem kraterów. Parowanie skał, gleby, pyłów i innych materiałów, oraz przemieszczenie tychże materiałów przez falę uderzeniową i podmuch, towarzyszący gwałtownemu rozprężeniu się gorącej kuli gazów powodują utworzenie krateru. Wielkość krateru zależy od wysokości, na której eksplodowała bomba, od rodzaju gleby, jak również od mocy bomby. W związku z powyższym negatywne skutki ekologiczne powierzchniowych wybuchów jądrowych to m. in. dewastacja terenu i niszczenie struktur glebowych na obszarach gdzie te wybuchy mają miejsce.
W przypadku podziemnych wybuchów na niewielkiej głębokości kratery powstają w następstwie rozprężania się gazów ognistej kuli, które wyrzucają duże ilości skał i ziemi zalegających ponad miejscem wybuchu. Skutki ekologiczne wynikające z tego faktu są takie same jak dla wybuchów naziemnych
Skażenia promieniotwórcze
Po wybuchu bomby, skażone cząstki i kropelki stopniowo opadają na ziemię. Zjawisko to jest nazywane opadem promieniotwórczym. Opad z towarzyszącą mu nieodłącznie promieniotwórczością, która zanika w ciągu długiego okresu czasu jest głównym źródłem resztkowego promieniowania jądrowego.
Przy wybuchu powierzchniowym duże ilości ziemi, pyłu, gruzu i wody są w początkowej fazie wciągane do kuli ognistej. Po dostatecznym ochłodzeniu, w wyniku kondensacji, produkty rozszczepienia zostają pokryte płaszczem z cząstek gruntu. W wyniku tego powstaje ogromna ilość małych cząstek skażonych materiałem promieniotwórczym.
Natomiast zasadniczo skażenia podczas wybuchów na większych głębokościach ulegają znikomemu rozproszeniu. Niestety, zdarzało się w historii prób jądrowych, że i głębokie wybuchy podziemne przyczyniały się do znacznego skażenia środowiska. Tak było 17 lutego 1989 roku podczas ostatniej próby jądrowej w Kazachstanie. Bombę zdetonowano w górze na Diegielenie. Wybuch wydmuchał z niej wszystkie "wnętrzności" co spowodowało, że do atmosfery przedostała się ogromna radioaktywna chmura, którą wiatr skierował na miasto Czaban.
Promieniowanie jądrowe
Cechą wybuchu jądrowego jest to, że oprócz widzialnego promieniowania cieplnego powstaje niewidzialne promieniowanie jonizujące, złożone głównie z promieni gamma, neutronów i fragmentów rozszczepienia.
Wyróżnia się dwa rodzaje promieniowania jądrowego tj. promieniowanie początkowe i resztkowe. Jako umowną granicę podziału między wyżej wymienionymi rodzajami promieniowania przyjmuje się okres 1 minuty po wybuchu. Początkowe promieniowanie jądrowe, emitowane w przybliżeniu w ciągu pierwszej minuty po wybuchu, składa się głównie z neutronów i promieni gamma, powstałych w procesie rozszczepienia. Samorzutna emisja cząstek beta i promieni gamma z substancji radioaktywnych będących produktami rozszczepienia jest przyczyną promieniowania resztkowego. Promieniowanie gamma i neutrony ze względu na wybitnie szkodliwe oddziaływanie na organizmy żywe oraz ze względu na ich szeroki zasięg, są niezwykle istotne dla oceny zjawisk związanych z wybuchem jądrowym.
Podczas oddziaływania promieniowania jądrowego na organizmy żywe ma miejsce naruszanie złożonego aparatu regulującego wszystkie procesy zachodzące w komórce i określającego dziedziczność cząsteczki DNA i RNA. Cząstki jonizujące mogą wywoływać bezpośrednie zmiany w cząsteczkach DNA i RNA wybijając elektrony, bądź też mogą oddziaływać na cząsteczki DNA i RNA pośrednio, wywołując jonizację cząsteczek wody wchodzącej w skład protoplazmy. Cząsteczki wody rozpadają się na jony H i OH. Jony OH przyłączają rozpuszczony w protoplaźmie tlen i tworzą bardzo aktywne chemicznie cząsteczki HO i cząsteczki wody utlenionej, które wchodzą w reakcje chemiczne z cząsteczkami białka molekuł DNA i RNA i niszczą je.
Zbiór objawów wywołanych przez napromieniowanie części lub całego organizmu dużą dawką promieniowania jonizującego nazywa się chorobą popromienną. Charakterystycznymi objawami są wymioty, biegunka, brak apetytu, ogólne osłabienie organizmu, zmniejszenie się liczby białych ciałek krwi. Następuje wypadanie włosów, wylewy krwi w skórze i w błonach śluzowych (szczególnie w układzie pokarmowym) prowadzące do powstania owrzodzeń, gorączka, niedokrwistość, możliwość zmętnienia gałek ocznych i bezpłodność.
Jeśli dawka, jaką otrzymał cały organizm lub najbardziej czułe na napromieniowanie organy (szpik kostny, gruczoły płciowe, błony śluzowe układu pokarmowego) jest duża, to po tych etapach choroby następuje śmierć. Istotne jest, że zmiany w organizmie wywołane długotrwałym działaniem promieniowania o małej mocy lub wielokrotnymi dawkami małymi stopniowo nakładają się. Ich końcowy rezultat nie jest jednakże tak groźny dla organizmu jak jednorazowe otrzymanie dużej dawki równej sumie małych. Jeśli otrzymana dawka nie jest śmiertelna, następuje powolny, mogący trwać wiele miesięcy, powrót do zdrowia. Napromieniowanie nie wywołujące nawet choroby popromiennej może mieć cały szereg groźnych dla organizmu skutków w postaci rozwoju nowotworów złośliwych lub białaczki.
Promieniowanie może być także przyczyną zmian genetycznych w organizmach żywych. Niewielkie zmiany genetyczne (mutacje) nie wywołują natychmiastowej śmierci komórki, są jednak przekazywane następnym pokoleniom. Najczęściej są to zmiany ukryte, ujawniające się nieraz dopiero w dalszych pokoleniach, kiedy zdarzają się jednakowe mutacje u obojga rodziców. Większość mutacji jest szkodliwa i w przyszłości może być przyczyną śmierci organizmu lub jego potomstwa.