Készítette: Gyimes Dávid Márk. Témavezető: Dr Horváth Ákos Egyetemi docens. Budapest

Átírás

1 EÖTVÖS LORÁND TUDOMÁNYEGYETEM TERMÉSZETTUDOMÁNYI KAR KÖRNYEZETTUDOMÁNY CENTRUM NUKLEÁRIS HADVISELÉS HATÁSA A KÖRNYEZETRE SZAKDOLGOZAT Készítette: Gyimes Dávid Márk Témavezető: Dr Horváth Ákos Egyetemi docens Budapest 2018

2 Nukleáris hadviselés hatása a környezetre Bevezetés A szakdolgozatom egy nukleáris környezetfizikai témát dolgoz fel, ami a II. Világháború és 1990-es évek között eltelt időszakban történt eseményeket dolgoz fel. Ez a hidegháború időszaka, és ennek egyik fontos része volt a nukleáris fegyverkezés. Akkoriban nem kapott hangúlyt ennek környezetre gyakorolt hatása, ezért napjainkban fontos feltárni, milyen szennyezések maradtak ránk, és annak milyen hatásai vannak. A dolgozatban áttekintem a nukleáris hadviselés kialakulását, fejlődését, annak környezeti hatásait, emberekre gyakorolt hatásának egyes aspektusait, majd egy a Cár bomba alapján készített hatástanulmányt is elemzek. A szakdolgozat második felében azt vizsgálom meg, hogy a fiatalok körében népszerű Fallout játékok virtuális világa mennyire mutat tudományosan alátámasztható képet. A szakdolgozatomban először a nukleáris fegyverek és fegyverkezés történelmét járom körbe, majd az általános felépítésüket, hatásukat, főleg a kihullással (fallouttal) kapcsolatosakat. Ezen részben főleg a cézium kihullásával foglalkozom, majd a detonáció különböző hatásait írom le, a céziumról szóló részt egy kutatással egészítem ki. Mindez után a környezeti hatások egy lehetséges verzióját bemutatom a Fallout játékok alapján. 1. A nukleáris hadviselés A nukleáris fegyverek (vagy másnéven atombombák) olyan fegyverek, melyek maghasadással vagy hasadás és fúzió keverésével kis mennyiségű anyagból nagy mennyiségű energiát adnak le. A nukleáris fegyverek történetét a [12] hivatkozás alapján mutatom be, ami egy Wikipedia oldal, szakmailag alátámasztottnak tekintem. Az első az atombomba, a második pedig a hidrogén-, vagy másképp termonukleáris bomba. Az első tesztrobbantás során, amely Alamogordoban, Új-Mexikóban történt július 16-án, a felszabadult energia egyenlő volt tonna TNT által leadottéval (ennek neve Trinity bomba ), az első termonukleáris tesztrobbantás pedig a Marshall szigeteken történt, melynek ereje 10 Mt (megatonna) TNT-ével volt egyenlő. [12][51] Atomfegyvert háborús körülmények között eddig 2 alkalommal dobtak le, a japán szigeteken található Hirosimára, majd Nagaszakira. A történelem 2

3 során ezen felül 1998-ig 2051 tesztrobbantást végeztek, 1963-ig még a szabad ég alatt, azután pedig felszín alatti robbantások során. Jelen tudásunk szerint a világon a következő országok birtokolnak nukleáris fegyvert: - Amerikai Egyesült Államok (USA), Oroszország, Egyesült Királyság (UK), Franciaország, Kína, India, Pakisztán, Észak Korea. [52][12] 1.1 Az első atombombák kifejlesztése, Manhattan projekt és előzményei Az atombombák mindig használják a maghasadás jelenségét. A maghasadást Otto Hahn és Fritz Strassmann fedezte fel 1938-ban. Egy évvel később Lise Meitner és Otto Fritsch a neutronok által kiváltott hasadást is felfedezték, és a Nature folyóiratban erről beszámoltak L. Meitner & O. R. Frisch (1939)."Disintegration of Uranium by Neutrons: a New Type of Nuclear Reaction". Nature. 143 (3615): 239. Az első kísérleti atomreaktort Enrico Fermi vezetésével 1939-ben működtették Chicagoban..[12] Későbbiek során Teller Ede közvetítésével Albert Einstein és Szilárd Leo levelet írt az USA elnökének Franklin D. Roosevelt amerikai elnöknek, melyben felhívták az elnök figyelmét arra, hogy Németország valószínűsíthetően nukleáris energia tervbe kezdett, melynek következménye lehetett volna atombomba előállítása, majd javasolták, hogy készüljön fel Roosevelt erre a lehetőségre. Ekkor megalapították az Urán Tanácsadó Bizottságot (Advisory Comittee on uranium), Sokan ezt a lépést vélik a Manhattan project kezdetének. [10][11] A Manhattan project során állított elő első ízben az USA Kanada és UK segítségével atombombát és 1946 között Leslie Groves vezetésével, Robert Oppenheimer [2] által a Los Alamos Laboratóriumban állították elő a tényleges bombákat. A projekt kései állapotában embernek adott munkát, mai értékre átszámolva 22 milliárd amerikai dollárt emésztett fel (2 milliárd akkori amerikai dollár). Ennek mindössze 10 százaléka került a bombák kifejlesztésére és legyártására, a többi a gyárak megépítésére és hasadó anyag előállítására. A projekt során fejlesztették ki a később élesben felhasznált Fat Man és Little Boy bombákat is. A Little Boy uránbomba volt, míg a Fat Man plutónium hasadásával termelte az energiát. 3

4 Az kezdeti akadály az volt, hogy az első plutónium bombát (Thin Man 1]) a 240-es plutóniumból nagyobb arányban tartalmazó reaktorokban jelenlévő anyagból akarták megalkotni, de ez az izotóp túlságosan gyorsan spontán is elkezdi a láncreakciót. Ezért különösen pontos technikai megoldás szükséges a plutónium hasadásos bomba felrobbantásához. Ez az implóziós, azaz befelé robbanó bomba. Ennek a lényege, hogy két részre bontják a bombát, egy külső robbanóanyagokkal teli és egy belső nagyon sűrű részre, majd a külső részt felrobbantva a belső mag felé nagy nyomás hat, így létrehozva a szuperkritikus állapotot, tömeget. [4] Mi is az a kritikus tömeg? [3] Az a legkevesebb tömeg, mely képes fenntartani a nukleáris láncreakciót. Ez függ az anyag hasadási hatáskeresztmetszetétől, sűrűségétől, alakjától, dúsítási fokától, szennyezettségtől, hőmérséklettől, a hasadó anyag környezetétől. Ennek a további formája a szuperkritikus tömeg, melynél a spontán maghasadás is képes elindítani a hasadási láncreakciót, így energiát termel. A leghíresebb befelé robbanó töltet a Nagaszakira ledobott Fat Man. [7] Oppenheimer munkássága volt a Los Alamos-i laboratóriumi dolgozókkal együtt a fegyver előállítása. Eközben kísérleteztek a radioaktív lantánnal is, ez volt a RaLa experiment 0], amely során a konvergáló/összetartó lökéshullámok hatásait vizsgálták, hogy a megfelelő időben és helyen legyen a plutónium összerobbantva. A két plutónium réteg között egy 76 milliméteres uránium réteg volt, melynek célja a plutónium összetartása és az elszökő neutronok bent tartása volt. Végül galliummal ötvözve tudták gömb alakúra önteni a hasadó anyagot ebben a technikai megoldásban A Trinity teszt: Az első fontos állomás a történelemben a Trinity-teszt volt, mely az Alamagordo közelében található katonai repülőtéren történt meg. [42][43] A neve the gadget ( szerkentyű ) lett. A tesztre július 16-án került sor, az ereje 20 kilotonna TNT-ével egyezett meg. A robbantás során a bomba által leadott fény a Nap fényét is túlszárnyalta. Oppenheimer a következő gondolatokat fogalmazta meg évekkel később: We knew the world would not be the same. A few people laughed, a few people cried. Most people were silent. I remembered the line from the Hindu scripture, the Bhagavad Gita; Vishnu is trying to persuade the Prince that he should do his duty 4

5 and, to impress him, takes on his multi-armed form and says, 'Now I am become Death, the destroyer of worlds.' I suppose we all thought that, one way or another. [2] 1. ábra: A Trinity bomba gombafelhője. (forrás: A Truman levelek: augusztus 6-án Truman elnöksége alatt a Fehér Ház által kiadott közleményben az USA népének és az egész világnak leírták, hogy megtalálták a módját annak, hogyan használják hadi célokra a nukleáris energiát. [5] Majd a jövőbeni terveiket ugyanezen energia békés használatára, továbbá elért eredményeiket is közzé tették, miszerint a sajtóközlemény idején már 2 nagyobb és több kisebb üzemük van, ami atomenergiát állít elő. Japán nem fogadta el a Potsdamban kiadott nyilatkozatot, így engedélyt adott az elnök és a Fehér Ház atombombák használatára Hirosima és Nagaszaki Az első robbantás Hirosimában, 530 méter magasan történt, Hirosima nagyját, közel 70%-át elpusztította. A halálos áldozatok száma meghaladta a főt azonnal, további sérülttel. [44][45] A bomba ereje 15 kilotonna TNT-ével egyezett meg. Hatóterülete 4,5 négyzetmérföld (11,65 négyzetkilométer). Ez volt a Little Man (a Thin Man továbbfejlesztett és átgondolt változata). Működése egy fegyveréhez hasonlított, egy üres henger alakú urániumot ( bullet ) egy detonációval az összeillő darabjával 5

6 egyesítettek ( target ), így létrehozva a kritikus állapotot. Ez a fegyver típusú ( gun type weapon ). Augusztus 9-én eredetileg Kokura városát célzó Fat Man végül az időjárási körülmények miatt a másodlagos célpontot, Nagaszakit pusztította el. 20 kilotonnás erejével a város 44%-át elpusztította (ez közel hasonló a Trinity teszthez). Hatósugara 2 négyzetmérföld (5,18 négyzetkilométer) ember halálát okozta, en megsérültek. Ez a korábban említette befelé robbanó töltet (implosion type weapon). [4][7][12] Hirosimában a pusztítás nagyobb részét a tűz tette ki, az extrém hőmérséklet felgyújtotta a város nagyját, hiszen az épületek főleg fából épültek. Nagaszakiban inkább maga a robbanás és a lökéshullám volt az, ami a nagyobb pusztítást végezte. Nagaszaki elhelyezkedése és környezeti, földrajzi adottságai miatt a potenciális pusztulásnak csak egy részét szenvedte el, a hegyek, a víz nem hagyták érvényesülni a robbanást teljes mivoltában. Az elektromos hálózatot mindkét helyen a robbanás közbeni elektromágneses villanás hónapokra tönkretette. 2. ábra: Hirosimára és Nagaszakira ledobott atombombák gombafelhője (forrás: ) 1.5. A hidegháború, egyezmények: Ezek után kezdődött a fegyverkezési verseny a volt Szovjetunió és az USA között. Az atomháborút megelőzendő, 11 tudós, köztük Albert Einstein aláírásával végül Pugwash Conferences on Science and World Affairs néven 1957-ben tartottak egy konferenciát, ahol Einstein legutolsó történelmi tettét vitte véghez 11 társával együtt. Figyelmeztették a világot a közelgő atomháború következményeire, majd 6

7 létrehozták a Pugwash Conferences on Science and World Affairs-t..[9][12][54] Az 1960-as években a fegyverkezés elleni és a környezet védelmének érdekében egyezmények előkészítése és hatályba lépése volt egy fontos nemzetközi diplomáciai lépés, amely szabályozta a hidegháború közbeni fegyverkezési versenyt ban a Partial Nuclear Test Ban Treaty kötelezővé tette, hogy minden kísérleti robbantás felszín alattinak kell, hogy legyen, a nukleáris fallout-ot megelőzendő (fallout jelenségről később). Az 1968-ban aláírt Treaty on the Non-Proliferation of Nuclear Weapons (magyarul ez az Atomsorompó Egyezmény) célja pedig a békés célú atomenergia felhasználása és információk cseréjének megkönnyítése volt ban írták alá a Comprehensive Nuclear-Test Ban Treaty-t. Napjainkban (2018 szeptembere) 167 ország hagyta jóvá továbbá 17 ország írta alá, de nem hagyta jóvá. Jelenleg nem lépett életbe az egyezmény, mivel bizonyos országok nem hagyták még jóvá (Kína, USA, Egyiptom, Irán, Izrael) vagy nem írták alá (India, Észak-Korea, Pakisztán) ig bezárólag os aláírása óta több alkalommal is végeztek nukleáris teszteket ban Pakisztán, India és Észak-Korea 6 bejelentett tesztet hajtott végre 2006 és 2017 között. Az elfogadáshoz 44 specifikus ország aláírása kell, 2012-ig bezárólag 8 országé még hiányzott. A volt Szovjetunió és az USA között több alkalommal is volt egyezmény ám hatályba nem léptek, kivéve egyet (1991-ben aláírt START 1), ám így is sikerült mérsékelni a nukleáris robbanófejek számát így az atomháború lehetőségét és pusztításának potenciális fokát ban a Nemzetközi Bíróság a Genfi egyezményt, Hágai egyezményeket, ENSZ alapokmányát és az emberi jogok egyetemes nyilatkozatát megszegő és több nemzetközi törvényt áthágó tetté nyilvánította az atombombák használatát, vagy azzal való fenyegetést. További egyezmények bizonyos országokat atomfegyver-mentes zónákká tették, ahol sem azok gyártása, sem oda lövése, vagy onnan kilövése nem engedélyezett. A nukleáris arzenál felállítását pedig különböző katonai vagy gazdasági lépésekkel (szankciók) előzik meg a világban A bombák fajtái A következőkben egy lehetőleg teljes leírást adok a különböző atombombafajtákról, majd a Cár bombára külön kitérnék, mint a valaha felrobbantott legnagyobb atombomba. [12][1][4][7][8] Hasadásos bombák: 7

8 A fissziós bombákat nevezik atombombának, tévesen, hiszen nem atomok között, hanem atomon belül történik a változás. Nem kötések szakadnak fel, hanem atommagok hasadnak. A helyesebb megfogalmazás a nukleáris bomba lenne. Az atomerőműveket is helyesebben nukleáris erőműveknek kellene hívni, ahogy azt például az angolok is teszik a nyelvükben ( nuclear power plant ). A fissziós bombákban nehéz atommagok (uránium, plutónium) hasadnak leányelemekké hasadással, neutronok hatására. Ezen bombákat nem lehet a végtelenségig növelni, hiszen a korábban említett kritikus állapot vagy tömeg felett a láncreakció már magától megindul. 3. ábra: A hasadásos bomba (Fat Man) szerkezetének vázlata (forrás: ) Hidrogénbombák: 4. ábra: A hidrogénbomba modern felépítése, szerkezetének vázlata (forrás: XCNNEVxKiUk) A hidrogén vagy fúziós bombák az atommagok fúzióján alapulnak. [46] Könnyű atommagok (hidrogén, hélium) egyesülnek, nagyobb tömegű atommagokká miközben nagy mennyiségű energiát adnak le. Az elnevezés itt is félrevezető, hiszen a 8

9 hidrogénbombák hatásának nagy részét egy fissziós bomba adja, ezen felül van még a fúziós, hidrogén alapú bomba. A másik neve a termonukleáris bomba, vagy kétfázisú bomba. Nagy hőmérséklet és nyomás kell ezekhez, emiatt elvi felső határa nincs a hidrogénbombák tömegének, sem a hatásának (nagy hő és nyomás nem mindig és mindenhol adott). Működése során Teller-Ulam tükörbe koncentrálják a gyutacs bomba által leadott hőmérsékleti sugárzást, itt található a fúziós mag. Egyéb bombák: Fúzióval erősített fissziós bombák: A hasadóanyag közepébe deutérium-trícium (hidrogén izotópjai) kerül, amely a fissziós bomba hatásfokát növeli. Háromfázisú bombák: Ennél a típusnál az urán 238-as izotópját is fel tudják használni, mint köpenyt. Neutronbomba: Megnövelt sugárzású nukleáris fegyver. A detonáció során keletkező neutronokat nem nyeli el a bomba külső rétege, szándékosan hagyják a bombát elhagyni. Hatása kisebb fizikailag, de biológiailag már mindent elpusztít a hatáskörén belül, így páncélozott járművekben sem lehet túlélni. Kobaltbomba: A külső réteget akarták lecserélni, így a neutronok befogása után Kobalt60 izotóp szóródott volna szét, amely még évig lakhatatlanná tette volna a detonáció helyét. Doomsday engine-nek, máshogy Végítélet gépnek is nevezték, valószínűleg soha nem készült ilyen. Szilárd Leó állítása szerint nagyon kevés is elég lenne a Föld lakhatatlanná tételéhez. Piszkos bomba: Klasszikusan nem nukleáris bomba, viszont ide sorolják. Egyszerű kémiai alapú bomba, aminek a töltetébe sugárzó anyagot raknak, így növelve a hatását. [12] 2. Az atombombák hatásai: 9

10 Mindegyiknek több hatása van. Legnagyobbak ezek közül a lökéshullám (a hatás 40-60%-a), mely a fizikai rombolást viszi végbe, elektromágneses impulzus (szinten 40-60%), a hősugárzástól a röntgensugárzásig szinte minden megtalálható a spektrumában. Radioaktív sugárzás, ami neutron és gammasugárzást takar (10-20%). [10][12][14][16][17] A három hatása mindig együtt jelentkezik. Az EM sugárzás hatótávolsága elvileg a hatóerő négyzetgyökével arányosan nő, de gyakorlatban kisebbnek mérték, a lökéshullám a hatóerő köbgyökével, a primer radioaktivitás növekedése ennél is kisebb. Elvileg a megatonnás bombák felett a detonáció után a leadott hőmennyiség adja a pusztítás legnagyobb részét. A nukleáris fegyverek a kémiai alapúaktól annyiban különböznek, hogy sokkal nagyobb energiát adnak le sokkal rövidebb idő alatt. E mögött az a fizikai alaptörvény húzódik meg, hogy a kémiai reakciók során az atomok elektronszerkezete rendeződik át. Az elektromágneses kölcsönhatás vezérli a folyamatokat, és kev az egy-egy molekulára jutó energiafelszabadulás nagyságrendje. Ezzel szemben a magfizikai folyamatok során MeV energia szabadul fel, minden atommag-reakcióban. Ezért a magfolyamatokkal működő bombákban is nagyságrendekkel nagyobb az energiafelszabadulás koncentrációja. A folyamatok sebességét a magfizikai folyamatokban a keletkezett részecskék (például neutronok) nagy sebessége gyorsítja fel egyrészről. Ezek a fénysebességnél alig egy nagyságrenddel kisebb sebességek és az atommagátrendeződés gyorsasága együtt alakítják ki az energiaátalakulás idő rövidségét. A detonáció utáni pillanatok teljes mértékben hasonlóak a kémiai alapú robbantásokhoz, sűrűbb közegben az energia abszorbeálódik (például vízben), ha a felszín feletti robbantás történik, a pusztító erő akkor a legnagyobb. Természetesen a hasonlóságok a hagyományos robbanószerhez képest a lökéshullámig és a tűzgolyóig terjednek, a hosszabb távon ható sugárzás, sugárzó anyagok légkörbe juttatása a legfontosabb különbség. A robbantás mértékétől függően ez akár a robbanás hatása tropopauzát is átszakíthatja. A Trinity robbantásnál ez elvileg nem történt meg, a Cár bombánál és jónéhány nukleáris tesztnél viszont igen. Ezesetben az alsó sztratoszféráig is eljut a robbanás után kialakuló feláramlás. Ezután a troposzférában megszokott tartózkodási idejükhöz képest több ideig maradnak a légkörben a feljutó aeroszolok és az ezekhez tapadt radioaktív atomok is (aeroszolok általában 1-2 éves tartózkodási időt érnek el a sztratoszférában). Ebből fakadó probléma, hogy a teljes légkörben, a 10

11 sztratoszféra aljában szétterülhetnek a földfelszín teljes területe felett. Majd ezután a tropopauzán átdiffundálva egyenletesen szórják be a földfelszínt. Ez aeroszolok szemszögéből hűtőhatással egyenlő, amely előnyt a sugárzás hátránnyá kovácsol. Így a robbantás által radioaktív korom a robbantástól függően a teljes földre hatással lehet Cézium-kihullás A 137 Cs legfontosabb forrásai a nukleáris erőművek, és a felszíni atombomba robbantások. Atombomba nem robbant fel felszínen eddig Európa területén. Kivétel a legnagyobb erejű fúziós bomba, a Cár-bomba, amit a lakatlan Novaja Zemlja területén robbantottak fel. De ez a sziget még éppen Európához tartozik földrajzilag Wikipedia alapján. Az 1986-ban Csernobilben történt atomerőmű baleset viszont a radioaktív anyagok jelenlétét okozta az európai talajokban. A cézium kihullás jelenséget a 137 Cs talajban történő mérésével évtizedek óta vizsgálják. A nukleáris tesztek 1964 előtt a világon körülbelül egyenletesen és átlagosan 1-3,5 kbq/m 2 kihullást alakítottak ki, de ehhez Európában hozzáadódott a Csernobili atombaleset hatása 1986-ban, majd a Fukushimai baleset a Japánban. A reaktorbaleseteknél keletkezett magas hőmérséklet nem volt elég ahhoz, hogy a feláramlás a tropopauzát is áttörje. Így e szennyezések lokális természetűek maradtak és az aktuális meteorológiai viszonyok határozzák meg a felszíni kihullás eloszlását. A Cs leginkább nedves kihullással (eső) érkezett a csernobili baleset után a felszínre. A legnagyobb terhelés Fehéroroszországban és Ukrajnában történt, maximum kb kbq/m ábra: A 137Cs kihullás térképe a csernobili baleset előtt, a nukleáris tesztek hatásaként (bal panel) és utána [53]. Cézium atlasz alapján. Az 1986-os magyarországi Cs kihullás mérésével tudományos cikkek is foglalkoztak. Például Pest-megyei talajmonitorozó mintavételi sorozat elemzésével A 11

12 talajok cézium-137 koncentrációja Pest megyében című kutatásában Szabó Katalin Zsuzsanna és munkatársai vizsgálták ezt. [14] Kutatásukban kimutatták, hogy a 137 Cs Pilisben, Budai hegységben és a Gödöllői dombság északi részén a talaj felső részében (átlagosan 30 cm) nagyobb a koncentráció (10,0-61,1 Bq kg-1), mint a Gödöllői dombság déli részén, Pesti síkságon és a Börzsönyben. A cézium agyagásványokon történő szorpciójával magyarázható, hogy a talajnak csak a felső 30 centiméterében volt található 137 Cs. A cézium a kálium helyét vette át az agyagban (főleg illit és kaolinit iránt van affinitása). A 137 Cs fontos tulajdonsága, hogy nedvesen ülepedik. A kutatásban rámutattak, hogy az Országos Meteorológiai Szolgálat (OMSZ) kiemelten figyelte a katasztrófa utáni időszakot. A szél Magyarország felé is fújta a légköri szennyeződést Nyugat Európa felől, két napon esett (április 29, május 8) 30 mm feletti eső a nagyobb 137 Cs koncentrációjú területek felett. A kisebb koncentrációjúak felett 14mm eső esett le átlagosan. Ebből következik a jelenléte Pest megyében, és azoknak heterogén eloszlása is. A kutatás során olyan céziumot vizsgáltak, mely a troposzférából ülepedett le. Ám a korábbi állítással összevetve, ha a sztratoszférába kerülnek a különböző radioaktív anyagok, majd onnan kezdenek el először a tropopauzán átjutni, majd kiülepedni, látható, hogy a gond gyorsan helyiből globálissá válhat. A helyzetet súlyosbítja, hogy 1948 és 1963 között az USA, UK, Szovjetunió és Franciaország összesítve 602 (ebből jelenlegi tudásunk szerint 530-at légkörben) kísérleti robbantást végzett, mindet felszín felett. Ennek a legnagyobb része a Föld északi félgömbjén történt meg, amiből következi, hogy a cézium, stroncium radioaktív izotópjai, amik az atomkorral járnak, mérhető mennyiségben megtalálhatóak a mai napig is akár. A cézium-137 felezési ideje 30,17 év, a stroncium-90-é pedig 28,9 év. Ha kiszámoljuk, N=N 0 * e - λt képlettel, amiben a λ=ln2/t 1/2. N 0 -t 1-nek (eredeti kiindulási anyagot 100%-nak vettem), akkor az eredeti cézium 28,6%, a stronciumnak pedig 26,7 % maradt meg. Az időt 55 évnek vettem, az 1963 és 2018 között (t=55y) A robbantások környezeti hatásai Az első fontos hatása a robbantásoknak a radioizotópok kihullása a felszínre, a földfelszín radioaktív szennyezése, ahogy az előző alfejezetben leírtuk. [13][14][16][17] A felszín feletti nukleáris tesztek során az Egyesült Királyság és 12

13 Franciaország a déli féltekén végezték a légköri robbantásokat. A sztratoszféra északi és déli része közötti anyagátmenet azonban az ITCZ (Intertropical Convergent Zone, lényegében egy szinte teljesen szélcsendes öv az Egyenlítő mentén) okán 2-4 évre nő, azaz ennyi idő kell ahhoz, hogy az északi és a déli féltekén a sztratoszféra adott anyagra nézve homogén legyen. Így nem teljes mennyiségében, de a cézium, és aeroszolok képesek globálisan elterülni. Franciaország és az Egyesült Királyság főleg a déli féltekén történt robbantásai, így a kihulló (fallout) anyagoknak csak csekély része érte el őket. Ám a SZU és az USA robbantásai saját területeiket is beszennyezték, és Európát is jobban elérték ezek hatásai. A cézium, mivel jól oldható vízben, ezért a legnagyobb része tengerekben (Balti-, Fekete-tenger főleg) és óceánokban (északkeleti atlanti partvidék) található meg. Európában főleg a csernobili események és a szovjet robbantások okoztak megemelkedett radioaktivitást, az óceánokban már a szovjet és amerikai robbantások együttes hatása vehető észre. A tengeri élővilágban a cézium és stroncium akkumulálódik, majd a táplálékláncon keresztül az állati és emberi szervezetbe jut. Ám a felezési idejük relatív rövidsége miatt 2200-ra már szinte 100%-osan eltűnnek a talajból, vízből, levegőből. Ám addig is a tengeri élővilágot és ökoszisztémát roncsolják. Megemlítendő még, hogy az amerikai Nevada sivatagban végzett tetemes mennyiségű tesztrobbantás miatt radioaktív jód (I-131, I-133) is került a levegőbe, C- 14-es izotóppal együtt. A jód nem sokkal később csapadék útján a bioszférába került, mely megemelkedett pajzsmirigy rákos megbetegedést eredményezett ben is még nagy eséllyel megtalálhatóak voltak a különböző radioaktív izotópok, az említetteken felül még a Pu239, Pu240. A volt Szovjetunió területén is hasonló a helyzet, Am-241-el kiegészítve. A legnagyobb sugárzási értékeket és radioaktív izotópok koncentrációját a korábbi teszthelyszíneken mutathatták ki. EMP A robbantások egyik érdekes hatása az EMP, azaz electro-magnetic pulse, elektromágneses lökéshullám/lökés. Először az amerikaiak figyelték meg ezt a hatást, az 50-es években, a kísérleti robbantások után. Lényege, hogy a könnyebb elektronokat a robbantás arrébb sodorja, a pozitív töltésű ionokat és protonokat pedig kevésbé, így töltéskülönbséget okozva. A legfontosabb tényező ezesetben, hogy milyen magasan történt a detonáció. Minél magasabban, a hatás annál nagyobb volt. 13

14 Tűzlabda és lökéshullám Az utolsó fontos hatás pedig a robbanás középpontjában található tűzlabda, az ezzel együtt leadott hősugárzás, valamint az emiatt kialakuló lökéshullám. A robbanáskor elinduló lökéshullám a nagy sebességű, irányítottan mozgó gázmolekulák árama, amelyek a detonáció helyétől a gömb minden irányába terjednek. Ha egy 1 megatonnás bombát robbantanánk, és egy amerikai faházat veszünk alapul, ami 34,5 kpa túlnyomáson dől össze, akkor 3000 méter magasan robbantott atombomba az ilyen erejű lökéshullámot és túlnyomást 7000 méterig képes létrehozni. A szél, ami a lökéshullámot kíséri, képes embereket akár 8 km-re a detonációtól feldönteni, falhoz nyomni a megszokott gravitációs erő többszörösével. [17] Elvileg egy 1 megatonnás bombát 8 km távolságból már túl lehet élni, feltéve, ha az extrém hő nem égeti meg a bőrüket, vagy egyéb égési sérülést nem okoz. Ezen felül, ha közvetlenül az atombomba detonáció után észlelhető fénybe az ember közvetlenül belenéz, mindenféle védelem nélkül, akkor vakságot is okozhat. Ezek együttese, a leadott hő majd a lökéshullám, ha elég nagy, egy tűzvihart is képes okozni (mint ez megesett Hirosimában), amely minden gyúlékony anyagot, ami nem a közvetlen környezetben volt, felgyújthat, elégethet. A hő hatása még, amit a Trinity robbantásnál írtak le, hogy a földfelszínt és annak pár méteres felső rétegét kőzet-, és ásványtanilag átalakíthatja. Az extrém hő hasonló hatást ér el, mintha egy vulkán kitörne, és metamorf kőzetté alakítaná az alatta található egyéb kőzeteket. Trinity site-nál zöldes, üvegszerű kőzeteket írtak le. A fentebb említett tűzviharhoz szükséges feltételek: - 8 font (3,62 kilogramm) éghető anyag négyzetlábanként (0,093 m 2 ) - Legalább a fele az épületeknek a területen már lángokban kell, hogy álljon - 8 mérföld/órás maximum szél (12, 87 km/h) - az égés alatt lévő terület legalább fél négyzetmérföld (1,29 km 2 ) Egészségügyi hatások: A bombákat emberi civilizáció felett robbantva a fényhatások miatt vakság következhet be. Az égési sérülések mellett a radioaktív sugárdózis a robbantáshoz közeli területen, ha meghaladja a 300 msv értéket, akkor determinisztikus hatásai vannak. Ez azt jelenti, hogy néhány napon belül tapasztalható elváltozások jelennek meg. Ilyenek a hajhullás és a limfociták számának csökkenése a vérben, ami miatt az emberek könnyebben 14

15 betegednek meg. A robbantás közvetlen centrumában a félhalálos dózisnál is nagyobb dózisok is előfordulhatnak. Ezek többféle mechanizmus alapján, néhány napon belüli halálos roncsoló hatásokat váltanak ki. A hosszabb távú hatása az extra sugárdózisnak a pajzsmirigy rák és a fehérvérűség kialakulása, anémia. Egyéb hatások Egyéb lehetséges szcenárió pedig a nukleáris tél fogalma. Lényege, hogy a robbantások után a tűzvihar a környező erdőket, a települést is felgyújtja, így fekete füstöt, kormot juttat a levegőbe. Ennek mennyiségétől függően R. P. Turco, O.B. Toon, T. P. Ackerman, J. B. Pollack, és Carl Sagan azt a teóriát vetették fel,[55] hogy elegendő égés után ez a füst akkora térfogatú és tömegű lehet, hogy a Nap sugarait is eltakarhatja, így egy télhez hasonló meteorológiai viszonyokat idézne elő, amely hetekig, vagy a kiülepedés végéig tartana. Logikusan következő hatások ebből a sötétség, fagypont alatti hőmérséklet, nukleáris fallout miatt radioaktív sugárzás, növények pusztulása, így állatoké, majd hiány az emberi szervezetben is. Ezzel együtt nem bizonyított ez a feltevés, csak egy lehetséges kimenetel A Cár bomba Ezután következzék egy megtörtént esemény, a Cár bomba robbantásának esete. Ez a valaha felrobbantott legnagyobb nukleáris bomba, RDS-220 volt. [12][13][18][19] A típusát tekintve termonukleáris- vagy hidrogénbomba. Az oroszok Iván vagy Ványa kódnéven emlegették, a nyugati kultúrák pedig Cár vagy Uralkodó bombaként október 30-án robbantották fel. Ereje 50 megatonna TNT-ével volt egyenlő. A bomba háromfázisú volt, Trutnev-Babaev második és harmadik fázissal. A megfigyelések és bizonyítékok alapján a Cár-bombában nem csak egy darab harmadik fázist helyeztek el. Elméletileg 100 megatonnás is lehetett volna. Ez a hidrogénbombák második és harmadik fázisában megszokott módon elhelyezendő urán fedőrétegek ólomra cserélésével lett kisebb. Így ugyanis az urán hasadásából származó energiafelszabadulás nem jön létre és ezzel az urán hasadványai sem keletkeznek. Az ólom atommag nem hasad el a neutronok hatására, ezért itt nincs meg az 50 Mt és a vele járó radioaktív kihullás sem. A fallout (kihullás) miatt végül ezt nem lépték meg, a maximális teljesítmény tesztelését, ezen felül a repülő, amelyről ledobták, nem juthatott volna biztonságos távolságra. 15

16 6. ábra: A Cár-bomba robbanásának felvétele. ( A bomba 27 tonna tömegű volt, kerekítve 8 méter hosszú, 2 méter átmérőjű. Méreteiből adódott, hogy a repülőgépet, amelyről ledobták át kellett alakítani, az ejtőernyővel együtt. Mivel lassabban esett, így nagyobb esélye volt túlélni a 2 repülőgépnek (az egyikben volt a bomba, a másik mintázott és felvételt készített), és be is festették ezeket fényvisszaverő fehér festékkel. Ám akkora volt a detonáció tervezetten, még így is 50% volt, hogy nem élik túl a robbantást, a közelség és a hő miatt. Kerekítve 4000 méter magasan robbant fel (3962,4) és méterről (10363,2) dobták ki. 7. ábra: A Cár-bomba bevetés előtt.(replika) ( Az ereje megközelítőleg 1570-szer nagyobb volt, mint a Japánra ledobottak, és 10- szeres a szorzó az összes második világháborúban ledobott kémiai alapú bombához 16

17 képest. Az addig ledobott robbanófejek erejének 10%-át adta ki ez a bomba egyedül, és a Krakatau vulkán hírhedt 1883-as óriási kitörésének energiájának kb. 25%-át teljesítette. A legnagyobb ledobott amerikai bomba számolt robbanási energiája 25 megatonna körül volt (a fele a Cár bombának), a valóban lemért legnagyobb amerikai bomba pedig a Castle Bravo volt 15 megatonnával. 8. ábra: A Cár-bomba és más atombombák hatóerejének összehasonlítása. ( A Cár bomba hatásai a következő voltak. 54 kilométer sugarú körben minden kőből és fából épült ház megsemmisült. A ground zero-tól számítva körülbelül 160 kilométerre lévő faházak roncsolódtak. A rádiós kommunikációt teljesen megszüntette ezeken a területeken belül. A hő és fény eljutott 273 kilométerre is, és még ott is védőszemüveget kellett viselni. A lökéshullámot még 692 kilométerre is lehetett a Dikson-állomáson érezni. és ablakok törtek be még 900 kilométer feletti távolságban is, Norvégiában és Finnországban is törtek ablakok emiatt. A 4000 méteres robbantási magassággal együtt is a szeizmológiai állomásokon 5-5,25-ös erősségű földrengést lehetett észlelni. Ezt a földrengést még akkor is lehetet érezni, amikor a lökéshullám már a harmadik körét tette meg a Föld körül. A gombafelhő magassága elérte a 64 kilométert, ami már a sztratoszférában található. legszélesebb részén 94 kilométer, alapterületén pedig 40 kilométer széles volt. A tűzlabda a felszínt nem érte el, mivel a robbanás által keltett lökéshullám függőlegesen lefelé induló része akkora volt, hogy visszaverődés után visszalökte azt a légkörbe A Cár-bomba pusztító erejének becslése 17

18 Ebben a fejezetben elvégzek néhány számolást az atombombák pusztító erejének szemléltetésére [19] alapján. 9. ábra: A Cár-bomba robbantása másik felvétele. ( Az atombombák hatásainak egyik fontos jellemzője, a hatósugaruk. Ebben a gondolatkísérletben egy honlap eredményeit elemezzük, amely a különböző hatóerejű bombák pusztításait szemlélteti. A honlap a NUKEMAP oldal, Fenntartója Alex Wellerstein a Stevens Institute professzora, tudománytörténész. ( Gondolatkísérlet. Az oldal használatával bemutatjuk, hogy egy esetleges atomrobbantás Budapest felett milyen területen okoz károkat. A demonstrációban az eddig megtervezett legnagyobb bombát a Cár-bombát használtuk. A bombát Budapest Belvárosa felett robbantotta a szimuláció, és a honlap a károkat térképen jeleníti meg. Ezt látjuk a 10. ábrán. 18

19 10. ábra: Budapest Belvárosa felett virtuálisan felrobbantott Cár-bomba hatósugarait mutatja, a NUKEMAP webes szimulációs oldal számolásai alapján. A kép a NUKEMAP ( oldalon készült, majd később kivágtam. A második körben (körülbelül Martonvásár, Bicske, Vác, Gyömrő által körbezárt terület) minden elpusztulna, a növényzet, az emberek, az épületek. A nagyobb, harmadik körben mindenki harmadfokú égési sérüléseket szenvedne, ez volt hasonló a 160 kilométer átmérőjű kör az eredeti Cár bombánál. A legkülső legnagyobb kör pedig a hő és fény által okozott károsodások határa Földrészek megsemmisítéséhez szükséges számú fegyverek lehetőségének vizsgálata A kérdés a következő. Mennyi Cár bombát kellene ledobni az USA területére, ha azt teljesen a földdel szeretnénk egyenlővé tenni? (A kérdés teljesen fiktív, a szerző nem támogat semmilyen erőszakos háborús robbantást.) A két nagy atomhatalom a hidegháborúban Az USA és a Szovjetunió volt. A szovjetek állították elő a Cár bombát, így Az Amerikai Egyesült Államok területével számolnék most. Ha a második kört (a teljes pusztulást) vesszük, akkor a totális pusztulást kapjuk, ha a harmadikat, akkor elvileg még valamennyi épület megmaradhat, de a tárgyi tulajdonok tetemes része szintén elpusztul, és az emberek meghalnak. A 100 megatonnás bomba második körén belül eső terület 33 km-es sugárral számolva, 3350 km 2, a harmadik km 2. Az USA összterülete km 2. Tehát ha 19

20 mindent nullázni akarunk, akkor a nagyságrendi becsléshez az Egyesült Államok összterületét egy egybefüggő területnek veszem (azaz Hawaii és Alaszka területét és a többi állam alapterületéhez rakjuk közvetlenül), és ekkor 2936 db 100 megatonnás Cár bomba szükséges. Míg ha a hősugárzás körét (azaz belülről a harmadik kör) veszem, akkor 576 bombát kellene ledobni. Ekkor az esély a túlélésre megvan, habár igencsak minimális. Az USA sűrűn lakott területe (egyszerűség kedvéért 100+ fő/km 2 ) összeadva km2, elosztva a sugárzási területtel (17080) megkapjuk, hogy 38,28 cár bomba kellene az USA sűrűn lakott területeinek elpusztításához. (Államok: New Jersey, Rhode Island, Massachusetts, Connecticut, Maryland, New York állam, Delawere, Florida, Ohio, Pennsylvania).[21] De mi lenne, ha a valaha ledobott legnagyobb tesztelt bombákat egyszerre elindítanák ugyanolyan ütemben az Egyesült Államokbeliek és a mai Oroszország területén élők? Ismétlés gyanánt, a legnagyobb erejű tesztelt szovjet bomba a Cár, ami 50 megatonnás volt, az amerikai pedig a Castle Bravo, 15 megatonnás. Terület alapján, ha a népességük homogén módon van elosztva, akkor természetesen már csak a tűzerővel is Oroszország nyerne. Viszont Szibériában nagyon alacsony a népsűrűség, az orosz népesség legnagyobb része a nyugati oldalán van az országnak. Mekkora ez a terület? Tételezzük fel, hogy csak a városokat robbantjuk fel a gondolatkísérletben. A feltétel áll is, hiszen minden közigazgatási, hivatali és egyéb központok is városokban találhatóak meg. Egyszerűsített egységként a Kelet-Európai síkságot vettem, annak is az Oroszországhoz tartozó területét (azaz az európai részét az országnak). Ez 4 területet takart, amelyek teljesen Európához tartoznak. A Központi Szövetségi körzet, Észak Kaukázus, Észak-Nyugat Központi Szövetségi körzet, Déli Központi Szövetségi körzet. Ezek összterülete km 2. [20] Ha ezekre ledobjuk a Cár bombát, és annak a km 2 -es sugárzási területét, megkapjuk, hogy 173 cár bomba kell Oroszország sűrűn lakott területeinek elpusztításához vagy élettel nem összeegyeztethetővé tételéhez. [20] De tud-e az emberiség ennyi bombát előállítani? Kérdés, hogy van-e a Földön elég urán, és elég lítium a fent kiszámolt nagyon sok bomba előállításához. Az időt, energiát és emberi teljesítményt most nem számoljuk. Kiindulásként megkerestem, hogy mai tudásunk szerint mennyi kibányászható lítium és urán áll rendelkezésre. A U.S. 20

21 Geological Survey adatai alapján [47] 28,4 millió tonna lítium található a földben [50], és 16,1 millió tonna urán [48]. A Castle Bravo 400 kg-os LiD töltettel rendelkezett (előállítási ára 2,5 millió akkori USD volt), és az urán mennyiségét nagyságrendi becslésként a LiD tömegével azonosnak vettem, ám annak sűrűsége az előzőnek negyvenszerese (U: 19,1 g/cm 3, Li: 0,535 g/cm 3, Wikipedia alapján). Egyszerűség kedvéért 0,5-nek és 20-nak vettem.[49]. A 4-es ábrán látható felépítés alapján a LiD és az U aránya közel ugyanannyi. Ha sűrűséget nem néznénk, akkor z urán 40 millió darab bombához elég (ha ebből kivesszük azt, hogy ebből nem minden urán hasznosítható, tehát minden egyes grammot felhasználhatónak vettem), a lítiumból pedig 71 millió bombát lehet építeni (ugyanezekkel a feltételekkel). Ha a sűrűséget is nézzük, akkor 40- ed annyi bombát lehetne készíteni U-ból, ha térfogatra ugyanannyi a LiD és az U (fentebb közölt sűrűségek miatt). Tehát, ha a Föld teljes készletét felhasználnánk, akkor körülbelül nagyon egyszerűsített becslésként 50 millió termonukleáris bombát tudnánk készíteni maximum. Sűrűség alapján ez a szám lecsökkenne 10 millió termonukleáris bombára nagyságrendileg. Ezért a Földön van elegendő alapanyag olyan mennyiségű bomba legyártásához, ami földrészeket tesz a földdel egyenlővé. A bomba ára azonban mutatja, hogy a töltetek anyaga egy lehetőség. Ezt ki kell bányászni, feldolgozni, összeállítani. A fegyverkezési versenyben alig néhány ilyen nagy hatóerejű bombát gyártottak le. A néhány ezer ilyen nagyerejű eszköz legyártása nem látszik bizonyítottan megvalósíthatónak, és mindenképpen sokkal bonyolultabb kérdés, minthogy ebben a dolgozatban elemezhetném. A kis hatóerejű bombákból sokkal több elkészült, de ezt a lehetséges esetet most szintén nem elemezzük. 3. A fallout-játékok elemzése A fallout szó szerint kiesést, kihullást jelent. [12][13][14][19][23][24][25][26] Az Encyclopedia Britannica meghatározása alapján a fallout radioaktív anyagok lerakódása a Földön az légkörből. A kiesés vagy kihavazás szinonimáik a falloutnak az angol nyelvben (rain out, snow out), az időjárástól függően. [23] A radioaktivitás 3 módon lehetséges az atmoszférában. Mesterséges okozója lehet nukleáris vagy termonukleáris bomba és az atomreaktorok is létre tudják hozni. A természetes módon a környezetünkben található radioaktív izotópok egy része hosszú felezési idejűek, és a Föld anyagának keletkezésekor keletkeztek, de még nem bomlottak el. Az emberi 21

22 szervezethez legközelebb eljutó, és a dózis szempontjából fontos izotópok a radon bomlásából keletkeznek, ami a kéregben található urániumból vagy tóriumból keletkezhet (urán és tórium bomlási sorában is benne van a radon és a toron). Mivel nemesgáz a radon, így nem reagál szinte semmivel sem alaphelyzetben. Emiatt képes a talajt elhagyni úgy, hogy közben nem csökken a koncentrációja annyira, hogy ne lenne elhanyagolható. Másik lehetséges keletkezése a radioaktív izotópoknak a kozmikus sugárzás. [23] A nukleáris fegyverek által keltett fallout jelenségnek 3 fajtája van, a lokális, troposzférikus, sztratoszférikus. A helyi fallout a nevéből adódóan rövid ideig tartó mozgás után érkezik a felszínre, és helyi hatása van csak. Ilyenkor a troposzférának csak a legalsó részében történik a robbanás, majd a robbantás után keletkezett radioaktív anyagok visszaesése a légkörből. A troposzférikus falloutnál a detonáció utáni hónapokban még kieshetnek az anyagok, de a hatás még így is a Föld egészéhez képest kis területen van. A sztratoszférikus fallout veszélyességét az adja, hogy a radioaktív anyagok tartózkodási ideje több év is lehet a tropopauza lassító hatása miatt (korábban már tárgyaltan), és mindenhol mérhető lesz a robbantás utáni radioaktív anyagok koncentrációjának növekedése. Ehhez a robbanás hatóerejének akkorának kell lenni, hogy a feláramlás a tropopauzát áttörje. Ilyen erejű bomba volt többek közt a Cár bomba. A sztratoszférikus radioaktív anyagok a cézium-137 és a stroncium-90. [23] A balra található kép bemutatja, egy 1 megatonnás atombomba teljes dózisait, ha a felszínen robbantják. (1 Sievert = 100 RAD) ( A Fallout-széria valósághűsége A Fallout játékok a jövőben játszódnak, ahol a totális atomháború már megtörtént. A két harcban álló fél Kína, és a Kanadát és Mexikót bekebelező USA. A játékokban feltették a Mi lenne, ha? kérdést. A Fallout szériát a Fallout 3-ig a Black Isle Studios fejlesztette, a számozott részeket innentől a Bethesda Game Studios készítette, a New Vegas kiegészítőt pedig az Obsidian Entertainment. [30] 22

23 Ebben az alfejezetben a Fallout-játékokat abból a szempontból elemzem röviden, hogy a fizikai tudásunknak milyen a játékban előforduló elemek felelnek meg és melyek nem. A mai világban történő eligazodás más forrásokat olvasva, felhasználva is nehéz. Az ilyen típusú tudományos igényességre törekvő összevetés más információk megítélésénél is majd hasznos lehet. A játékban az univerzum a miénktől közvetlen a Japán fegyverletétel után indul el más irányba ig bezárólag még vannak események, amik hasonlóak, ám utána a saját világunk és a Fallout világa teljesen más irányba tart ben az USA az 50 államú állapotát átalakítja, 13 nemzetközösségi államot alapít. Ilyen például a középnyugati Nemzetközösség (NK, Commonwealth) amelyhez Minnesota, Wisconsin, Illinois és Indiana tartozik. A Fallout4 játék vizsgálata: Az általam megvizsgált Fallout 4 játék a New Englandben, Vermontban, Massachusettsben, Connecticut és ezektől keletre található államok által bezárt NK-ban játszódik. Még ilyenkor is a számítógépek és technológiájuk a mi világunk 1950-es állapotához hasonlóak. Ennek oka, hogy a tranzisztorokat nem alkalmazták. Ebben a világban a kommunista Szovjetunió nem bomlott fel 1991-ben ig nem volt nagyobb konfliktus, ekkor a Közel Kelet olajban gazdag országai áraikat megemelték, így több ország is bedőlt. [27][28] Ekkor kezdődött a Forrás-háború, melynek során az az Európai Nemzetközösség (körülbelül a mai EU) megtámadta a mai Közel-Keletet, az olaj birtoklása miatt. Az ENSZ ezt a háborút nem tudta megakadályozni, majd vezető országok elhagyták azt, így még ebben az évben fel is bomlott. Ebben az évben a Texas alatt található olajmezők kifogytak, így az Egyesült Államok sebezhetővé vált az energia-szegénységre ban az Új Pestis járvány ütötte fel a fejét itt, ember életét követelve, továbbá a Közel-Keleten atombombák robbantak. Ennek okán az Egyesül Államok a Project Safehouse keretében elkezdett földalatti bunkereket építeni, ahol a kiválasztott személyek élhettek az atomháború idején és utána ban a Közép-, és Közel-Kelet olaj utánpótlása is elfogyott, emiatt az Európai Nemzetközösség beomlott, ezzel lezárva a Forrás-háborút. Már csak Alaszkában és Mexikóban lehetett olajat találni ban újra elkezdődött a Forrás háború, ezúttal Kína és Amerika között. Alaszkát Kína bekebelezte, majd 2072-ben visszakerült az USA-hoz. [27] 23

24 Fontos megemlíteni, hogy a játékban 2066-ban, a fosszilis energiákat helyettesítendő az USA a fúziós és fissziós energiát kezdte el felhasználni. Ezzel az energiakérdés és az államcsőd is megoldódott abban a virtuális világban re a mikrofúziós cellák (gyakorlatilag fúziós elemek, akkumulátorok) már mindennaposak voltak. Eddigre már feltalálták a tranzisztort és az integrált áramköröket is. Ám ez már túl késő volt a történelmükben, hiszen október 23-án a világ megszűnt a korábbi valójához képest létezni. Két órán keresztül minden atombombával rendelkező hatalom kilőtte az összes bombáját. Így elhozták a Világvégét. [27][28] A Fallout 4 bevezető videója röviden elmondja a történetet: ( War. War never changes. In the year 1945 my great-great grandfather serving in the army wondered when he d get to go home to his wife, and the son he d never seen. He got his wish, when the U.S. ended World War II by dropping atomic bombs on Hiroshima and Nagasaki. The world awaited Armageddon, instead something miraculous happened. We began to use atomic energy not as a weapon, but as a nearly limitless source of power. People enjoyed luxuries thought the realm of science-fiction. Domestic robots, fusion powered cars, portable computers. But then, in the 21st century, people awoke from the American Dream. Years of consumption led to shortages of every major resource. The entire world unraveled. Peace became a distant memory. It is now the year of 2077, we stand of the brink of total war, and I m afraid. For myself, for my wife, for my infant son. Because if my time in the army taught me one thing, is that.. War.. War never changes.. [29] 24

25 11. ábra: Fallout intro cinematic, forrás: De a kérdés az, hogy ami a Fallout univerzumban van, fizikailag lehetséges a mi világunkban is? Először tekintsük át technológiát. A következőkre térnék ki: 1. fúziós technológia és annak miniatürizálása 2. power armorok 3. mini atombombák A fúziós-energia Az az energia, amely két atommag fúziójánál, felszabadul. Egyelőre még teoretikus a technológia, amellyel ez energiatermelésre is alkalmazható lenne. Lényegében kettő vagy több atommagot annyi ideig kell egymás közelében tartani, nagyon magas hőmérsékleten, hogy a magerő összehúzó ereje nagyobb legyen az elektrosztatikus tolóhatástól. Így létre jöhessen egy nagyobb rendszámú elem. Az 56-os tömegszámú vasnál kisebb rendszámú elemek esetén a fúzió exoterm, azaz energiát ad le. A magerő hatótávolsága rövidebb, mint az elektrosztatikusé, tehát az atommagot megfelelő energiával elég közel kell lökni a másikhoz, hogy az legyen a meghatározó. Ezen felül az elektronjait is az atomnak el kell tüntetni, amihez az ionizációs energia fölé kell melegíteni. Ez az állapot a plazma-állapot. Ehhez tehát egyszerre kell hatalmas nyomás, 25

26 és hatalmas hőmérséklet. Ilyen állapotok hozzánk legközelebb a Nap magjában találhatóak, ahol 15 millió K a hőmérséklet. [31][32] A következő példában elvégzett számolás forrása: ( A már megvalósult technológia jelenleg a trícium és deutérium fúzionálását létre tudta hozni, ám nem olyan hatékonysággal, hogy saját magát fenntartsa a folyamat. Minden egyes deutérium-trícium fúzió során 17,6 MeV energia szabadul fel (200 MeV uránhasadáshoz képest ez kicsi, de a deutérium-deutérium fúzió kb. 4 MeV-jéhez képest nagy.). Az egyik probléma a trícium mennyisége. A levegőben nyomnyi mennyiségű van csak, mivel a felezési ideje 12 év körül van. Ha tömegesen tudnánk tríciumot előállítani, termelni, akkor az energia, amit kinyerünk, a többszöröse is lehetne a maghasadásos technológiákat használó fejlesztések által termelt energiához képest. A keletkező neutronokat pedig a lítium fal nyelné el, így a környezetet nem szennyezné. Ezeket a befogott neutronokat fel lehet használni továbbá maghasadásos reaktorhoz, vagy pedig csak a hőenergiát felhasználva is energiát termelőként. A következő gond olyan anyagok felfedezése, ami kibírja a többmillió fokos reakciókat, és azokat effektíven fel tudja használni, el tudja vezetni, hogy utána energiáját leadja. Jelenleg ezt mágneses térrel vagy lézerekkel és részecske sugarakkal tudják megoldani. Ilyenkor a plazma nem folyik szét, és nagyon ritkán érintkezik az őt határoló lítium buroknak. Jelenleg a tokamak és a stellaratos technológia tűnik működőképesnek. [33] Ám mindegyik hatalmas kiterjedésű. A Fallout játékokban viszont ez a technológia körülbelül egy normál ember karjának hosszához hasonló, és körülbelül 20 centiméter sugarú hengerben elfér. Ez a tudomány mai állása szerint nem lehetséges. További gondok a következők. 100 millió és 1 milliárd Kelvin közötti hőmérsékletűnek kell lennie az anyagnak a fúzióhoz, atmoszférikus nyomáson. Ezt egy néhányszor 10 cm-es helyen még nem tudjuk megoldani Fúziós cellák és fegyverek: A következőben egy számolást fogok levezetni, melyben egy fúziós cella által működtetett fegyver által eladott energiát számolom ki. Ez a fegyver a korunkban 26

27 használatos forgótáras géppuskához (M134) hasonlít, ám nem hagyományos golyókat lő ki, hanem lézerből alkotott nyalábokat. (Hozzáfűzés, hogy valamiért a fegyvernek van visszarúgása is, aminek nem kellene lennie a játékban, hiszen a fotonok nem egy lőszer végén vannak, hanem csak maga az energia) Austin Hourigan számolásai alapján: A valóságban a méretek miatt 3304 Joule energiát ad le minden egyes minigun golyó, a Fallout 4-ben ez csak 5 milliméteres folyókkal 504 Joule energiát adna csak le. A korábban kapott 1,785-ös szorzóval megszorozva 899 Joule energiát kapunk meg. Ezt elosztva a percenként leadott lövések alapján minden egyes golyó között 0,0004 másodperc telik el. A 899/0,0004 = 2,06 mw energiát jelent. Átlagban 624 lőszer van egy fúziós cellában, amit beszorozva 899 Joule-al, megkapjuk az 1,28 gw teljesítményt negyed másodperc alatt. Ezt megszorozva egy 40%-os szorzóval (elvesző mennyiség), és ezt megszorozva, megkapjuk, hogy 4,91*10 18 MeV-ot. Ezt elosztva az átlag deutérium ciklus energiájával, majd 6x-os szorzóval megkapjuk, mennyi megkapjuk, hány deutérium atom kellene ehhez. Ezt osztva kettővel (hiszen kétatomos a molekula) osztva az Avogadro állandóval, megkapjuk, hogy 5,66*10-7 mol deutérium gáz kell nekünk. A deutérium tömegével (2g/mol) számolva megkapjuk, hogy 0, gramm deutérium kell. Ennek a feltétele, hogy végig egyesülés közeli állapotban kell lennie az anyagnak. A Nagy Háborúhoz képest a Fallout 4 főhőse 210 évet lefagyasztva töltött (erre később kitérve), így azt is számba kell venni, hogy a 210 évben mi történik minden egyes cellával. Ezután Austin számolásai alapján 0,000005%-át használta fel a deutériumnak atomciklusonként a cella, hogy 1 lőszert ellőjön a lézerfegyverekből. Ez átszámolva atom évente, 3,96*10 18 atom évente, 8,29* év alatt. Ezeket a cellákat berakta Power Armorokba, amelyek séta, futás és jetpack használatnál más-más mennyiségű energiát fogyasztanak. 1 másodperc a valóságban 20 másodperc a játékban. A korábban megkapott ,9565 J energiát (cellánként) elosztotta az idővel (20-al). Így megkapta, hogy séta közben 9,63 watt, futás közben 109,17 watt, jetpack használat közben pedig 1106,42 watt a teljesítmény. Ezek alapján, a deutérium degradációt hozzászámolva megkapta, hogy a Fallout 4 játékban minden egyes cella 62 napig használható még. Ezek alapján kimondható, hogy számolások alapján a fúziós cellák működőképesek is lehetnek, a technológiai kérdések tisztázása után. [34][35] 27

28 12. ábra: Fusion core, forrás: A power armorok kérdésköre. Az energia szükségletek fedezése a fúziós mini cellák, reaktorok által már megoldott. Maga az alapötlet végső soron működőképes. A power armorok 6 különböző részre oszthatók. Fej, torzó, jobb és bal kar, jobb és bal láb. Mindegyik része külön életerővel rendelkezik, így sokkal tovább bírja a játékos a harcot. Egy lovagi páncélhoz hasonlítható, csak a nukleáris korhoz modernizálva. Számolás menete: ( 5B24) 28

29 13. ábra: X 01 Power Armor, forrás: 01_power_armor_(Fallout_4) A Fallout széria egyik jelképévé váltak. Ezen felül jetpack, azaz rakétatáska is van bennük, amivel felemelik az egész páncélzatot, és benne az embert. Mennyi energia lenne ehhez szükséges? Feltéve, hogy egy átlagos személyautó súlyával kell rendelkeznie ( kg, egyszerűség kedvéért 1 tonna), hogy a legerősebb személyek elleni lövedékeket is kibírja, így a hozzá szükséges energia, feltéve, hogy magasságának kétszereséig tudja felemelni saját magát a páncélzat (pixel számolás alapján, 7 láb = 2,13m-el számolva), hozzáadva a személy súlyát is, amiben a saját súlyomat adom hozzá (110kg)[37]. E = mgh = g * 9,8 m/s 2 * (2,13*2) = 46 MJ. Összevetve a korábban tárgyaltakkal, nem csoda, hogy a fúziós cella energiája elég gyorsan kifogy. A másik kérdés az a játékmechanika, miszerint akárhonnan leesik az ember, a power armor megfogja az esést, és semmilyen sebzést nem kap. Körbejárva: A probléma nyitja a hatalmas lassító gyorsulás, amit a nehézségi gyorsulás egységében g -ben szoktak kifejezni. Ezen nagy lassulás miatt hatalmas erőnek kell hatni a power armoron belül található vezetőre. Képkocka számolás alapján 0,1 s alatt (6 képkocka) lesz a hatalmas lassulás által 0 a sebessége a játékosnak, elég magasról essen le. 1 képkocka alatt körülbelül 1 power armornyi (2,13 méter) esés lehetséges a képek alapján. Így a lelassítandó sebesség 127,8 m/s. Ezt elosztva a lassulás idejével (0,1 sec) azt kapjuk, hogy a lassulás = v/ t=1278 m/s 2. Ez a gravitációs gyorsulás 128-szorosa (a gravitációs gyorsulást 10 m/s 2 -nek véve, kerekítve 127,8-ról, az egyszerűség kedvéért). 29

30 Ezt az én tömegemmel beszorozva (110kg) olyan, mintha kilogramm (14 tonna) lennék. Ezt az emberi test már nem bírhatja végzetes sérülések nélkül, így ez a része már nem helytálló. (adatok az eséshez, képkocka számláláshoz: [38]) Mini Atombombák 14. ábra: Fallout Fatman fegyver, forrás: Lehetséges-e, hogy olyan atombombát állítsunk elő, amit akár a vállunkról is elindíthatunk? Ehhez az szükséges, hogy egy kritikus tömegű anyagunk (fentebb már tárgyaltan) legyen, amellyel már voltak balesetek a történelem során. A Demon Core nevezetű plutónium mag okozott többször is baleseteket. Ez a mag 6,2 kg-ot nyomott. Eredetileg egy harmadik atombombába tervezték augusztus 21-én Harry Daghilan véletlenül egy wolfrám alapú téglát ejtett rá, amely neutron-visszaverőként működött. A neutron reflektor használatával a kritikus tömeg lecsökken, ugyanis a visszavert neutronok besegítenek a hasadások létrehozásába. Akármilyen gyorsan is levehette volna, sajnos a baj megtörtént, hiszen a radioaktív sugárzás a fényhez közeli sebességgel mozog. 25 nappal később meghalt, a biztonsági őr a közelében pedig leukémiában halt meg 30 évvel később május 21-én Louis Slotin berillium visszaverőket tartott a mag körül, majd ráejtette, ezzel mindenkit, aki a szobában volt abban az időben, sugárzásnak tette ki, önmagát 10 sievert dózisnak tette ki. 9 nap múlva halt meg. [39] A Fallout univerzum Fat Man-jéhez képest a legközelebbi verzió a Davy Crockett fegyver volt, amelyet az USA fejlesztett ki, gyalogosok ellen. [40] Ez egy valóban körülbelül 1 méter nagy indítószerkezetről ellőtt M-388 típusú lövedék. 1-2 km hatótávolságra lehet ellőni és a robbanás után 500 m sugarú területen az ott lévő 30

31 élőlényekben a félhalálos dózis leadását eredményezi. Ezen felül terveztek olyan fegyvereket is, sikertelenül, aminél egy atombomba egy aktatáskában is elfért volna. [41] A mini atombombáknak ezek szerint nem a robbanás miatti pusztító hatásuk a fontos, hanem a hirtelen keletkező radioaktív sugárzás hatalmas dózisa a cél. 15. ábra: Fallout 4 Wallpaper, Sanctuary forrás: Összefoglalás Dolgozatomban a nukleáris fegyverkezési verseny és egy virtuálisan elképzelt nukleáris hadviselés környezeti hatásait tekintettem át. Bemutattam a hasadásos és fúziós atombombák rövid történetét és áttekintettem szerkezetüket, működésüket. A környezeti hatások közül a 137 Cs kihullását vizsgáltam meg, az ehhez tartozó környezeti folyamatokkal együtt, különböző nukleáris tesztek esetén. Bemutattam néhány nagy hatóerejű atombomba felszíni pusztító hatását a NUKEMAP weboldal számolásai alapján, és megvizsgáltam, hogy regionális vagy földrész nagyságú pusztításokhoz milyen feltételek szükségesek. Számolásaim szerint a lítium és urán alapanyagok a Földön megtalálhatók, de konkrétan a kellő számú fegyverek előállítása nem esik a megvalósítható nagyságrendbe. Megvizsgáltam a Fallout 4 játék egyes elemeit a tudományos eredményekkel történő összhang szempontjából. Megmutattam, hogy mik azok a jelenségek, amik nem egyeznek meg a tudományos alaposság kritériumával. Természetesen nem ez az egyetlen médium, ahol az atomháborúval, vagy annak lehetőségével foglalkoztak. Ezen felül még egy megemlítendő film, ahol megelőzik a teljes háborút a Watchmen (2009-ben megjelent film, mely először képregény formájában ben létezett). Itt a Manhattan Project egy személyt (Dr Manhattan) eredményezett, akinek segítségével a fúziós energia lett újra a megoldás. A fején egy hidrogén atomot találhatunk 31