Þegar Andre Durnovtsev varpaði sprengjunni út úr sérútbúinni flugvélinni tíu kílómetra yfir Serverny – eyju í Barentshafi vissi hann og áhöfnin að samkvæmt útreikningum verkfræðinga voru einungis helmings líkur á að þeir myndu lifa af þessa tilraunasprengingu.
Skömmu síðar steig sveppaský 62 kílómetra upp í lofthjúpinn, ljósblossa mátti greina í næstum 1000 kílómetra fjarlægð og höggbylgjan fór marga hringi í kringum hnöttinn.
Þetta var þann 30. október 1961 og Sovétríkin höfðu sprengt Tsar Bomba, en stærri kjarnorkusprengja hefur aldrei verið sprengd, hvorki fyrr né síðar.
Atóm eldflaug og gervisólir bjarga mannkyni
Lífi manna á Jörðu er ógnað af bæði hnattrænni hlýnun og árekstri smástirnis utan úr geim. Afl kjarnorkusprengjunnar gæti forðað okkur frá slíkum hamförum eða skapað okkur nýtt heimili neyðumst við til að yfirgefa Jörðina.
Kjarnorkumótor flýgur okkur hraðar til Mars
Kjarnorkuknúin eldflaug gæti verið allt að einu og hálfu ári skemur að ferðast til Mars. Bæði Rússar og Bandaríkjamenn vinna nú að þróun eldflaugamótors sem nýtir orkuna í kjarnaklofningu til þess að kveikja í eldsneyti, aðallega vetni.
Samkvæmt NASA eru slíkar aðferðir u.þ.b. helmingi skilvirkari en hefðbundið eldsneyti fyrir eldflaugamótora.
Kjarnorkusprengjur bjarga Jörðinni frá smástirnum
Smástirni gæti útrýmt stórborg í einu vetfangi rekist það á Jörðina. En með því að senda eldflaug með kjarnorkuhleðslu og sprengja loftsteininn í sundur má forða slíkum hamförum.
Sprengja sem nemur um einu megatonni – aðeins meira en 60 Hiroshimasprengjur – nægir til að eyðileggja smástirni sem er um 500 metrar samkvæmt tölvulíkönum.
Vetnissprengjur bræða pólana á Mars
Mars er óbyggileg nú á dögum en með hjálp kjarnorkusprengju mætti umbreyta þessari rauðu plánetu í nýja Jörð. Frumkvöðullinn Elon Musk leggur til að vetnissprengjur verði sprengdar í kringum plánetuna og látnar bræða þannig ísinn við pólanna eins og litlar sólir.
Það myndi skapa mikið magn af fljótandi vatni og þessi nýju höf myndu losa CO2 sem gæti stigið upp í lofthjúpinn og orsakað gróðurhúsaáhrif. Með þessum hætti væri ísköld reikistjarnan hituð upp í þægilegan hita.
Atóm eldflaug og gervisólir bjarga mannkyni
Lífi manna á Jörðu er ógnað af bæði hnattrænni hlýnun og árekstri smástirnis utan úr geim. Afl kjarnorkusprengjunnar gæti forðað okkur frá slíkum hamförum eða skapað okkur nýtt heimili neyðumst við til að yfirgefa Jörðina.
Kjarnorkumótor flýgur okkur hraðar til Mars
Kjarnorkuknúin eldflaug gæti verið allt að einu og hálfu ári skemur að ferðast til Mars. Bæði Rússar og Bandaríkjamenn vinna nú að þróun eldflaugamótors sem nýtir orkuna í kjarnaklofningu til þess að kveikja í eldsneyti, aðallega vetni. Samkvæmt NASA eru slíkar aðferðir u.þ.b. helmingi skilvirkari en hefðbundið eldsneyti fyrir eldflaugamótora.
Kjarnorkusprengjur bjarga Jörðinni frá smástirnum
Smástirni gæti útrýmt stórborg í einu vetfangi rekist það á Jörðina. En með því að senda eldflaug með kjarnorkuhleðslu og sprengja loftsteininn í sundur má forða slíkum hamförum. Sprengja sem nemur um einu megatonni – aðeins meira en 60 Hiroshimasprengjur – nægir til að eyðileggja smástirni sem er um 500 metrar samkvæmt tölvulíkönum.
Vetnissprengjur bræða pólana á Mars
Mars er óbyggileg nú á dögum en með hjálp kjarnorkusprengju mætti umbreyta þessari rauðu plánetu í nýja Jörð. Frumkvöðullinn Elon Musk leggur til að vetnissprengjur verði sprengdar í kringum plánetuna og látnar bræða þannig ísinn við pólanna eins og litlar sólir. Það myndi skapa mikið magn af fljótandi vatni og þessi nýju höf myndu losa CO2 sem gæti stigið upp í lofthjúpinn og orsakað gróðurhúsaáhrif. Með þessum hætti væri ísköld reikistjarnan hituð upp í þægilegan hita.
Lánið lék við áhöfn flugvélarinnar sem lenti þó í miklum hremmingum. Þrátt fyrir að flugvélin hafi verið í meira en 40 kílómetra fjarlægð þegar sprengjan sprakk olli höggbylgjan því að hún féll næstum 1 kílómetra niður – í öruggri fjarlægð frá eldkúlunni sem sprengingin myndaði á fáeinum sekúndum.
Árið 2011, 50 árum eftir Tsar Bomba, fær Víetnaminn Do Quoc Hung þá greiningu að hann sé með ólæknanlegan lungnakrabba. Fimm árum síðar er hann þó enn lifandi og það getur hann þakkað kjarnorkusprengjunni.
Geislameðferð með sömu efnum og veittu Tsar Bomba eyðileggjandi afl sitt drepur krabbameinsfrumurnar í lungum hans og læknar hann.
Myndband: Dómsdagsklukkan sýnir 90 sekúndur í miðnætti.
Mannkyn er núna nær því að útrýma sjálfu sér í kjarnorkustríði en það hefur verið frá árinu 1953 þegar Sovétríkin sprengdu sína fyrstu vetnissprengju í tilraunaskyni. Þetta er mat sérfræðinga sem standa að baki svokallaðri dómsdagsklukku. Í upphafi ársins 2023 voru vísarnir færðir fram að 93 sekúndum í tólf. Ástæðan er einkum kjarnorkuvígbúnaður N – Kóreumanna, spennan í samskiptum BNA og Rússa og stríðið í Úkraínu.
Sprengjan skóp kjarnalyf
Tsar Bomba var 50 megatonn, þ.e.a.s. meira en 3000 sinnum stærri en kjarnorkusprengjan sem drap 135.000 manns í japönsku borginni Hiroshima árið 1945.
Fimm milljónir milljarða milljarða watta, meira en 1% af orkuframleiðslu Sólar, var leyst úr læðinni þegar Tsar Bomba sprakk.
Stærri sprengjur hafa aldrei verið smíðaðar síðan, enda er ónauðsynlegt að ná svo ægilegri eyðileggingu. Kjarnorkuvopn eru hinn endanlegi drápari, en það kann að virðast þversagnarkennt að þau hafa jafnframt leitt af sér margvíslegar framfarir í bæði vísindum og tækni.
Sömu ferli, sem gera mönnum kleift að smíða kjarnorkusprengjur, eru núna notuð í bæði umhverfisvænni orkuframleiðslu og við loftslagsrannsóknir. En stærsta lífgjöfin með þessu ægilega vopni er að það hefur skapað alveg nýja grein innan læknavísinda – kjarnalyf.
Væri ekki fyrir kjarnorkukapphlaupið sem hófst í síðari heimsstyrjöldinni hefðu rannsóknir í geislavirkum efnum aldrei náð núverandi stöðu. Sömu sjaldgæfu efnin sem voru notuð í kjarnorkusprengjuna voru fljótlega eftir stríð nýtt í algjörlega gagnstæðu endamiði – til að bjarga lífi.
Rannsóknarstofa býr til vopn gegn krabbameini
Í fjöllunum í New Mexiko í BNA er að finna Los Alamos – rannsóknarstofnunina þar sem fyrsta kjarnorkusprengjan var smíðuð í síðari heimsstyrjöldinni.
Rannsóknarstofnunin vinnur enn með kjarnorkusprengjur, en sami öreindahraðall sem var notaður til að framleiða geislavirk efni fyrir sprengjur skapar einnig efni sem bjarga lífum við meðferð krabbameins.
Eitt það þróaðasta af þeim er actinium – 225. Efni þetta tengist ónæmisfrumum líkamans og leitar því sjálft uppi krabbameinsfrumur þegar því er sprautað inn í líkamann.
Actinium – 225 nýtir nánast alla sína orku við árekstra við krabbameinsfrumur og þannig er heilbrigðum frumum líkamans hlíft.
Geislun innan frá
Actinium – 225 er meðal nokkurra geislavirkra efna sem er sprautað í eða komið fyrir inni í líkamanum.
Geislun utan frá
Svonefnd geislabyssa skýtur í sífellu krabbameinið með geislum af mikilli nákvæmni.
Geislavirkt joð læknaði sjúkling
Dag einn árið 1943 fékk sjúklingurinn, „BB“, skyndilega mikla höfuðverki. 20 árum áður hafði krabbamein greinst í skjaldkirtli hans og verið fjarlægður, og læknirinn Sam Seidlin við Montefiore Hospital í New York prófaði sig áfram með alveg nýja lyfjameðferð: Hann gaf BB lítinn skammt af geislavirku joði.
Joð er nær einvörðungu tekið upp í gegnum skjaldkirtilinn og með geiger – mæli gat Seidlin greinilega séð að krabbameinið hafði dreift sér þaðan því meinvörpin taka einnig upp joð.
Vegna þessa sjúkdóm framleiddi sjúklingurinn of mikið magn af tilteknu hormóni en geislavirka joðið dró úr framleiðslunni.
Sam Seidlin fékk nú þá hugmynd að hann gæti markvisst barist gegn krabbameini með því að gefa stærri skammta af geislavirku joði. Meðferðin tókst vel – verkir BB hurfu og krabbameinið hætti að dreifa úr sér.
Öreindarannsóknir eru afkvæmi kjarnorkusprengjunnar
Árið 2012 uppgötvaði evrópska öreindarannsóknastofnunin CERN svonefnda Higgs – öreind sem veitir öllu efni massa. Uppgötvun þessi hefði trúlega ekki geta orðið án kjarnorkusprengjunnar og kjarnorkukapphlaupsins, sem bæði jók þekkingu okkar um öreindaeðlisfræði og leiddi til stofnunar CERN.
Þessu afreki Sam Seidlins er lýst í víðfrægri grein frá árinu 1946 sem átti sinn þátt í að leggja grunn að algerlega nýrri grein innan læknisfræðinnar sem er nátengd þróun kjarnorkusprengjunnar.
Kjarnorkusprengjan virkar með aðstoð margra hvarfgjarna geislavirka efna. Sum þeirra finnast í litlu magni í náttúrunni en önnur þarf að framleiða í kjarnaofni og í öreindahraðli.
Árið 1942 var kjarnaofninn X – 10 smíðaður í hinni leynilegu Oakridge rannsóknarstofnun í Tenessee í BNA. X – 10 var fyrsti kjarnaofninn til að framleiða plútóníum – 210, „eldsneyti“ í venjulegri kjarnorkusprengju.
Þarna framkölluðu eðlisfræðingar þetta hvarfgjarna efni í kjarnorkusprengju með því að geisla úran – 238 með nifteindum. Meðan vísindamennirnir í Oakridge unnu að mismunandi meðhöndlun úrans uppgötvuðu þeir að efnið joð – 131 má framleiða með því að kljúfa úran – 235 – ferli sem á sér stað í kjarnaofni.
Vetnissprengja getur rústað stórborg
50 megatonna sprengja
Kraftarnir í vetnissprengju eru svo feiknarlegir að einungis ein stök sprengja er fær um að útrýma stórborg á fáeinum sekúndum.
Kjarnorkusprengjur eru að jafnaði sprengdar yfir jörðinni því annars myndi hluti af orkunni beinast ofan í jörðina væri sprengjan tendruð með árekstri yfir yfirborðið.
Ægilegur hiti við sprengjuna fær loftið til að loga og eldkúla stígur til himins eftir sömu meginreglum og loftbelgur, og myndar einkennandi sveppalaga ský.
Síðan koma ægilegar höggbylgjur og ryk og rusl stígur upp frá Jörðu sem stofn sveppsins.
Um það bil helmingur af orku sprengjunnar leysist út í formi höggbylgjunnar, milli þriðjungs og helmings sprengjunnar í varma en afgangurinn er geislunarorka.
– Geislun: 3 km
50 – 90% af þeim sem eru næst sprengjustaðnum deyja vegna geislunar. Það getur tekið fáeinar klukkustundir eða margar vikur.
– Eldkúla: 4,5 km
Innan eldkúlusprengjunnar kviknar í öllu sem getur brunnið og hitageislun frá eldkúlunni dregur ennþá lengra út.
Höggbylgja: 9 km
Allar byggingar eyðileggjast og í 20,5 km radíus hrynja flest minni hús saman. Nær allar manneskjur deyja.
Brunar: 60 km
Margir fá þriðja gráðu bruna sem getur valdið fötlun, eða í versta falli þarf að aflima fólk.
Árið 1946, skömmu eftir lok stríðsins, ákváðu bandarísk yfirvöld að kjarnaofninn skyldi öðru fremur leitast við að framleiða lyf fremur en sprengjur. Þetta fól í sér að geislavirka joðið, sem Sam Seidlin sýndi fram á sama ár að gæti læknað krabbamein, mátti nú framleiða í mun meira magni. Kjarnalyfin voru fædd.
Geislavirk efni voru frá lokum síðari heimsstyrjaldarinnar einkum notuð til þess að greina sjúkdóma. Efnin eru nytsamleg því þeim má beina nákvæmlega að þeim hluta líkamans sem læknar vilja rannsaka.
Meginreglan er sú að geislavirk efni bindast snefilefnum – efnum sem eru tekin upp í tilteknum líffærum eða tengjast frumum sem eru sýktar. Blöndunni er sprautað inn í líkamann og þegar tilteknar frumur eru stjórnlausar vegna sjúkdómsins munu þær fá meira af efninu í sig.
Með svonefndri gammamyndavél geta læknarnir þessu næst mælt geislunina og þannig fengið nákvæma mynd af framvindu sjúkdómsins á tilteknum stað í líkamanum.
Bandaríkjamenn hrifust af kjarnorkuöldinni
Upp úr 1950 var hrifningin á kjarnorkusprengjunni og kjarnakraftinum gríðarleg, en flestir voru þó grunlausir um hætturnar. Margir ímynduðu sér gullna kjarnorkuöld með m.a. kjarnorkuknúna bíla.
– Las Vegas fagnaði sveppaskýinu
Kjarnorkusprengjutilraunir vöktu mikla hrifningu og í Las Vegas einungis 100 kílómetra frá tilraunasvæðinu frá eyðimörk Nevada leitaðist skemmtanabransinn við að ná sem mestri auglýsingu úr framvindu mála. Dansstúlkur í borginni komu fram í búningum sem voru innblásnir af sprengju. Árið 1957 var ein þeirra valin sem „Miss Atomic Bomb“ og mynduð með sveppaský úr bómull.
– Bílarnir áttu að vera með kjarnaofna
Margir bílaframleiðendur tóku skömmu fyrir 1960 að hanna kjarnorkuknúna bíla sem voru innblásnir af kjarnorkuknúnum skipum og kafbátum sem voru þegar í notkun. Bílar knúnir litlum kjarnaofnum áttu að vera bæði ódýrir í rekstri og mengunarlausir en m.a. vegna augljósarar hættu á slysum komu slíkir bílar aldrei á götuna.
– Sprengjur gátu grafið göng
Bandarísk yfirvöld höfðu áform um að nota kjarnorkusprengjur í staðinn fyrir vélar við gangagröft. Ein af hugmyndunum í upphafi 1960 var að útbúa Panamaskurðinn með kjarnorkusprengju og nefna hann síðan Pan – Atomic Canal. Annað verkefni gekk út á að byggja nýja höfn í Alaska með hjálp kjarnorkusprengjunnar.
Útbreiddasta efnið við slíka sjúkdómsgreiningu er núna teknitium – 99m sem er ákaflega hentugt því það sendir frá sér auðmælanlega gammageisla á nokkurn veginn sömu bylgjulengd og venjuleg röntgengeislun.
Jafnframt brotnar nánast allt efnið í hið stöðuga teknitium – 99 á einum sólarhring og þess vegna verður líkaminn fyrir ákaflega lítilli geislun.
Kópalt – 60 sker eins og hnífur
Kjarnorkuofnarnir gerðu mönnum kleift að framleiða margvísleg mismunandi geislavirk efni, eitt þeirra er kópalt – 60 sem fyrirfinnst ekki í náttúrunni heldur er einungis hægt að framleiða í kjarnaofni með því að láta nifteindum rigna á kópalt – 59.
Kópalt – 60 átti eftir að reynast brautryðjandi fyrir nýja tækni sem var einfaldlega kallað gammahnífur.
Þetta er meðferðin sem árið 2011 bjargaði lífi Víetnamans Do Quoc Hungs þrátt fyrir lungnakrabbamein sem áður hafði verið talið ólæknandi.
Kjarnorka hefur bjargað milljónum mannslífa
Tæplega tvær milljónir mannslífa bjargast vegna þess að kjarnorka hefur komið í stað mengandi kolaorkuvera.
Útreikningarnir eru niðurstöður tveggja vísindamanna við NASA sem til samanburðar staðhæfa að einungis 4900 manns hafi látið lífið vegna kjarnorku frá 1971 til 2009.
Tala þessi er umdeild enda er deilt um hversu mörg dauðföll megi skrifa á Tjernóbyl – slysið en þó er viðurkennt að kjarnorka sé langtum hættuminni en kolaorkuver.
- Komið hefur verið í veg fyrir 1.800.000 dauðsföll þar sem kjarnorka hefur komið í stað kolaorkuvera.
- 76.000 mannslíf á ári hafa bjargast vegna kjarnorku á tímabilinu 2000 til 2009.
- 7.000.000 dauðsföll má forðast á næstu fjóru áratugum komi kjarnorka í stað jarðeldsneytis.
Kol eru 14 sinnum hættulegri en kjarnorka
– Kjarnorka
1,2 dauðsföll per tíu milljarðir kWh (svartsýnasta mat) heimild: IEA
-Gas
1,6 dauðsföll per tíu milljarðir kWh (svartsýnasta mat) heimild: IEA
– Vatnsafl
1,6 dauðsföll per tíu milljarðir kWh (svartsýnasta mat) heimild: IEA
– Kol
32,7 dauðsföll per tíu milljarðir kWh (svartsýnasta mat) heimild: IEA
Tæknin með gammahnífinn virkar þannig að geislavirk efni verða fyrir geislun inni í líkamanum til þess að geislarnir nái einungis til krabbameinsins rétt eins og skurðlæknirinn væri að beita ákaflega nákvæmum hnífi.
Virka efnið í gammahnífnum sendir frá sér gammageislun, en það er ljós með ákaflega stutta bylgjulengd sem er nægjanlega öflugt til að rífa rafeindir lausar frá frumeindum í krabbameinssjúkum frumum.
Þar með myndast svonefndar jónaðar frumeindir – atóm með eitt rafeindapar sem hefur rofnað. Jónirnar víxlverka síðan á atómin í kringum sig og drepa þannig krabbameinsfrumuna
Kjarnorkusprengingar hafa veitt innsýn í líkamann
Hinar fjölmörgu tilraunasprengingar á tímabilinu 1955 – 1963 tvöfölduðu magn af geislavirku kolefni – 14 í loftinu. Efni þetta er tekið upp í líkamann og þar sem það brotnar niður á þekktum tíma hefur það afhjúpað hversu hratt ólíkar frumugerðir líkamans endurmyndast.
Þessi meðferð var fyrst reynd árið 1968 og var það upphafið á svonefndum geislalækningum.
Síðan hefur tækni þessi stöðugt verið betrumbætt og núna nota læknar oftar gammahníf með snúningi þar sem geislunaruppsprettan keyrir umhverfis sjúklinginn og geislar hann frá ólíkum áttum.
Þetta gerir aðferðina enn nákvæmari og minnkar geislun á heilbrigðum vef þannig að mögulegt er að lækna sjúklinga eins og Do Quoc Hung.
Áttundi og níundi áratugur liðinnar aldar gátu af sér enn eina byltingu.
Með nútíma aðferðum við skönnun – CT – MR – og PET – skönnun – sem virka með aðstoð geislavirkrar snefilefna, er orðið mögulegt að kortleggja t.d. krabbameinssjúk svæði í líkamanum í langtum meiri smáatriðum.
Það hefur gert geislalækningar enn algengari því læknar geta nú hnitað inn á æxli með meiri nákvæmni.
Hraðall meðhöndlar krabba
Þessi tæknilega þróun hefur gert öreindahraðla mun útbreiddari og með þeim geta læknar framleitt geislun með hærri orkuinnihaldi en við fyrri aðferðir og þannig drepið krabbameinsfurmur á skilvirkari máta.
Það nýjasta innan geislalækninga er svokölluð smágeislageislun (e. microbeam radiation) tækni sem miklar vonir eru bundnar við enda er hún óhemju nákvæm.
Tæknin byggist á svokölluðum synkrótrón, sem hringlaga öreindahraðall.
Magnaðasta vopn heims líkir eftir sólu
Upprunalega kjarnorkusprengjan fékk alla orku sína við að kljúfa atómkjarna – við kjarnaklofnun. Nú til dags eru flestar kjarnorkusprengjur hins vegar svonefndar vetnissprengjur. Þetta öflugasta vopn mannkyns líkir eftir ferlum í iðrum sólar þar sem þrýstingur sem er 250 milljörðum sinnum meiri en við yfirborð Jarðar og hitastig nærri 15 milljónum °C bræða vetnisatóm saman við helíum. Vetnissprengjan nýtir kjarnaklofnun til að setja í gang samruna vetnis sem leysir gríðarlega orku úr læðingi.
Kjarnorkusprengjan fær alla orkuna úr kjarnaklofnun
Sprenging: Afl sprengjunnar er losað með kúlu úr plastísku sprengiefni. Inni í kúlunni er eldsneyti sprengjunnar, plútóníum – 239, og einnig beryllium og pólónium – 210. Við sprenginguna þrýstist hið óstöðuga pólónium – 210 saman við beryllium.
Kjarnorkusprengjan fær alla orkuna úr kjarnaklofnun
Kjarnaklofnun: Pólónium – 210 sendir frá sér alfageislun sem slær nifteindir lausar frá beryllium atómum. Þegar þær skella á plútóníum – 239 frumeindunum klofna þær og senda frá sér orku og 2 – 3 nýjar nifteindir þannig að öll atómin klofna á örskotsstundu í keðjuverkun.
Vetnissprengjan bætir við samruna
Upphitun: Samrunaferlið, kjarnaklofnunin sendir frá sér gammageislun. Geislunin endurkastast frá innri hliðum klæðningar sprengjunnar og hita hana að innan í um 100 mio. gráður. Þessi ógnarhiti setur næsta þrep sprengjunnar í gang – samruna.
Vetnissprengjan bætir við samruna
Sprenging: Eldsneytið í samrunaþrepi sprengjunnar samanstendur af tveimur gerðum af þungu vetni, deuterium og tritium, í úranskel. Ferlið er leynilegt en hitinn fær að líkindum úranskelina til að springa þannig að gagnstæður kraftur þrýstir vetninu saman.
Vetnissprengjan bætir við samruna
Samruni: Ægilegur þrýstingurinn fær deuterium og tritium að renna saman í nýtt efni, helium, rétt eins og á sér stað innan í Sólinni. Ferlið losar gríðarlegt magn umframorku – meira en fjórum sinnum meira en við kjarnaklofnun.
Segulsvið hraðar öreindum jafnt og þétt og geislunin eykst í takt við aukinn hraða.
Hröðunin fær öreindirnar til að senda frá sér röntgengeislun og geislunin fókuserast þannig að sá geisli sem sendur er inn í líkamann mælist allt niður að sjö míkrómetrum (1/100.000 m) í þvermál – um tíundi hluti af mannshári.
Grunnreglan í meðferðinni er að skotið er mörgum afar nákvæmum geislapúlsum að sjúku frumunum. Þannig er skaði heilbrigðra frumna lágmarkaður.
Smágeislameðferðin er talin m.a. geta nýst gegn æxlun í miðtaugakerfinu sem áður hafa verið ákaflega erfið viðfangs.
Kjarnorkusprengjan var skapað sem vopn gegn óvinum og gerði mönnum færa um að eyðileggja gjörvalla Jörðina.
En þetta dómsdagsvopn færði okkur einnig tækni sem bjargar lífum með því að berjast gegn óvinum inni í líkamanum með undraverðri nákvæmni.
