Преамбула
Автор ещё не сошёл с ума. Просто появилась идея цикла заметок, в котором теоретическая возможность существования чего-то подобного - "Машины Судного Дня" - будет иметь принципиальное значение. В связи с этим её параметры приходится рассчитывать заранее. А раз всё равно приходится, то почему бы тут результат расчёта не выложить? Как раз и ссылаться можно будет.
Машина Судного Дня
Умирают гады и хорошие люди,
Умирают больные и доктора.
Умирают кошки, умирают мышки,
Умирают все
Глеб Самойлов: Тоска без начала
Вопреки распространившемуся ещё с конца XX века мифу, запасов ядерного оружия на Земле вовсе недостаточно для того, чтобы уничтожить жизнь на ней, не говоря уже о самой планете. Эффект "ядерной зимы", несомненно, очень неприятен, но, во-первых, нужно ещё доказать, что мы верно его себе представляем, во-вторых, он максимум лишь разрушит цивилизацию - вернее, отбросит её в развитии (как -нибудь потом выложу конкретный расчёт).
Тем не менее, в принципе штука, которая может уничтожить высокоорганизованную жизнь на планете, известна. Она относится к категории радиологического оружия. Это так называемая "кобальтовая бомба", вычисленная Лео Силардом в 1950 году:
Она...
...представляет собой термоядерный боевой припас, в котором последняя оболочка содержит не уран-238, а кобальт. Природный кобальт является моноизотопным элементом, он на 100 % состоит из кобальта-59. При взрыве эта оболочка облучается сильным нейтронным потоком. В результате захвата нейтрона стабильное ядро кобальта-59 превращается в радиоактивный изотоп кобальт-60. Период полураспада кобальта-60 составляет 5,2 года, в результате бета-распада данного нуклида образуется никель-60 в возбуждённом состоянии, который затем переходит в основное состояние, испуская один или несколько гамма-квантов.
Википедия
Гамма-радиация, с одной стороны, считается "мягкой" в сравнении с альфа- и бета-радиацией: она представляет собой разновидность электромагнитного излучения, более жёсткого, чем рентгеновское (впрочем, их диапазоны пересекаются), в то время альфа- и бета-радиация - это испускание частиц. С другой стороны, именно по этой причине гамма-лучи отличаются поразительной проникающей способностью: если поток тяжёлых альфа-частиц остановит и лист бумаги, то гамма-излучение ослабит лишь толстый слой металла. Так что для тотального уничтожения всего живого гамма-радиация явно "удобнее".
Таким образом, в качестве "Машины Судного Дня" остановимся на давно известной классике - кобальтовой бомбе.
Сколько нужно кобальта?
Поиск по сетевым источникам даёт только утверждение, что для загрязнения всей поверхности Земли до состояния, при котором человек получает смертельную дозу облучения менее чем за год, нужно всего около 1 г радионуклида на квадратный километр. Соответственно, на всю планету выходит всего около 500 т. Обосновывается это ссылкой на уровень радиоактивности кобальта-60. Вот только он сам довольно быстро распадается, так что 1 г скоро перестанет быть таковым. Неясно, учитывается ли это: детального расчёта нет.
Что ж, проведём собственный расчёт: сколько кобальта-60 потребуется для надёжного уничтожения человечества по всей поверхности планеты.
Точно сказать, какая именно доза радиации окажется смертельной в каждом конкретном случае, сложно. Тут "рулит" статистика. Не вдаваясь в лишние подробности, выходит примерно так:
ЛД-50 составляет 350 рентген (ЛД - "летальная доза"; то есть, получив 350 рентген, умрёт половина подвергшихся облучению);
ЛД-90 - 450 рентген (умирает 90%);
600 рентген считаются дозой абсолютно смертельной (но при этом известны случаи, когда получившие такую дозу облучения выживали; современная наука затрудняется объяснить их).
По-современному, это составляет 3.5, 4.5 и 6 зивертов соответственно.
Далее. "Кюри" - традиционная единица измерения радиационной активности. Для нас важно то, что 1 Ки на квадратный метр создаёт излучение примерно в 10 рентген в час.
Для того, чтобы человечество погибло, надо, чтобы смертельную дозу все люди получили бы за срок жизни менее чем одного поколения. Скажем, за 10 лет. Ну, возьмём лучше 12 лет: так считать легче (500 за 10 лет выйдет).
Тогда это получается 50 рентген в год, или около 1 рентгена в неделю. Часов в неделе 168, то есть выходит около 6 мР в час:
1/168 ~ 6*10^-3
То есть для создания такого радиационного фона нужно
(6*10^-3) / 10 = 6*10^-4 Ки/м2, или
6*10^-4 * 1000^2 = 600 Ки/км2
Это - минимальная радиоактивность среды, при которой человечество должно погибнуть. Теперь рассчитаем параметры "реалистичной" кобальтовой бомбы.
Прежде всего, учтём период полураспада кобальта-60: он составляет 5.27 года. Надо рассчитать так, чтобы все люди получили смертельную дозу за примерно этот срок - иначе потом радиация будет быстро снижаться. Для простоты примем, что необходимо 100 Р в год - тогда через 6-7 лет как раз выйдет гарантированная летальная доза. Это в 2 раза больше, чем в предыдущем случае, когда у нас получилось 50 Р в год. То есть нам нужно уже не 600, а 1200 Ки/км2. Сколько это выйдет в пересчёте на массу кобальта-60?
1 Ки - это 37 млрд. распадов в секунду, то есть 3.7*10^10. Площадь поверхности Земли - 510 млн км2. Значит, на всю Землю потребуется:
510 млн км2 * 1200 Ки/км2 * 3.7*10^10 распадов в секунду ~ 5*10^8 * 1.2*10^3 * 3.7*10^10 ~ 2.2*10^22 ядер кобальта-60.
Именно столько их должно в среднем распадаться ежесекундно на протяжении 5 с копейками лет.
В году примерно 30 млн секунд, то есть всего у нас должно распасться
30 млн * 5 * 2.2*10^22 = 3*10^7 * 5 * 2.2*10^22 = 3.3*10^30
ядер кобальта-60 (период полураспада округляем до 5 лет).
Причём это у нас распалась лишь половина всех ядер, то есть после этого останется ещё столько же. Значит, изначально у нас должно быть
3.3*10^30 * 2 = 6.6*10^30 атомов кобальта-60.
Молярная масса кобальта-60, как легко догадаться, составляет 60 грамм. Напомню, что молярная масса - это вес одного "моля" вещества (то есть 6*10^23 его частиц - атомов или молекул). Вычисленное нами необходимое количество радиоактивного кобальта составляет
(6.6*10^30) / (6*10^23) = 1.1*10^7
молей. В единицах массы это будет
1.1*10^7 * 60 = 6.6*10^8 г = 6.6*10^5 кг = 660 тонн.
Именно столько радионуклида нужно для уничтожения человечества (и всей высокоорганизованной жизни на Земле).
Но это само по себе ещё не значит, что именно столько будет весить сама бомба. Это, напомню, только минимальный вес внешней кобальтовой оболочки - а помимо неё должно существовать и само термоядерное взрывное устройство. Кроме того, следует учесть, что не весь кобальт оболочки будет вовлечён в реакцию. И следует учесть неравномерность выпадения осадков в разных регионах планеты. Значит, для гарантии надо увеличить массу исходного кобальта-59 дополнительно, причём "с запасом". Скажем, ещё на порядок. Тогда масса оболочки составит уже 6600 тонн.
Думается, нам следует тут оставить некую неопределённость. Нашим выводом будет "660 т чистого радионуклида, в пределах 6600 т общая масса внешней оболочки, вовлекаемой в термоядерную реакцию".
Кстати, цифра по чистому радионуклиду - 660 т - получается довольно близкой к тем 500 т, на которые можно наткнуться в Сети.
Что получилось?
Но каков вес самой "Машины Судного Дня" - целиком?
Возьмём за образец "Царь-бомбу", только мысленно "заменим" её свинцовую оболочку на кобальтовую:
В испытанном экземпляре бомбы для поднятия мощности взрыва ещё на 50 мегатонн достаточно было заменить свинцовую оболочку на уран-238, как и предполагалось штатно. Замена материала оболочки и понижение мощности взрыва были обусловлены желанием сократить до приемлемого уровня количество радиоактивных осадков, а не стремлением уменьшить вес бомбы, как иногда полагают (вес АН602 от этого действительно уменьшился, но незначительно — урановая оболочка должна была весить примерно 2800 кг, свинцовая же оболочка того же объёма — исходя из меньшей плотности свинца — около 1700 кг. Достигнутое при этом облегчение чуть более одной тонны слабо заметно при общей массе АН602 не менее 24 тонн (даже если брать самую скромную оценку) и не влияло на положение дел с её транспортировкой.
Если заменить свинец на ещё менее плотный кобальт, то получится, что вес оболочки составил бы примерно 1300 кг, или 1.3 т. Масса остального взрывного устройства - около 25 т. Тогда для того, чтобы подорвать 660 т кобальта, понадобится термоядерное взрывное устройство массой
(660 * 25) / 1.3 ~ 12700 т,
а для 6600 т кобальта - массой, соответственно, 127000 т.
Штука, что и говорить, большая. Это, конечно, индустриальный объект первого класса, не дешевле крупной плотины (а то и целого гидрокаскада), и к тому же подразумевает существование мощной атомной промышленности... но развитая ядерная держава, в принципе, могла бы осилить такой проект. Объект, скорее всего, был бы стационарным - хотя, возможно, его удалось бы смонтировать на достаточно крупном корабле (что бессмысленно, раз его задача - поразить всю планету).
Вот только развитой ядерной державе "Машина Судного Дня" не особо нужна: вероятность нападения на неё и так мало отличается от нуля. Ей рациональнее те же средства потратить просто на укрепление своих ядерных сил.
Однако в некоторых - весьма специфических - случаях создание такого устройства всё же возможно. Об этом - в следующих статьях цикла.
PS: Создание чего-то в этом духе имеет смысл разве что в ситуации, когда мы ожидаем инопланетного вторжения и попытки завоевания Земли. Тогда создание устройства, которое уничтожает Землю как объект, интересный для завоевания, осмысленно. Это так - в порядке бреда.
PPS: Даже если некоторые люди переживут гибель практически всего остального человечества, довольно маловероятно, что они смогут выжить на планете с тотально разрушенной биосферой: крайне немногие виды живых существ способны будут существовать в условиях такого радиационного фона. Так что тотальное уничтожение подобная "Машина Судного Дня", видимо, обеспечит.
3PS: Все статьи канала "Ходячая Энциклопедия" с ядерной и смежной тематикой