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

BÀI GIẢNG Y HỌC QUÂN SỰ

–

Đại Tá Bác Sỹ : BÙI XUÂN QUANG

BÀI 27
ĐẠI CƯƠNG VỀ VŨ KHÍ HẠT NHÂN
I. KHÁI NIỆM VỀ VŨ KHÍ HẠT NHÂN
1.1.

Định nghĩa

- Vũ khí hạt nhân là loại vũ khí hủy diệt lớn. nguyên lý giải phóng năng
lượng của nó dựa trên cơ sở dùng phản ứng phân hạch, phản ứng nhiệt hạch và
hiện tượng phân rã phóng xạ của chất nổ hạt nhân.
- Khi nổ, vũ khí hạt nhân giải phóng ra năng lượng lớn và tạo ra 5 nhân tố
phá hoại : sóng nổ, bức xạ quang, bức xạ xuyên, bức xạ dư (chất phóng xạ) và
xung điện từ.
- Vũ khí hạt nhân khác với vũ khí thông thường là khi nổ vũ khí hạt nhân có
sự hụt khối lượng và khối lượng bị hụt chuyển thành năng lượng theo định luật: m
= c.v nên năng lượng tỏa ra lớn gấp hàng triệu lần so với năng lượng khi nổ vũ khí
thông thường(nhiệt độ cao khoảng 30 triệu 0C gấp 100 ngàn lần vũ khí thông
thường, áp lực khoảng 20 tỷ atmotphe gấp 6000 lần vũ khí thông thường).
- Vũ khí hạt nhân bao gồm:
 Vũ khí hạt nhân loại nổ (bom, đầu đạn hạt nhân, mìn…)
 Vũ khí hạt nhân loại không nổ (chất phóng xạ chiến đấu).
- Vũ khí hạt nhân được chế tạo dưới nhiều dạng: bom, đầu đạn tên lửa, đạn
pháo, ngư lôi, mìn….
1.2.

Đương lượng nổ của vũ khí hạt nhân (ký hiệu là q)

- Đương lượng nổ của vũ khí hạt nhân là số năng lượng giải phóng do vũ khí
hạt nhân nổ, được biểu thị bằng số lượng thuốc nổ trinitrotoluen (TNT). Số lượng
thuốc nổ này khi cho nổ sẽ giải phóng ra một năng lượng tương đương với năng
lượng của vụ nổ hạt nhân.
- Đương lượng nổ thường được biểu thị bằng kiloton (KT) hoặc mêgaton
(MT).
(1KT = 1.000 T; 1MT = 1.000 KT = 1.000.000 T)
ĐẠI CƯƠNG VỀ VŨ KHÍ HẠT NHÂN
- 246 -


BÀI GIẢNG Y HỌC QUÂN SỰ

–

Đại Tá Bác Sỹ : BÙI XUÂN QUANG

Ví dụ: Quả bom nguyên tử Mỹ ném xuống Hirohima của Nhật Bản ngày
6/8/1945 có đương lượng nổ là 20 KT, có nghĩa là khi quả bom đó nổ, nó sẽ giải
phóng ra một năng lượng tương đương với năng lượng giải phóng của 20 nghìn
tấn thuốc nổ TNT.
1.3.

Phân loại vũ khí hạt nhân.

1.3.1. Theo nguyên lý cấu tạo:
- Vũ khí hạt nhân (theo nguyên lý chia tách nhân để tạo năng lượng) còn gọi
là vũ khí nguyên tử, vũ khí A, vũ khí 1F (một pha).

- Vũ khí nhiệt hạch (theo nguyên lý kết hợp nhân để tạo năng lượng) còn gọi
là vũ khí khinh khí, vũ khí H, vũ khí 2F (hai pha).
- Vũ khí hỗn hợp theo nguyên lý chia tách nhân + kết hợp nhân còn gọi là vũ
khí 3F (có 3 pha chia tách + kết hợp + chia tách nhân).
1.3.2. Theo đương lượng nổ: (theo phân loại của Liên Xô cũ).
 Vũ khí hạt nhân cực nhỏ 1 KT.
 Vũ khí hạt nhân loại vừa 2 – 15 KT.
 Vũ khí hạt nhân loại nhỏ 15 – 100 KT.
 Vũ khí hạt nhân loại nhỏ 100 – 500 KT.
 Vũ khí hạt nhân loại cực lớn 500 KT.
1.3.3. Theo mục đích quân sự:
 Vũ khí hạt nhân thực sự chiến thuật 1 KT.
 Vũ khí hạt nhân chiến thuật 1 – 100 KT.
 Vũ khí hạt nhân chiến lược 100 KT.
1.3.4. Theo hình dạng vũ khí:
Có bom hạt nhân, đầu đạn tên lửa hạt nhân, đạn pháo hạt nhân, mìn hạt
nhân….
1.3.5. Theo chất nổ hạt nhân:
Có bom Urani, bom Plutoni, bom Cobalt, bom khinh khí….
1.3.6. Theo tính chất nổ:
 Vũ khí hạt nhân loại nổ: bom, đầu đạn tên lửa.
ĐẠI CƯƠNG VỀ VŨ KHÍ HẠT NHÂN
- 247 -


BÀI GIẢNG Y HỌC QUÂN SỰ

–

Đại Tá Bác Sỹ : BÙI XUÂN QUANG

 Vũ khí hạt nhân loại không nổ: chất phóng xạ chiến đấu.
1.4.

Phương tiện đưa vũ khí hạt nhân tới mục tiêu.

Hiện nay có nhiều phương tiện có thể đưa vũ khí hạt nhân tới mục tiêu như
súng cối, đại bác, tên lửa, máy bay, vệ tinh….
1.5.

Nguyên lý cấu tạo vũ khí hạt nhân

1.5.1. Vũ khí phân hạch:
Năng lượng tỏa ra của vũ khí phân hạch dựa vào năng lượng do phản ứng
phân hạch nguyên tử Urani – 235, Plutoni 239… Muốn thực hiện được phản ứng
phân hạch cần ba điều kiện cơ bản:
* Phải có chất nổ hạt nhân (ở đây là Urani – 235) thuần khiết.
* Hệ số nơtron phải lớn hơn 1 (số nơtron hiệu dụng tính trung bình của một
lần phản ứng).
* Chất nổ hạt nhân phải đạt khối lượng tới hạn (khối lượng chất nổ hạt nhân
tối thiểu cần thiết để vũ khí hạt nhân gây được phản ứng phân hạch).
- Lúc vũ khí hạt nhân chưa nổ, chất nổ hạt nhân chia thành 2 mảnh bán cầu,
mỗi mảnh ở dưới khối lượng tới hạn. khi vũ khí hạt nhân nổ, thuốc nổ TNT cháy
tạo áp suất lớn đẩy hại khối bán cầu chất nổ hạt nhân áp sát vào nhau làm cho khối
lượng chất nổ hạt nhân bây giờ có khối lượng trên tới hạn và bom lập tức nổ.

ĐẠI CƯƠNG VỀ VŨ KHÍ HẠT NHÂN
- 248 -

BÀI GIẢNG Y HỌC QUÂN SỰ

–

Đại Tá Bác Sỹ : BÙI XUÂN QUANG

SƠ ĐỒ CẤU TẠO VŨ KHÍ HẠT NHÂN PHÂN HẠCH

1.5.2. Vũ khí nhiệt hạch:
- Năng lượng giải phóng ra của vũ khí nhiệt hạch là do việc thực hiện hai
phản ứng hạt nhân liên tiếp hai pha: pha chia tách nhân và pha kết hợp nhân.
- Phản ứng kết hợp nhân là phản ứng chính tạo nên năng lượng của vũ khí
nhiệt hạch, còn phản ứng chia tách nhân (phân hạch) là phản ứng tạo ra nhiệt độ
cao, dùng làm mồi nổ để thực hiện phản ứng kết hợp nhân.
- Điều kiện duy nhất để thực hiện phản ứng kết hợp nhân là có nhiệt độ cao
hàng chục triệu độ. Muốn có nhiệt độ thì phải dùng mồi nổ tạo nhiệt độ cao, là
phản ứng nhiệt hạch, lớn hơn nhiều so với năng lượng của phản ứng phân hạch.
- Nguyên lý hoạt động: Kíp nổ hoạt động, mồi nổ A hoạt động tạo nhiệt độ
cao làm cho đơtêri và triti kết hợp với nhau thành hạt nhân hêli và giải phóng năng
lượng lớn.

ĐẠI CƯƠNG VỀ VŨ KHÍ HẠT NHÂN
- 249 -


BÀI GIẢNG Y HỌC QUÂN SỰ

–

Đại Tá Bác Sỹ : BÙI XUÂN QUANG

SƠ ĐỒ CẤU TẠO VŨ KHÍ HẠT NHÂN NHIỆT HẠCH

1.5.3. Vũ khí hỗn hợp.
Cấu trúc giống như vũ khí nhiệt hạch, nhưng khác là vỏ bom không phải là
kim loại thường là Urani – 238. Khi bom nổ, sau khi phản ứng kết hợp thực hiện sẽ
phóng ra những nơtron cực nhanh (có năng lượng rất lớn khoảng 14 MeV), những
nơtron này có đủ khả năng phá vỡ Urani – 238 thực hiện phản ứng phân hạch một
lần nữa. Năng lượng giải phóng của vũ khí hỗn hợp chủ yếu là do phản ứng phân
hạch Urani – 238.
1.5.4. Vũ khí nơtron
Cấu trúc giống như vũ khí nhiệt hạch, nhưng có thiết kế đặc biệt để sao có
yếu tố sát thương chủ yếu là nơtron. Muốn vậy thì vũ khí nơtron, năng lượng giải
phóng của mồi nổ A phải nhỏ, bên ngoài chất nổ nhiệt hạch là một lớp chất nổ hạt
nhân Urani – 238 và có vỏ bom cực mỏng để tránh cản trở nguồn nơtron phóng ra
ngoài.
Hiện nay còn có nhiều loại vũ khí hạt nhân khác như VKHN – 35, vũ khí
xung điện….
ĐẠI CƯƠNG VỀ VŨ KHÍ HẠT NHÂN
- 250 -


BÀI GIẢNG Y HỌC QUÂN SỰ

1.6.

–

Đại Tá Bác Sỹ : BÙI XUÂN QUANG

Hình thức và cảnh tượng nổ.

Có 5 hình thức nổ:
1.6.1. Nổ vũ trụ: Là nổ ở độ cao 150km trở lên.
Mục đích: cho nổ ở độ cao này để phá các phương tiện bay.
Cảnh tượng nổ vũ trụ: nếu thời tiết tốt, ta nhìn thấy quả cầu lửa và cực
quang nhân tạo.
1.6.2. Nổ trên cao: (ký hiệu là C) nổ ở độ cao 65 km xuống tới 16 km.
Mục đích: là phá hủy phương tiện bay trong tầng bình lưu và trung lưu của
khí quyển.
Cảnh tượng nổ: với điều kiện khí tượng tốt có thể nhìn thấy quả cầu lửa tròn,
sáng chói, lan rộng và bốc cao rồi tan thành mây phóng xạ tỏa tán đi. Nếu nổ ở độ
cao tương đối thấp có thể nghe thấy tiếng nổ.

Cảnh tượng nổ trên cao
1.6.3. Nổ trong không khí: (ký hiệu là K) nổ từ độ cao 16 km xuống đến độ
cao cách mặt đất khoảng cách bằng bán kính cầu lửa.
Mục đích: tiêu diệt các mục tiêu ở mặt đất và dưới mặt đất.
Cảnh tượng nổ:
Xuất hiện chớp sáng chói, sau đó nghe thấy tiếng nổ đanh, cầu lửa xuất hiện to
nhanh, bốc lên cao, biến thành đám mây phóng xạ hình tán nấm. Từ mặt đất dưới
vùng nổ bụi, đất, đá…bị cuốn lên thành cột bụi giống như thân và chân nấm, kết
hợp với tán nấm, hình thành một cây nấm khổng lồ gọi là “Nấm mây nguyên tử”.

ĐẠI CƯƠNG VỀ VŨ KHÍ HẠT NHÂN
- 251 -


BÀI GIẢNG Y HỌC QUÂN SỰ

–

Đại Tá Bác Sỹ : BÙI XUÂN QUANG

Cảnh tượng nổ trong không khí

1.6.4. Nổ ở mặt đất, mặt nước: (ký hiệu là Đ và N)
Nổ ở độ cao nhỏ hơn bán kính cầu lửa.
Mục đích: phá hoại những mục tiêu kiên cố.
Cảnh tượng nổ:
Vùng nổ hình thành bán cầu lửa hoặc cầu lửa dẹt ở phía dưới, ở mặt đất tạo thành
một hố hình phễu, đất xung quanh hố rạn nứt, có phủ lớp xỉ phóng xạ. Nếu nổ mặt
nước, nước sôi lên dữ dội hình thành những đợt sóng cao và vỗ mạnh như sóng
thần.

Cảnh tượng nổ mặt đất
ĐẠI CƯƠNG VỀ VŨ KHÍ HẠT NHÂN
- 252 -


BÀI GIẢNG Y HỌC QUÂN SỰ

–

Đại Tá Bác Sỹ : BÙI XUÂN QUANG

1.6.5. Nổ dưới đất, dưới nước: (ký hiệu là DĐ và DN) là nổ sâu trong nước,
trong lòng đất vài mét đến vài nghìn mét.
Mục đích: để tiêu diệt các công trình đặc biệt kiên cố ở dưới đất, để tiêu diệt
các mục tiêu trên mặt nước, dưới nước phá hủy quân cảng, đê đập.

Cảnh tượng nổ: Không có cầu lửa, nghe tiếng nổ trầm, đất rung chuyển. Mặt
đất ở nơi bom nổ bị phá vỡ, đất bắn lên tạo thành hố hình nón cụt rỗng lòng, mầu
nâu thẫm, hố bom rộng và sâu. Nếu nổ dưới nước, tại vùng nổ nước sôi, bốc hơi
nóng đỏ, hình thành những đợt sóng khổng lồ, dữ dội cao hàng chục mét, đồng thời
một khối nước tung lên cao tạo thành cột nước cao hàng trăm mét và rơi xuống
tung tóe thành sương mù phóng xạ, kết hợp với không khí nóng phụt lên nguội dần
thành mây phóng xạ.

Cảnh tượng nổ dưới đất và dưới nước

II. YẾU TỐ SÁT THƯƠNG CỦA VŨ KHÍ HẠT NHÂN
Đặc điểm sát thương của vũ khí hạt nhân:
 Sát thương phá hoại hàng loạt trên diện tích rộng.
 Sát thương phá hoại hỗn hợp do tác dụng đồng thời của nhiều nhân tố.
 Sát thương phá hoại ngay khi nổ và có thể kéo dài nhiều giờ sau khi nổ.
 Sát thương phá hoại trong khu vực nổ và có thể rất xa khu vực nổ.
Khi vũ khí hạt nhân nổ, dù đương lượng nổ của bom đạn lớn hay nhỏ, dù
cho nổ ở hình thức cao hay thấp, đều có những yếu tố sát thương:

ĐẠI CƯƠNG VỀ VŨ KHÍ HẠT NHÂN
- 253 -


BÀI GIẢNG Y HỌC QUÂN SỰ

2.1.

–

Đại Tá Bác Sỹ : BÙI XUÂN QUANG

Sóng nổ (còn gọi là sóng kích động, sóng chấn động, sóng xung kích,
sóng xung động).

Ngay sau khi vũ khí hạt nhân nổ, ta thấy xuất hiện những làn sóng nổ lan
truyền ra mọi phía xung quanh môi trường nổ. Năng lượng trung bình phân phối
cho sóng nổ chiến khoảng 50% tổng số năng lượng của vụ nổ hạt nhân. Sóng nổ là
yếu tố sát thương chủ yếu, nó được hình thành do sụ giãn nở nhanh chóng khối
lượng hơi trong quả cầu lửa, áp lực khối hơi đó đạt tới hàng triệu atmosphe, nó
truyền năng lượng đó cho không khí xung quanh dưới dạng sóng nổ. Sóng nổ lan
truyền trong không khí với vận tốc khoảng 3000m/s lúc đầu tiên, sau đó giảm dần
xuống bằng tốc độ sóng âm.
2.1.1. Sự truyền năng lượng và sự lan truyền của sóng nổ.
- Khi quả cầu nổ còn ở trạng thái đẳng nhiệt, đẳng áp thì sóng nổ chưa hình
thành và sự truyền năng lượng từ quả cầu ra môi trường ngoài chủ yếu là bức xạ
nhiệt. Sau đó quả cầu lửa nở to nhanh chóng, sự truyền năng lượng bằng bức xạ
nhiệt giảm đi và sự truyền năng lượng bằng va chạm, bằng động năng của mảnh vỡ
hạt nhân dần dần lớn lên và vượt sự truyền nhiệt năng, lúc đó hình thành sóng nổ.
- Khi sóng nổ lan truyền tới một điểm nào đó của môi trường xung quanh thì
áp suất nơi đó đột nhiên tăng cao tiến tới cực đại, sau giảm dần. Mật độ, nhiệt độ,
vận tốc của không khí cũng tăng cao.
- Sự truyền lan của sóng nổ không phải là sự dịch chuyển khối không khí từ
tâm nổ ra ngoài mà là sự truyền năng lượng từ các phân tử lớp không khí này sang
lớp không khí khác. Các phân tử không khí chỉ dao động tại chỗ, biên độ rộng ra,
va chạm vào nhau chứ không bị mang đi theo phương truyền sóng.
2.1.2. Cấu tạo của sóng nổ.
Sóng nổ gồm có mặt sóng. Mặt sóng là mặt trước của sóng, nó được xác
định bởi các thông số như siêu áp mặt sóng, nhiệt độ mặt sóng và vận tốc không
khí mặt sóng. Tác động của mặt sóng lớn hay nhỏ là do mặt sóng quyết định.
2.1.3. Bản chất và thành phần sóng nổ.

- Bản chất sóng nổ của vũ khí hạt nhân cũng giống sóng nổ của bom đạn
thường, nhưng khác ở chỗ là quy mô lớn hơn, phạm vi phá hoại rộng hơn. Sóng nổ
bao gồm: sóng tới, sóng phản xạ, sóng kết hợp.

ĐẠI CƯƠNG VỀ VŨ KHÍ HẠT NHÂN
- 254 -


BÀI GIẢNG Y HỌC QUÂN SỰ

–

Đại Tá Bác Sỹ : BÙI XUÂN QUANG

* Khi bom nổ trên không, sóng tới là những làn sóng hình cầu đồng tâm lan
ra mọi phía xung quanh tâm nổ. Khi sóng tới lan truyền chạm mặt đất, nó nén ép
dần và truyền năng lượng cho lớp không khí sát mặt đất làm cho áp suất, nhiệt độ,
mật độ không khí tăng đột ngột hình thành sóng phản xạ và có hướng vận động
ngược với của sóng tới, mạnh hơn sóng tới từ 2 – 8 lần. Sóng phản xạ có vận tốc
lớn hơn sóng tới nên sẽ đuổi kịp sóng tới ở khu xa và kết hợp với nhau tạo thành
sóng kết hợp, còn gọi là sóng đầu, sóng MACH.
- Sóng kết hợp có thể mạnh hơn sóng tới đến 2 – 3 lần.

Bản chất và thành phần sóng nổ

2.2.

Bức xạ quang.

2.2.1. Đặc điểm vật lý.

- Bức xạ quang là một yếu tố sát thương gây hiệu ứng nhiệt và ánh sáng của
vụ nổ hạt nhân. Năng lượng của bức xạ quang chiếm khoảng 35% tổng số năng
lượng của vụ nổ hạt nhân khi nổ trên không. Bom đạn thông thường cũng phát
sáng và tạo nhiệt độ cao, nhưng cường độ yếu nên không coi là một yếu tố sát
thương phá hoại người và vật dụng.
- Bức xạ quang được hình thành từ quả cầu lửa. Dưới tác dụng của nhiệt độ
cao hàng chục triệu độ, các nguyên tử, phân tử của môi trường bị kích thích và
phát ra những bức xạ có thể đốt cháy mọi sinh vật, vật chất. Những bức xạ này
cũng giống như bức xạ mặt trời gồm các sóng điện từ như tia hồng ngoại (IR), ánh
sáng nhìn thấy, tia cực tím (UV). Khi bom nổ, lúc đầu tiên (0,1 ms) quả cầu lửa có
kích thước nhỏ, ví dụ bom 100KT sau 10-3s có 70 tấn không khí bị nung nóng, sau
10-2s có 8600 tấn, sau 10-1s có 20 tấn không khí bị nung nóng. Độ lớn của quả cầu
lửa phụ thuộc vào đương lượng nổ của bom đạn.
ĐẠI CƯƠNG VỀ VŨ KHÍ HẠT NHÂN
- 255 -


BÀI GIẢNG Y HỌC QUÂN SỰ

–

Đại Tá Bác Sỹ : BÙI XUÂN QUANG

- Quả cầu lửa càng nổ to thì nhiệt độ bên trong của nó giảm dần. Ví dụ sau
0,1 ms đối với bom 20 KT nhiệt độ đo được là 300.0000K, sau 1,5 ms nhiệt độ
giảm xuống còn 18000K, nhiệt độ này tương đương với nhiệt độ lúc sóng nổ tách
khỏi mặt cầu lửa.
Đường kính quả cầu lửa

Đương lượng nổ

270m

20KT

600m

400KT

800m

1KT

2.100m

10MT

2.800m

20MT

2.2.2. Các giai đoạn phát triển nhiệt độ ở bề mặt quả cầu lửa:
Giai đoạn mở đầu: rất ngắn khoảng 1.10-6s, lúc đó kích thước cầu lửa rất
nhỏ, năng lượng tỏa ra ít, bức xạ quang trong giai đoạn này có tác dụng sát thương
không đáng kể.
Giai đoạn 1: tính từ khi quả cầu lửa hình thành, nhiệt độ lúc đó từ 50.0000K
đến 70.0000K cho đến khi nhiệt độ giảm xuống còn 20000K, thời gian này khoảng
1.10-3s.
Giai đoạn 2: ở giai đoạn này nhiệt từ 2000 0K lại tăng dần lên 80000K, sau
giảm xuống 15000K - 17000K thì cầu lửa hết phát sáng.

2.2.3. Thời gian phát sáng của cầu lửa:

ĐẠI CƯƠNG VỀ VŨ KHÍ HẠT NHÂN
- 256 -


BÀI GIẢNG Y HỌC QUÂN SỰ

–

Đại Tá Bác Sỹ : BÙI XUÂN QUANG

Các giai đoạn phát triển nhiệt độ
ở bề mặt quả cầu lửa

Phụ thuộc vào đương lượng nổ và chất lượng cải tiến của bom đạn:
- Bom đạn cỡ nhỏ: phát sáng từ 1 – 1,5s.
- Bom đạn cỡ vừa: phát sáng 3s.
- Bom đạn cỡ lớn: phát sáng 8s.
- Có loại bom: Phát sáng 20s. ví dụ: bom 20 KT phát sáng < 3s; bom 10MT
phát sáng > 10s.
2.2.4. Thành thành của bức xạ quang.
Tỷ lệ từng loại bức xạ thay đổi tùy theo từng giai đoạn phát triển của nhiệt
độ:
Giai đoạn 1: chủ yếu phát ra tia cực tím, những tia này bị không khí hấp thụ
gần hết nên tác hại không đáng kể.
Giai đoạn 2: tia cực tím: 13%, ánh sáng nhìn thấy 45%, tia hồng ngoại 48%.
Nhiệt độ cầu lửa càng giảm thì tỷ lệ tia hồng ngoại càng tăng lên.
Khi nổ trên cao, tác hại của bức xạ quang mạnh nhất.

2.3.

Bức xạ xuyên.

2.3.1. Tính chất chung:

ĐẠI CƯƠNG VỀ VŨ KHÍ HẠT NHÂN
- 257 -


BÀI GIẢNG Y HỌC QUÂN SỰ

–

Đại Tá Bác Sỹ : BÙI XUÂN QUANG

Là yếu tố sát thương hết sức quan trọng, yếu tố đặc trưng của vũ khí hạt
nhân, nhất là vũ khí cỡ nhỏ và cực nhỏ. Đối với vũ khí hạt nhân cỡ trung bình, tổn
thương do bức xạ xuyên chiếm 15-20%, nhưng với cỡ cực nhỏ, tổn thương do bức
xạ xuyên có thể lên tới 40%.
2.3.2. Thành phần của bức xạ xuyên:
Thực chất sau khi nổ vũ khí hạt nhân, có đủ các loại tia phóng xạ bắn ra như
anpha, bêta, gamma, nơtron mà ta gọi là những bức xạ hạt nhân ban đầu (rayons
nuclecires initials). Nhưng vì tia anpha và bêta có khoảng chạy ngắn và bị hấp thụ
nhanh chóng bởi môi trường xung quanh tâm nổ và không có tác dụng sát thương
tức thời nên chỉ còn có tia gamma và dòng hạt nơtron có thể bắn đi xa và gây tác
hại. Ta gọi chúng là bức xạ xuyên.
2.3.3. Bức xạ xuyên của vũ khí hạt nhân.
Vũ khí nhiệt hạch khi nổ cũng tạo ra bức xạ xuyên như vũ khí phân hạch,

nhưng thành phần bức xạ xuyên chủ yếu là nơtron và nơtron này có năng lượng rất
lớn, khoảng 14 MeV nên ta gọi nơtron cực nhanh.
Một điều cần chú ý là tỷ lệ giữa nơtron và gamma trong bức xạ xuyên thì
không cố định mà tùy theo hình thức nổ, đương lượng nổ và cự ly khoảng cách.
Theo một vài tài liệu của liên xô (cũ) thì với một quả bom 1 KT, nổ trong không
khí, ở cách tâm nổ 3km thì liều gamma cao hơn nơtron 10 lần, ở cách tâm nổ 400m
thì nơtron cao hơn gamma 5 lần. Còn liều bức xạ xuyên nói chung phụ thuộc chủ
yếu vào cỡ vũ khí, hình thức nổ, thời gian sau khi nổ.
Số lượng bức xạ xuyên phụ thuộc vào thời gian:
Thời gian sau khi nổ (s)

1

2

3

4

5

8

10

% liều xạ so với tổng liều xạ

55

70

78

84

92

98

100

2.4.

Bức xạ dư.

2.4.1. Bức xạ dư (còn gọi là chất phóng xạ) sinh ra trong nổ vũ khí hạt nhân,
là một nhân tố sát thương đặc trưng và chiếm 10% số năng lượng tỏa ra của vụ nổ.
Bức xạ dư khác bức xạ xuyên ở chỗ bức xạ xuyên chỉ có tác dụng trong khoảng
10-15s sau khi nổ và trên một diện tích không rộng, còn bức xạ dư thì gây tác hại
trong khoảng thời gian dài vài giờ đến vài năm và trên một diện tích rộng có khi
tới hàng trăm km 2.
ĐẠI CƯƠNG VỀ VŨ KHÍ HẠT NHÂN
- 258 -


BÀI GIẢNG Y HỌC QUÂN SỰ

–

Đại Tá Bác Sỹ : BÙI XUÂN QUANG

2.4.2. Nguồn gốc phát sinh bức xạ dư: do các sản phẩm phân hạch (quan
trọng nhất); các chất phóng xạ cảm ứng; chất nổ hạt nhân không tham gia phản
ứng.
2.4.3. Trong 3 nguồn trên, quan trọng nhất là các sản phẩm phân hạch.
2.4.4. Trong nổ vũ khí hạt nhân, bức xạ dư cuốn theo bụi đất cát từ mặt đất
lên cao. Khi cầu lửa đã bốc cao và nguội đi, các chất phóng xạ kết hợp với oxy và
ni tơ trong không khí tạo thành các oxyt và nitrit, phần lớn là oxyt kim loại nặng.
Các hợp chất phóng xạ oxyt và nitrit sẽ hòa lẫn đám mây phóng xạ, bám và quyện
vào bụi đất cát tạo thành bụi phóng xạ có khối lượng và kích thước khác nhau. Bụi
phóng xạ cỡ nhỏ bay lơ lửng trong không khí gây ra nhiễm xạ không khí, nếu vũ
khí hạt nhân nổ rất cao bụi có thể bay vào tầng bình lưu khí quyển, lan đi rộng và
tồn tại lâu ở đó.

Sự tạo thành khu nhiễm xạ trong vụ nổ hạt nhân
2.4.5. Bụi phóng xạ cỡ vừa và lớn sẽ rơi xuống mặt đất với tốc độ nhanh
chậm khác nhau ở vùng quanh tâm nổ làm cho mặt đất trong một phạm vi nào đó
bị nhiễm chất phóng xạ, ta gọi là khu vực nhiễm xạ. Những bụi phóng xạ có kích
thước lớn sẽ rơi nhanh xuống vào điểm chiếu tâm nổ hoặc tâm nổ, tạo thành khu
vực nhiễm xạ gần. Những bụi phóng xạ cỡ vừa có thể theo gió bay trong không khí
một thời gian và rơi xuống đất chậm hơn cách xa điểm chiếu tâm nổ hoặc tâm nổ,
tạo thành khu nhiễm xạ xa. Khu nhiễm xạ xa và khu nhiễm xạ gần nối liền với
nhau.
ĐẠI CƯƠNG VỀ VŨ KHÍ HẠT NHÂN
- 259 -


BÀI GIẢNG Y HỌC QUÂN SỰ

2.5.

–

Đại Tá Bác Sỹ : BÙI XUÂN QUANG

Xung điện từ.

Người ta phát hiện được yếu tố này từ năm 1962 qua các vụ nổ hạt nhân ở
độ cao 40 – 480km. Nguyên nhân phát sinh xung từ là do các phân tử, nguyên tử
trong không khí bị ion hóa dưới tác dụng của bức xạ xuyên, tạo nên những đám
mây ion âm (e-) và đám mây ion dương. Khi xuất hiện những đám mây khác dấu
như vậy thì đồng thời cũng phát sinh một điện trường mạnh, nó đã tác dụng tới các
vật liệu điện tử, bán dẫn và gây hư hỏng.

ĐẠI CƯƠNG VỀ VŨ KHÍ HẠT NHÂN
- 260 -


BÀI GIẢNG Y HỌC QUÂN SỰ

–

Đại Tá Bác Sỹ : BÙI XUÂN QUANG

KIẾN THỨC HÓA HỌC CƠ BẢN CẦN NẮM VỮNG
1.

Nguyên tử được tạo nên bởi electron và hạt nhân. Hạt nhân được tạo nên bởi proton và nơtron.
qe = 1- ; me  0,00055 u
qp = 1+ ; mp  1 u.

qn = 0 ; mn  1 u.

2.

Trong nguyên tử, số proton = số electron

Số khối A = Z + N
-

Nguyên tử khối được coi như bằng tổng số các proton và các nơtron (gần đúng)

-

Nguyên tử khối của một nguyên tố có nhiều đồng vị là nguyên tử khối trung bình của các đồng vị, có tính đến tỉ lệ
phần trăm số nguyên tử của mỗi đồng vị.

-

Nguyên tố hóa học gồm những nguyên tử có cùng điện tích hạt nhân.

-

Các đồng vị của một nguyên tố hóa học là các nguyên tử có cùng số proton, khác số nơtron.

3.

Số hiệu nguyên tử Z và số khối A đặc trưng cho nguyên tử:
Ký hiệu nguyên tử

A

Z

X.

4.

Obitan nguyên tử.

-

Chuyển động của electron trong nguyên tử được mô tả bằng hình ảnh của các obitan nguyên tử.

-

Obitan nguyên tử là khu vực không gian xung quanh hạt nhân mà tại đó xác suất có mặt (hay xác suất tìm thấy)
electron xung quanh hạt nhân.

-

Các obitan px, py, pz (được viết là AO-px, AO-py, AO-pz) có dạng hình số tám nổi, định hướng theo 3 trục x, y và z của
hệ tọa độ Đề-các.

5.

Tổng hợp sơ đồ cấu tạo nguyên tử :

Kích thước, khối lượng nguyên tử
Điện tích: 1+
Khối lượng: 1i
ĐẠI CƯƠNG VỀ VŨ KHÍ HẠT NHÂNKhối lượng: 1u

Hạt nhân nguyên tử
Khối
lượng:
- 261 Điện tích:
0 1i
Nơtron (n)
Khối
Khối lượng:
lượng: 1u
Khối lượng: 1i
Điện tích: 1Proton (p)

Nguyên tử


BÀI GIẢNG Y HỌC QUÂN SỰ

6.

–

Đại Tá Bác Sỹ : BÙI XUÂN QUANG

Sự phân rã hạt nhân – phóng xạ và phân hạch

Tính phóng xạ: là tính chất của một số hạt nhân nguyên tử không bền có thể tự biến đổi và phát ra các bức xạ hạt nhân
(thường được gọi là các tia phóng xạ). Các nguyên tử có tính phóng xạ gọi là các đồng vị phóng xạ, còn các nguyên tử không
phóng xạ gọi là các đồng vị bền. Các nguyên tử chỉ gồm các đồng vị phóng xạ (không có đồng vị bền) gọi là nguyên tố phóng
xạ.
Tia phóng xạ có thể là chùm các hạt mang điện dương như hạt  (phóng xạ ), hạt proton; mang điện âm như chùm

electron (phóng xạ ); không mang điện như hạt nơtron hoặc tia  (tia có bản chất giống như ánh sáng) nhưng năng lượng
lớn hơn nhiều). Sự tự biến đổi như vậy của hạt nhân nguyên tử, thường gọi là sự phân rã phóng xạ hay phân rã hạt nhân.
Tự phân hạch, là quá trình hạt nhân của các nguyên tử phóng xạ có số khối lớn như 235U tự vỡ ra thành các mảnh hạt
nhân kèm theo sự thoát ra nơtron và một số hạt cơ bản khác, cũng là một dạng của sự phân rã hạt nhân.
Trong tự phân hạch và phân rã hạt nhân đều có sự hụt khối lượng, tức là tổng khối lượng của các hạt tạo thành nhỏ hơn
khối lượng của hạt nhân ban đầu. Khối lượng bị hao hụt này chuyển hóa thành năng lượng khổng lồ được tính theo phương
trình nổi tiếng của anh-xtanh (A.Eistein): E = m.c2. Trong đó, E là năng lượng thoát ra khi phân rã hạt nhân (năng
lượng này nằm trong động năng của các hạt thoát ra khi phân rã hạt nhân và năng lượng của bức xạ ; m là độ hụt khối; c =
2,988.108m/s là vận tốc ánh sáng trong chân không.
7.

Sự phóng xạ tự nhiên

Năm 1896, nhà vật lý người Pháp Béc-cơ-ren (A.Becquerel) và sau đó là ông bà Pi-e Quy-ri và Ma-ri Quy-ri (Pièrre
Curie và Marie Curie) phát hiện ra rằng các hợp chất của urani có khả năng tự phát ra những tia không qua những vật mà tia
sáng thường không đi qua được, gọi là các tia phóng xạ. Dưới tác dụng của điện trường tia phóng xạ bị tách làm ba tia:
7.1. Tia  (anpha) lệch về phía cực âm của điện trường, gồm các hạt  mang hai điện tích dương, có khối lượng bằng khối
lượng của nguyên tử heli.
7.2. Tia  (bêta) lệch về phía cực dương của điện trường, gồm các hạt electron.
7.3. Tia  (gamma) không lệch về cực nào của điện trường, có bản chất giống như tia sáng

Những nghiên cứu về bản chất của hiện tượng phóng xạ chứng tỏ rằng hạt nhân của các nguyên tử phóng xạ không bền,
tự phân hủy và phóng ra các hạt vật chất khác nhau như hạt , , kèm theo bức xạ điện từ như tia . Đồng thời với hiện tượng
phóng xạ tự nhiên, người ta cũng phát hiện một số loại nguyên tử của một số nguyên tố nhân tạo cũng có khả năng phóng
xạ.
8.

Ứng dụng của đồng vị phóng xạ

Mặc dù mãi tới năm 1896 hiện tượng phóng xạ mới được phát hiện bởi nhà bác học Pháp Bec-cơ-ren, nhưng các

đồng vị phóng xạ đã nhanh chóng đóng vai trò đáng kể trong lịch sử phát triển của thế kỷ XX và thế kỷ chúng ta đang sống. Ứng
dụng đồng vị phóng xạ trong các lĩnh vực khác nhau của kỹ thuật và đời sống chủ yếu dựa trên hai yếu tố: (1) Tương tác mạnh
của tia phóng xạ với môi trường vật chất mà nó đi qua; (2) Do sự phát tia phóng xạ, các đồng vị phóng xạ dễ được phát hiện

ĐẠI CƯƠNG VỀ VŨ KHÍ HẠT NHÂN
- 262 -


BÀI GIẢNG Y HỌC QUÂN SỰ

–

Đại Tá Bác Sỹ : BÙI XUÂN QUANG

bằng các máy đo phóng xạ, nên có thể đóng vai trò của các nguyên tử đánh dấu. Sau đây là một vài thí dụ về ứng dụng đồng vị
phóng xạ.
Trong nghiên cứu sinh học và nông nghiệp

Trong những thành tựu rực rỡ gần đây của nghiên cứu di truyền học, giải mã gen, tìm hiểu sự vận chuyển các axit
amin trong cơ thể sinh vật, … vai trò của các nguyên tử đánh dấu là rất quan trọng.

Các tia phóng xạ có năng lượng lớn, gây ra các đột biến gen tạo thành các giống mới với nhiều tính chất ưu việt.
Đây là cơ sở của cách mạng xanh trên thế giới.


Tia  của đồng vị 60Co là tác nhân tiệt trùng, chống nấm mốc hữu hiệu trong bảo quản lương thực, thực phẩm và các

loại hạt giống.
Trong y học


Trong y học, các đồng vị phóng xạ thường được dùng rộng rãi cho hoạt động nghiên cứu, chẩn đoán và điều trị.



Các hợp chất đánh dấu hóa phóng xạ cung cấp các thông tin giải phẫu học về nội tạng con người, về hoạt động của
các cơ quan riêng biệt, phục vụ cho chấn đoán bệnh.



Tia phóng xạ được sử dụng trong các phương pháp chụp cắt lớp.



Từ lâu người ta đã sử dụng đồng vị 131I trong chẩn đoán và điều trị bệnh tuyến giáp.



Tia  có thể hội tụ tạo thành chùm tia có năng lượng lớn, được sử dụng như một lưỡi dao sắc (dao gamma) trong các
ca mổ không chảy máu đối với các khối u nằm sâu trong não, mà bệnh nhân không cần phải gây mê, có thể đi lại
được ngay sau ca mổ… Năm 2005, một thiết bị “dao gamma” như vậy đã được đưa vào sử dụng ở Việt Nam (tại Bệnh
viện Trường Đại học Y khoa Huế).

Trong công nghiệp và nghiên cứu khoa học

Phương pháp nguyên tử đánh dấu được dùng rộng rãi để theo dõi sự di chuyển của nước mặt, nước ngầm, kiểm tra
tốc độ thấm qua đê, đập, thăm dò dầu khí, nghiên cứu cơ chế của các phản ứng phức tạp và đo đạc các hằng số hóa lý.


Tia  với khả năng đâm xuyên mạnh cho phép kiểm tra độ đặc khít của bê tông và các vật liệu kết khối, phát hiện

các khuyết tật, nứt, gẫy nằm sâu trong vật liệu mà không phải phá mẫu.

Năng lượng của tia phóng xạ có thể gây ra nhiều biến đổi hóa học, biến tính nhiều vật liệu tạo ra các vật liệu mới, với
những tính chất cực kỳ độc đáo.

Các phương pháp hạt nhân có khả năng phát hiện tạp chất ở nồng độ rất nhỏ (10-9 – 10-8), đã làm thay đổi đáng kể
diện mạo của Hóa học phân tích hiện đại. Phân tích đồng vị cho phép xác định tuổi của mẫu đất đá hoặc mẫu hóa thạch…

ĐẠI CƯƠNG VỀ VŨ KHÍ HẠT NHÂN
- 263 -