Kesan letupan nuklear

Tenaga yang dibebaskan daripada senjata nuklear diletupkan dalam troposfera boleh dibahagikan kepada empat kategori asas:
* Letupan&mdash;40–50% daripada jumlah tenaga
* Sinaran terma&mdash;30–50% daripada jumlah tenaga
* Sinaran pengionan&mdash;5% daripada jumlah tenaga (lebih dalam bom neutron)
* Sinaran sisa&mdash;5–10% daripada jumlah tenaga dengan jisim letupan

Bergantung kepada reka bentuk senjata dan persekitaran di mana ia diletupkan, tenaga yang diedarkan ini boleh bertambah atau berkurangan. Kesan letupan dicipta oleh gandingan jumlah tenaga yang besar, yang merangkumi spektrum elektromagnet, dengan persekitaran. Lokasi seperti bawah laut, permukaan, letusan udara, atau ekso-atmosfera menentukan berapa banyak tenaga yang dihasilkan sebagai letupan dan berapa banyak sebagai sinaran. Secara umum, medium yang lebih padat sekitar bom, seperti air, menyerap lebih banyak tenaga, dan mewujudkan gelombang kejutan lebih kuat dan pada masa yang sama menghadkan keluasan kesannya.

Apabila letusan udara berlaku, skala kesan letupan dan haba maut berkadaran lebih cepat berbanding kesan radiasi maut.

Mekanisme kerosakan fizikal senjata nuklear (letupan dan radiasi haba) adalah sama dengan bahan letupan konvensional, tetapi tenaga yang dihasilkan oleh letupan nuklear adalah berjuta-juta kali lebih kuat per gram dan suhu yang tercapai adalah secara ringkas dalam berpuluh-puluh juta darjah.

Tenaga dari letupan nuklear pada mulanya dikeluarkan pada beberapa bentuk sinaran menembusi. Apabila terdapat bahan sekitar seperti udara, batu, atau air, radiasi ini berinteraksi dengannya dan dengan pantas memanaskannya kepada suhu keseimbangan (iaitu supaya jirim tersebut pada suhu yang sama dengan jirim bom atom). Ini menyebabkan pengewapan bahan sekitarnya yang mengakibatkan pengembangan yang pantas. Tenaga kinetik yang dicipta oleh pengembangan ini menyumbang kepada pembentukan gelombang kejutan. Apabila letupan nuklear berlaku di udara berhampiran aras laut, banyak tenaga yang dibebaskan akan berinteraksi dengan atmosfera dan mencipta gelombang kejutan yang mengembang secara sfera dari hipopusat. Sinaran haba kuat di hipopusat membentuk bola api nuklear dan jika ledakan adalah cukup rendah, ia sering dikaitkan dengan awan cendawan. Dalam ledakan tinggi, di mana ketumpatan udara rendah, lebih banyak tenaga dilepaskan sebagai sinaran gama dan sinar-X pengion berbanding gelombang kejutan atmosfera.

Pada tahun 1942 terdapat beberapa spekulasi awal di kalangan para saintis yang membangunkan senjata nuklear pertama bahawa mungkin terdapat kemungkinan menyalakan atmosfera Bumi dengan letupan nuklear yang cukup besar. Ini akan melibatkan tindak balas nuklear daripada dua atom nitrogen membentuk karbon dan atom oksigen, dengan pembebasan tenaga. Tenaga ini akan memanaskan nitrogen yang tinggal yang cukup untuk memastikan tindak balas berterusan sehingga semua atom nitrogen dibakar habis. Hans Bethe telah diberi tugas untuk mengkaji sama ada terdapat kemungkinan pada zaman awal itu, dan membuat kesimpulan tiada kemungkinan disebabkan oleh penyejukan kesan Compton songsang terhadap bola api. Richard Hamming, ahli matematik, telah diminta untuk membuat pengiraan yang sama sejurus sebelum Ujian Trinity dijalankan, dengan keputusan yang sama. Walau bagaimanapun, tanggapan itu telah berterusan sebagai khabar angin selama bertahun-tahun, dan menjadi bahan jenaka hitam dalam kalangan pengkaji terlibat ujian tersebut.

## Kesan langsung
### Kerosakan akibat letupan

Suhu yang tinggi dan sinaran menyebabkan gas bergerak keluar secara jejarian dalam cangkerang padat nipis dipanggil "perenggan hidrodinamik". Perenggan bertindak seperti omboh yang menolak terhadap dan memampatkan medium sekeliling untuk membuat gelombang kejutan mengembang secara sfera. Pada mulanya, gelombang kejutan ini adalah di dalam permukaan bola api yang sedang terbentuk, yang dicipta dalam isipadu udara yang dipanaskan oleh sinar-X "lembut" letupan. Dalam beberapan pecahan per saat, perenggan kejutan yang padat mengaburi bola api, dan terus bergerak melepasinya, kini mengembang ke arah luar, bebas daripada bola api, menyebabkan ciri dua nadi cahaya dilihat dari letupan nuklear, dengan lekuknya menyebabkan nadi berganda akibat kejutan interaksi gelombang dan bola api. Adalah ciri letupan nuklear unik ini yang dieksploitasi ketika mengesahkan bahawa letupan nuklear atmosfera telah berlaku dan bukan semata-mata satu letupan konvensional yang besar, dengan alat radiometer dikenali sebagai Bhangmeter mampu menentukan jenis letupan.

Bagi letupan udara pada atau berhampiran paras laut, 50–60% daripada letupan tenaga yang menjadi gelombang letupan, bergantung kepada saiz dan hasil bom. Sebagai panduan, pecahan letupan yang lebih tinggi adalah untuk senjata yang hasil rendah. Tambahan pula, ia berkurangan pada altitud tinggi kerana terdapat kurang jisim udara untuk menyerap tenaga sinaran dan menukarkannya kepada letupan. Kesan ini adalah paling penting bagi ketinggian di atas 30&nbsp;km, sepadan dengan 2, apa sahaja yang boleh membakar, akan terbakar. Yang lebih jauh, hanya bahan yang paling mudah dinyalakan akan bernyala. Kesan pembakaran diburukkan lagi oleh kebakaran kedua yang dimulakan oleh kesan gelombang letupan seperti dari dapur dan relau yang dirosakkannya.

Di Hiroshima pada 6 Ogos 1945, ribut api yang besar terbina dalam tempoh 20 minit selepas letupan dan memusnahkan lebih banyak bangunan dan rumah-rumah, dibina daripada bahan-bahan yang kebanyakannya kayu 'rapuh'. Ribut api mempunyai angin daya ribut bertiup ke arah pusat api dari semua arah mata angin. Ia bukanlah satu perkara baru khusus bagi letupan nuklear, telah diperhatikan dengan kerap dalam kebakaran hutan besar dan serangan semasa Perang Dunia II. Walaupun kebakaran memusnahkan kawasan besar bandar Nagasaki, tiada ribut api sebenar berlaku di bandar itu, walaupun senjata yang mampu memberi hasil lebih tinggi telah digunakan. Banyak faktor yang menerangkan kerumitan ini, termasuk masa pengeboman yang berbeza daripada Hiroshima, rupa bumi, dan kejituan, muatan bahan api/ketumpatan bahan api yang lebih rendah di bandar itu berbanding dengan Hiroshima.

Apabila sinaran haba bergerak, sedikit atau banyak, dalam garis lurus daripada bola api (kecuali ia berselerak) mana-mana objek legap akan menghasilkan bayang-bayang perlindungan yang memberi perlindungan daripada kebakaran kilat. Tambahan pula, bergantung kepada sifat bahan permukaan yang di belakangnya, kawasan yang terdedah di luar bayang-bayang perlindungan akan sama ada dibakar kepada warna yang lebih gelap, seperti kayu hangus, atau warna yang lebih cerah, seperti asfalt.

Jika terdapat sebarang fenomena cuaca kabus atau jerebu semasa letupan nuklear, ia akan menyerakkan kilatan, apabila samaai ke bahan-bahan mudah terbakar dari semua arah di bawah keadaan tersebut, objek legap kurang berkesan kerana ia hanya menunjukkan kesan pembayangan maksimum dalam persekitaran penglihatan yang sempurna (cuaca cerah) dan sifar serakan. Serupa dengan hari berkabus atau mendung, walaupun sedikit bayang-bayang yang dihasilkan oleh matahari pada ketika itu, jika ada, sebenarnya tenaga suria yang sampai ke bumi dari sinar inframerah matahari adalah berkurangan dengan ketara, kerana ia diserap oleh air awan dan tenaga juga sedang tersebar kembali ke dalam ruang lain. Tamsilannya, begitu juga keamatan pada jarak tenaga pembakaran kilat yang dilemahkan ketika keadaan berkabus atau jerebu, dalam unit J/cm2, bersama-sama julat condong /mendatar letupan nuklear. Jadi, walaupun sebarang objek yang membentuk bayang-bayang tidak berkesan sebagai perisai daripada denyar dalam situasi kabus atau jerebu akibat fenomena serakan, kabus memberikan peranan perlindungan yang sama, tetapi secara umum hanya pada julat apabila kelangsungan hidup dalam keadaan terbuka hanyalah berlindung dari letupan tenaga kilat.

Denyut haba juga bertanggungjawab ke atas pemanasan nitrogen atmosfera yang berhampiran bom, dan menyebabkan penciptaan komponen NOx kabut atmosfera. Ini, sebagai sebahagian daripada awan cendawan, ditembak ke dalam stratosfera di mana ia bertanggungjawab terhadap peleraian ozon di sana, dalam cara yang sama seperti pembakaran sebatian NOx. Jumlah yang dicipta bergantung kepada hasil letupan dan persekitaran letupan itu. Kajian yang dilakukan ke atas kesan menyeluruh letupan nuklear terhadap lapisan ozon sekurang-kurangnya tidak memberi kesan buat sementara waktu selepas penemuan awalnya yang tidak menggalakkan.

## Kesan tidak langsung
### Denyut elektromagnet

Sinar gamma daripada letupan nuklear menghasilkan elektron bertenaga tinggi melalui serakan Compton. Bagi letupan nuklear altitud tinggi, elektron ini terperangkap dalam medan magnet Bumi pada ketinggian antara dua puluh dan empat puluh kilometer di mana ia berinteraksi dengan medan magnet Bumi untuk menghasilkan denyut elektromagnet nuklear (NEMP) koheren yang berlangsung selama kira-kira satu milisaat. Kesan sekunder pula boleh bertahan selama lebih daripada satu saat.

Denyutan tersebut cukup kuat untuk menyebabkan objek logam sederhana panjang (seperti kabel) untuk bertindak sebagai antena dan menjana voltan tinggi kerana interaksi dengan denyut elektromagnet. Voltan ini boleh memusnahkan peranti elektronik yang tidak dilindungi. Tiada kesan biologi yang diketahui oleh EMP. Udara terion juga mengganggu isyarat radio yang biasanya akan melantun dari ionosfera.

Peranti elektronik boleh dilindungi dengan dibungkus sepenuhnya di dalam bahan konduktif seperti kerajang logam; keberkesanan perlindungan yang berkenaan mungkinlah tidak sempurna. Perlindungan yang sebenar adalah suatu perkara yang kompleks kerana banyak pembolehubah yang terlibat. Semikonduktor, terutamanya litar bersepadu, amat mudah terdedah kepada kesan EMP kerana simpang PN yang berdekatan, tetapi ini tidak berlaku dengan tiub termionik (atau injap) yang agak kebal terhadap EMP. Sangkar Faraday tidak menyediakan perlindungan daripada kesan EMP kecuali jejaring yang direka mempunyai lubang yang tidak lebih besar daripada panjang gelombang yang paling kecil yang dipancarkan daripada letupan nuklear.

Senjata nuklear besar yang diletupkan di altitud tinggi juga menyebabkan arus teraruh secara geomagnetik dalam konduktor elektrik yang sangat panjang. Mekanisme penjanaan arus teraruh secara geomagnetik adalah sama sekali berbeza daripada denyut teraruh oleh sinar gamma yang dihasilkan oleh elektron Compton.

### Kegelapan radar

Haba letupan menyebabkan udara di kawasan itu untuk menjadi terion, mewujudkan bola api. Elektron bebas dalam bola api memberi kesan kepada gelombang radio, terutama pada frekuensi yang lebih rendah. Ini menyebabkan kawasan yang besar dari langit untuk menjadi legap kepada radar, terutamanya yang beroperasi dalam frekuensi VHF dan UHF, yang biasa untuk radar amaran awal jarak jauh. Kesannya adalah kurang untuk frekuensi yang lebih tinggi dalam gelombang mikro, serta tidak terlalu lama - kesan berkurangan dari segi kekuatan dan frekuensi yang terlibat apabila bebola api menjadi sejuk dan elektron mula membentuk semula pada nukleus bebas.

## Rujukan

## Pautan luar

* Nuclear Weapon Testing Effects  – Comprehensive video archive
* Underground Bomb Shelters
* The Federation of American Scientists provide solid information on weapons of mass destruction, including nuclear weapons and their effects 
* The Nuclear War Survival Skills is a public domain text and is an excellent source on how to survive a nuclear attack.
* Ground Zero: A Javascript simulation of the effects of a nuclear explosion in a city
* Oklahoma Geological Survey Nuclear Explosion Catalog lists 2,199 explosions with their date, country, location, yield, etc.
* Australian Government database of all nuclear explosions
* Nuclear Weapon Archive from Carey Sublette (NWA) is a reliable source of information and has links to other sources.
* NWA repository of blast models mainly used for the effects table (especially DOS programs BLAST and WE)
* Nuclear Weapon Effects Calculator - Javascript form to calculate blast, heat, and radiation effects of a given explosive yield.
* HYDESim: High-Yield Detonation Effects Simulator - Mashup of Google Maps and Javascript to calculate blast effects.
* NUKEMAP - Google Maps/Javascript effects mapper, which includes fireball size, blast pressure, ionizing radiation, and thermal radiation as well as qualitative descriptions.
* Nuclear Weapons Frequently Asked Questions
* Atomic Forum
* Samuel Glasstone and Philip J. Dolan, The Effects of Nuclear Weapons, Third Edition, United States Department of Defense & Energy Research and Development Administration Available Online
* Nuclear Emergency and Radiation Resources