Les explosions nuclears produeixen molts efectes diversos, tremendament destructius en tots els aspectes. Es distingeixen en dues categories: efectes immediats, o primaris, i efectes alentits o secundaris. Entre els immediats hi ha l'ona expansiva, el pols de calor, la radiació ionitzant i l'impuls electromagnètic (EMP). En el grup dels alentits hi ha els efectes sobre el clima i el medi ambient, així com el dany generalitzat a infraestructures bàsiques per a l'activitat humana. A pesar de l'espectacularitat dels primers, són els danys secundaris els que ocasionarien la major part de les morts després d'un atac nuclear. Però els danys no solament s'han de mesurar per separat, ja que en molts casos actuen efectes sinèrgics; és a dir, que un dany potencia l'altre. Per exemple, la radiació disminueix les defenses de l'organisme i, al seu torn, aguditza la possibilitat d'infecció de les ferides causades per l'explosió augmentant així la mortalitat. És precisament aquesta multitud d'efectes i sinergies el que fa de les armes nuclears les més destructives que existeixen.
L'emissió inicial d'energia es produeix en un 80% o més en forma de raigs gamma però aquests són ràpidament absorbits i dispersats en la seva majoria per l'aire en poc més d'un microsegon, convertint la radiació gamma en radiació tèrmica (pols tèrmic) i energia cinètica (ona de xoc) que són en realitat els dos efectes dominants en els moments inicials de l'explosió. La resta de l'energia s'allibera en forma de radiació alentida (pluja radioactiva) i no sempre se sol comptar a l'hora de mesurar el rendiment de l'explosió. Les explosions a gran altitud produeixen un major flux de radiació extrema a causa de la menor densitat de l'aire (els fotons troben menys oposició) i, consegüentment es genera una menor ona expansiva.
Durant un temps abans de la invenció de la bomba, alguns científics van creure que la seva detonació en superfície podria provocar la ignició de l'atmosfera terrestre, generant-se una reacció en cadena global en la qual els àtoms de nitrogen s'unirien per a formar carboni i oxigen. Aquest fet aviat es va demostrar impossible, ja que les densitats necessàries perquè es produeixin aquestes reaccions han de ser molt més elevades que les atmosfèriques i si bé és possible que hi hagi reaccions addicionals de fusió en el cor de l'explosió aquestes no aporten energia suficient per a amplificar i propagar la reacció nuclear a la resta de l'atmosfera i la producció d'elements pesants cessa de seguida. Malgrat tot, aquesta idea persisteix en l'actualitat com una remor malentesa entre molta gent.
Explosions nuclears fins a la data: 2 bombes atòmiques han estat detonades en estat de guerra. S'han realitzat al voltant de 2.000 proves nuclears. 27 de les quals han estat realitzades per a construcció.
Nota: Totes les xifres que es donen a continuació, si no s'especifica el contrari, es referiran a un atac típic contra ciutats mitjançant un artefacte termonuclear de 20Mt.
ADVERTIMENT: Per a saber què fer i com actuar enfront d'un atac nuclear imminent, vegeu Protecció civil enfront d'un atac nuclear
+Ona de xoc40 - 60%Radiació tèrmica30 - 50%Radiació ionitzant5%Radiació residual5 - 10%
Efectes immediats miniatura|Cràter produït per una detonació nuclear. El cràter amida 100 metres de profunditat i 390 metres d'ample amb un total de 12 milions de tones de terra desplaçades.
En un artefacte nuclear, totes les reaccions de fissió i fusió es completen estant la bomba encara intacta. En una bomba típica d'uns 20Mt, s'arriba a una temperatura en el seu interior d'uns 300 milions de graus. Cal tenir en compte que el centre del Sol tan sols arriba als 20 milions de graus. Per a trobar temperatures d'aquest ordre cal anar als nuclis de les gegants vermelles d'heli. La temperatura assolida en qüestió de nanosegons és enorme, però ni tan sols això representa la major part de l'energia de la bomba. La major part d'aquesta energia s'allibera en forma de radiació.
Convé destacar que existeixen considerables diferències entre el rang i la qualitat dels efectes si la bomba és detonada arran de terra o a una certa altitud sobre el seu objectiu.
La Zona Zero Aquesta és la zona on es produeix l'explosió (epicentre) i les seves proximitats. Aquí la mortalitat és del 100% i tots els efectes es reben simultàniament sense cap desfasament. L'efecte conjunt és tan brutal que no queda res dret. Es coneix també com àrea de devastació o anihilació total. De fet, l'única cosa que pot quedar en aquest lloc després de l'explosió és un enorme cràter. La zona zero solament està present per a explosions a molt baixa altitud o arran de terra. Per a la bomba que ens ocupa el resultat és un cràter de 3 km de diàmetre i 60 metres de profunditat, l'altura d'un edifici de 20 plantes.
A continuació es descriuen els principals efectes ordenats segons el temps que empren per arribar a un objectiu situat a certa distància de la zona zero, anant del més ràpid al més lent.
La lletra c designa la velocitat de la llum, 299.792 km/s.
Radiació ionitzant Més informació a: radiació ionitzant i a radiotoxicitat radiació electromagnètica i corpuscular emesa directament per l'explosió. c i pròxima a c respectivament.
Aproximadament el 80% de l'energia generada per les reaccions nuclears s'emet en forma de radiacions penetrants d'alta freqüències, perilloses per al cos, impactin on impactin. Es tracta de la radiació ionitzant. Aquesta es constitueix de radiació corpuscular (raigs alfa i beta) i de radiació electromagnètica (raigs gamma). Aquests últims són els realment perillosos a causa del seu gran abast i poder de penetració. La seva velocitat és la de la llum pel que els seus efectes es perceben simultàniament amb el flaix lluminós. A pesar d'això, el seu abast no és massa gran a causa de la forta interacció d'aquesta radiació amb la matèria, el que fa que perdi intensitat ràpidament amb la distància. De fet, és aquesta interacció el que confereix la letalitat a aquesta radiació. Convé no confondre aquesta radiació amb la radioactivitat romanent després de l'explosió. El pols de radiació comença i acaba amb l'explosió i és, per descomptat, molt més letal i intens que la radiació posterior.
Per a una bomba d'una megatona la radiació mataria a tot ésser viu situat en 15 km a la rodona. No obstant això, en el cas d'una bomba major, com en l'exemple proposat de 20Mt, els danys produïts per aquesta radiació no són importants. Això és perquè el seu rang d'efecte és menor que el del xoc termocinètic, el que vulgarment es coneix com la bola de foc de l'explosió que es detalla més endavant. En el cas d'artefactes més petits com els que van esclatar en les ciutats japoneses els seus danys sí que són considerables. Aquí el seu radi d'efecte és major que el de la bola de foc i poden produir lesions greus en els organismes vius que sobrevisquin a tots els altres danys.
Aquest és el motiu que molts japonesos supervivents de les explosions morissin a les poques setmanes de l'atac. Els primers símptomes són set intensa, nàusees, febre i taques a la pell produïdes per hemorràgies subcutànies. Aquests símptomes semblen remetre poques hores després. El pacient entra en un període de latència durant el qual les defenses (glòbuls blancs) i la capacitat regeneradora de l'individu minven considerablement deixant-lo més exposat a malalties e infeccions. Una o dues setmanes més tard s'entra en la fase aguda: diarrees, pèrdua de cabell i hemorràgies intestinals. Durant aquestes setmanes la víctima pot morir o recuperar-se.
Pols electromagnètic miniatura|Primer artefacte termonuclear detonat amb un rendiment de 10,4Mt. S'observa que tota una franja d'aire ha quedat ionitzada adquirint un to blau. Per sobre de la capa de núvols alts s'aixeca un gegantesc núvol que es condensa a causa de la inestabilitat tèrmica generada per l'explosió.
Més informació a: Atac de pols electromagnètic
Mecanisme de propagació: Flux d'electrons induït per radiació ionitzant.
Velocitat: Relativista, és a dir, pròxima a c.
També conegut per les sigles EMP, de l'anglès Electromagnetic pulse, no es coneix que afecti directament als éssers vius però si se sap que produeix importants danys en totes aquelles infraestructures, vehicles i aparells que facin ús de sistemes i equips electrònics. Són precisament aquests danys els que han fet que molts enginyers militars vulguin construir armes que els maximitzin. Existeix la possibilitat de detonacions a gran altitud sobre ciutats o instal·lacions industrials encaminades solament a produir aquests danys als circuits de tots els components electrònics de l'àrea escombrada pel EMP.
La generació del EMP s'explica pel flux de radiació ionitzant procedent de l'explosió tant més intens com més potent sigui la bomba en qüestió. Aquesta radiació impacta sobre les molècules de l'aire arrencant-los els electrons de les seves capes més externes per efecte Compton. Per aquest motiu s'anomena radiació ionitzant, perquè ionitza. L'efecte és que els fotons són de tan alta freqüència que col·lideixen elàsticament amb els electrons. Aquests últims adquireixen gran part del moment lineal dels raigs gamma incidents i surten disparats a velocitats relativistes. Tota càrrega en moviment genera un camp magnètic i, al seu torn, està subjecta als camps magnètics que hi hagués prèviament com és el cas del camp magnètic terrestre. Fent explotar en l'alta o baixa troposfera el flux d'electrons i fotons es frena ràpidament a causa de l'elevada densitat de l'aire en aquesta capa, la més densa amb diferència de tota l'atmosfera terrestre. L'àrea afectada per aquest flux de càrregues en moviment es carrega amb un poderós camp electromagnètic de l'ordre de milers i fins a desenes de milers de volts per metre. El resultat és que tots els sistemes electrònics que hi hagi en aquesta zona i que no estiguin protegits per una gàbia de Faraday deixen de funcionar quedant avariats de forma irreversible. Una de les conseqüències «belles», per dir-ho així, és l'aparició d'aurores prop de l'àrea de detonació a causa de l'esmentada ionització que es produeix. A causa d'aquesta «virtut», les bombes EMP reben el nom de bomba de l'arc de Sant Martí.
Els possibles danys directes a persones i animals no es coneixen però si que hi ha possibilitats de rebre danys per estar pròxim a línies d'alta tensió, ja que aquestes rebran sobrecàrregues que poden provocar enormes guspires i descàrregues i fins i tot explosions i incendis elèctrics en les proximitats.
En el cas d'una detonació a l'alta atmosfera, és a dir, més amunt dels 50 km que arriba a l'estratosfera, els danys produïts pel citat efecte poden ser molt majors. La raó és que a aquestes altituds la densitat de l'aire és molt baixa i els raigs gamma poden viatjar gairebé sense oposició. Per a quan aquests entren a l'atmosfera, la superfície afectada per ells pot ser enorme, de la grandària de continents fins i tot. Un atac així podria fer-se sentir en gairebé tot un hemisferi sencer. A això se li diu atac de pols electromagnètic d'altitud, més conegut per les seves sigles en anglès HEMP. La diferència pel que fa als altres atacs EMP és que en aquest cas els efectes no es restringeixen un nivell local sinó que arriben a magnituds globals. Els danys d'alguna cosa així resulten impossibles de calcular. No solament es danyarien tots els circuits electrònics d'un gran nombre de països sinó que cal tenir en compte que no es podria fabricar ni reparar res, ja que en la societat tecnificada actual gairebé no hi ha res que no sigui electrònic. Nacions senceres quedarien paralitzades a la mercè dels enviaments de recanvis que altres nacions aliades els poguessin subministrar.
Centelleig lluminós radiació electromagnètica. c.