Ядерное оружие и виды ядерных взрывов

Ядерное оружие и виды ядерных  взрывов

Ядерным называется оружие, поражающее действие которого обусловлено энергией, выделяющейся при ядерных реакциях деления  или синтеза. Это оружие включает различные ядерные боеприпасы, средства управления ими и доставки к цели. Оно является самым мощным видом  оружия массового поражения.

Ядерное оружие предназначено для массового  поражения людей, уничтожения или  разрушения административных и промышленных центров, различных объектов, сооружений, техники.

Поражающее  действие ядерного взрыва зависит от мощности боеприпаса, вида взрыва, типа ядерного заряда. Мощность ядерного боеприпаса (q) характеризуется тротиловым эквивалентом, т.е. массой тринитротолуола (тротила), энергия взрыва которого эквивалентна энергии взрыва данного ядерного боеприпаса и измеряется в тоннах, тысячах, миллионах тонн. По мощности ядерные боеприпасы подразделяются на сверхмалые (менее 1 тыс. т), средние (10-100 тыс. т), крупные (100 тыс. т - 1 млн. т) и сверхкрупные (более 1 млн. т).

Ядерные взрывы могут осуществляться на поверхности  земли (воды), под землей (водой) или  в воздухе на различной высоте. Поэтому различают следующие  виды ядерных взрывов: наземный, подземный, подводный, воздушный и высотный. Наиболее характерными видами ядерных  взрывов являются наземный и воздушный. Они и представляют основную опасность для городов и объектов экономики (ОЭ).

Наземный  ядерный взрыв - взрыв, произведенный на поверхности земли или на такой высоте, когда его светящаяся область касается поверхности земли и имеет форму полусферы или усеченной сферы. В этом случае высота (Н, м) наземного взрыва под поверхностью земли составит  (q - мощность взрыва, т). При наземном взрыве (при, м) в грунте образуется воронка, диаметр и глубина которой зависят от высоты, мощности взрыва и вида грунта.

Наземные взрывы применяют для разрушения сооружений большой прочности, а также в  тех случаях, когда желательно сильное  радиоактивное заражение местности.

Воздушный ядерный взрыв - взрыв, минимальная высота которого над поверхностью земли определяется из условий, при этом светящаяся область не касается поверхности земли и имеет форму сферы. Различают низкий () и высокий () воздушные взрывы.

При низком воздушном  взрыве за счет воздействия отраженной от поверхности земли ударной  волны светящаяся область может  деформироваться снизу. Воздушные  ядерные взрывы применяются для  разрушения малопрочных сооружений, поражения людей и техники на большой площади и когда нежелательно (нецелесообразно) сильное радиоактивное заражение местности.

Подводный взрыв - взрыв, произведенный под водой на глубине, которая может колебаться в больших пределах. При взрыве выбрасывается столб воды с грибовидным облаком, которое называется взрывным султаном.

Основными поражающими  факторами подводного взрыва являются ударная волна в воде, скорость распространения которой равна  скорости распространения звука  в воде, т. е. примерно 1500 м/с световое излучение и проникающая радиация, которые в этом случае в основном поглощаются толщей воды и водяными парами. 

Точка, в которой  находится центр огненного шара, называется центром ядерного взрыва, а проекция центра взрыва на поверхность  земли - эпицентром ядерного взрыва.

  Поражающие факторы  ядерного взрыва 

При подрыве  ядерного боеприпаса происходит ядерный  взрыв, поражающими факторами которого являются:

1. ударная волна;
2. световое излучение;
3. проникающая радиация;
4. радиоактивное заражение;
5. электромагнитный импульс (ЭМИ);
6. рентгеновское излучение.

Ударная волна

Большая часть  разрушений, причиняемых ядерным  взрывом, вызывается действием ударной  волны. Ударная волна представляет собой скачок уплотнения в среде, который движется со сверхзвуковой  скоростью (более 350 м/с для атмосферы). При атмосферном взрыве скачок уплотнения — это небольшая зона, в которой происходит почти мгновенное увеличение температуры, давления и плотности воздуха. Непосредственно за фронтом ударной волны происходит снижение давления и плотности воздуха, от небольшого понижения далеко от центра взрыва и почти до вакуума внутри огненной сферы. Следствием этого снижения является обратный ход воздуха и сильный ветер вдоль поверхности со скоростями до 100 км/час и более к эпицентру.[3] Ударная волна разрушает здания, сооружения и поражает незащищенных людей, а близко к эпицентру наземного или очень низкого воздушного взрыва порождает мощные сейсмические колебания, способные разрушить или повредить подземные сооружения и коммуникации, травмировать находящихся в них людей.

Большинство зданий, кроме специально укрепленных, серьезно повреждаются или разрушаются под  воздействием избыточного давления 2160-3600 кг/м² (0,22-0,36 атм).

Энергия распределяется по всему пройденному расстоянию, из-за этого сила воздействия ударной  волны уменьшается пропорционально  кубу расстояния от эпицентра.

Защитой от ударной  волны для человека являются убежища. На открытой местности действие ударной  волны снижается различными углублениями, препятствиями, складками местности.

Оптическое  излучение

Световое излучение  — это поток лучистой энергии, включающий ультрафиолетовую, видимую  и инфракрасную области спектра. Источником светового излучения  является светящаяся область взрыва — нагретые до высоких температур и испарившиеся части боеприпаса, окружающего грунта и воздуха. При воздушном взрыве светящаяся область представляет собой шар, при наземном — полусферу. 

Максимальная  температура поверхности светящейся области составляет обычно 5700-7700 °C. Когда температура снижается  до 1700 °C, свечение прекращается. Световой импульс продолжается от долей секунды  до нескольких десятков секунд, в зависимости  от мощности и условий взрыва. Приближенно, продолжительность свечения в секундах равна корню третьей степени из мощности взрыва в килотоннах. При этом интенсивность излучения может превышать 1000 Вт/см² (для сравнения — максимальная интенсивность солнечного света 0,14 Вт/см²).

Результатом действия светового излучения может быть воспламенение и возгорание предметов, оплавление, обугливание, большие температурные  напряжения в материалах.

При воздействии  светового излучения на человека возникает поражение глаз и ожоги  открытых участков тела, а также  может возникнуть поражение и  защищенных одеждой участков тела.

Защитой от воздействия  светового излучения может служить  произвольная непрозрачная преграда.

В случае наличия  тумана, дымки, сильной запыленности и/или задымленности воздействие  светового излучения также снижается.

Проникающая радиация

Проникающая радиация (ионизирующее излучение) представляет собой гамма-излучение и поток  нейтронов, испускаемых из зоны ядерного взрыва в течение единиц или десятков секунд.

Радиус поражения  проникающей радиации при взрывах  в атмосфере меньше, чем радиусы  поражения от светового излучения  и ударной волны, поскольку она  сильно поглощается атмосферой. Проникающая  радиация поражает людей только на расстоянии 2-3 км от места взрыва, даже для больших по мощности зарядов, однако ядерный заряд может быть специально сконструирован таким образом, чтобы увеличить долю проникающей  радиации для нанесения максимального  ущерба живой силе (так называемое нейтронное оружие). На больших высотах, в стратосфере и космосе проникающая  радиация и электромагнитный импульс  — основные поражающие факторы.

Проникающая радиация может вызывать обратимые и необратимые  изменения в материалах, электронных, оптических и других приборах за счет нарушения кристаллической решетки  вещества и других физико-химических процессов под воздействием ионизирующих излучений.

Защитой от проникающей  радиации служат различные материалы, ослабляющие гамма-излучение и  поток нейтронов. Разные материалы  по-разному реагируют на эти излучения  и по-разному защищают.

От гамма-излучения  хорошо защищают материалы, имеющие  элементы с высокой атомной массой (железо, свинец, низкообогащённый уран), но эти элементы очень плохо ведут себя под нейтронным излучением: нейтроны относительно хорошо их проходят и при этом генерируют вторичные захватные гамма-лучи, а также активируют радиоизотопы, надолго делая саму защиту радиоактивной (например, железную броню танка; свинец же не проявляет вторичной радиоактивности). Пример слоёв половинного ослабления проникающего гамма-излучения: свинец  2 см, сталь 3 см, бетон 10 см, каменная кладка 12 см, грунт 14 см, вода 22 см, древесина 31 см. 

Нейтронное излучение  в свою очередь хорошо поглощается  материалами, содержащими лёгкие элементы (водород, литий, бор), которые эффективно и с малым пробегом рассеивают и поглощают нейтроны, при этом не активируются и гораздо меньше выдают вторичное излучение. Слои половинного  ослабления нейтронного потока: вода, пластмасса 3 — 6 см, бетон 9 — 12 см, грунт 14 см, сталь 5 — 12 см, свинец 9 — 20 см, дерево 10 — 15 см. Лучше всех материалов поглощают нейтроны водород (но в газообразном состоянии он имеет малую плотность), гидрид лития и карбид бора.

Идеального однородного  защитного материала от всех видов  проникающей радиации нет, для создания максимально лёгкой и тонкой защиты приходится совмещать слои различных  материалов для последовательного  поглощения нейтронов, а затем первичного и захватного гамма-излучения (например, многослойная броня танков, в которой  учтена и радиационная защита; защита оголовков шахтных пусковых установок  из ёмкостей с гидратами лития  и железа с бетоном), а также  применять материалы с добавками. Универсальны широко применяемые в  строительстве защитных сооружений бетон и увлажнённая грунтовая  засыпка, содержащие и водород и относительно тяжёлые элементы. Очень хорош для строительства бетон с добавкой бора (20 кг B4C на 1 м³ бетона), при одинаковой толщине с обычным бетоном (0,5 — 1 м) он обеспечивает в 2 — 3 раза лучшую защиту от нейтронной радиации и подходит для защиты от нейтронного оружия.

Электромагнитный  импульс

При ядерном  взрыве в результате сильных токов  в ионизованном радиацией и световым излучением воздухе возникает сильнейшее переменное электромагнитное поле, называемое электромагнитным импульсом (ЭМИ). Хотя оно и не оказывает никакого влияния  на человека, воздействие ЭМИ повреждает электронную аппаратуру, электроприборы и линии электропередач. Помимо этого  большое количество ионов, возникшее  после взрыва, препятствует распространению  радиоволн и работе радиолокационных станций. Этот эффект может быть использован  для ослепления системы предупреждения о ракетном нападении.

Сила ЭМИ меняется в зависимости от высоты взрыва: в диапазоне ниже 4 км он относительно слаб, сильнее при взрыве 4-30 км, и  особенно силён при высоте подрыва  более 30 км.

Возникновение ЭМИ происходит следующим образом:

Проникающая радиация, исходящая из центра взрыва, проходит через протяженные проводящие предметы.

Гамма-кванты рассеиваются на свободных электронах, что приводит к появлению быстро изменяющегося токового импульса в проводниках.

Вызванное токовым  импульсом поле излучается в окружающее пространство и распространяется со скоростью света, со временем искажаясь  и затухая.

Под воздействием ЭМИ во всех проводниках индуцируется высокое напряжение. Это приводит к пробоям изоляции и выходу из строя электроприборов — полупроводниковые  приборы, различные электронные  блоки, трансформаторные подстанции и  т. д. В отличие от полупроводников, электронные лампы не подвержены воздействию сильной радиации и  электромагнитных полей, поэтому они  длительное время продолжали применяться  военными.

Радиоактивное заражение

Радиоактивное заражение — результат выпадения  из поднятого в воздух облака значительного  количества радиоактивных веществ. Три основных источника радиоактивных  веществ в зоне взрыва — продукты деления ядерного горючего, не вступившая в реакцию часть ядерного заряда и радиоактивные изотопы, образовавшиеся в грунте и других материалах под  воздействием нейтронов (наведенная радиоактивность).

Оседая на поверхность  земли по направлению движения облака, продукты взрыва создают радиоактивный  участок, называемый радиоактивным  следом. Плотность заражения в  районе взрыва и по следу движения радиоактивного облака убывает по мере удаления от центра взрыва. Форма следа  может быть самой разнообразной, в зависимости от окружающих условий.