Поражающие факторы воздушных, космических, надводных, подводных, подземных взрывов. Их отличия от наземного ядерного взрыва

Севастопольский морской колледж

Киевской  государственной академии водного  транспорта шмени гетьмана Петра Конашевича-Сагайдачного 
 
 

РЕФЕРАТ:

Поражающие  факторы воздушных, космических, надводных, подводных, подземных  взрывов. Их отличия  от наземного ядерного взрыва. 

Выполнил:

Курсант группы СВ-111

Тихонов Д.А.

Проверил:

Полковник Щербин В.В. __________ 
 
 
 
 
 

Севастополь

2011 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. Введение

 

  Действие  ядерного оружия основано на использовании  энергии, выделяющейся при ядерных  превращениях. В зависимости от принципов  использования этой энергии различают  три вида ядерных боеприпасов: атомные, термоядерные и комбинированные.

  При взрывах  атомных боеприпасов в результате цепной реакции деления ядер атомов тяжелых элементов (плутония, изотопов урана) выделяется энергия. Реакция  состоит в том, что при бомбардировке  урана-235 свободными нейтронами возникают  элементы средней части периодической  системы Менделеева.

  Действие  термоядерных боеприпасов основано на использовании энергии, выделяющейся при реакции синтеза ядер легких элементов (дейтерия и трития) в условиях чрезвычайно высоких температур. Термоядерная реакция - реакция синтеза  легких ядер в более тяжелые. Такие реакции происходят в недрах звезд, на солнце и т. д. При таких температурах вещество существует только в виде плазмы. Но создание высокой температуры необходимо только в первый момент времени, чтобы «зажечь» реакцию, а затем она существует сама за счет выделения энергии при синтезе ядер.

  В основу действия комбинированных боеприпасов  положено свойство атомов природного урана (уран-238) делится под действием  быстрых нейтронов, образующихся при  термоядерной реакции. 

Воздушный ядерный взрыв

Воздушный ядерный  взрыв — это взрыв, произведенный  на высоте до 10 км, когда светящаяся область не касается земли (воды). Воздушные  взрывы подразделяются на низкие и высокие. Сильное радиоактивное заражение местности образуется только вблизи эпицентров низких воздушных взрывов. Заражение местности по следу облака существенного влияния на действия личного состава не оказывает. Наиболее полно при воздушном ядерном взрыве проявляются ударная волна, световое излучение, проникающая радиация и ЭМИ.

Воздушный ядерный  взрыв начинается кратковременной  ослепительной вспышкой, свет от которой  можно наблюдать на расстоянии нескольких десятков и сот километров. Вслед  за вспышкой появляется светящаяся область  в виде сферы или полусферы (при  наземном взрыве), являющаяся источником мощного светового излучения.

Практически к воздушным  относятся взрывы в атмосфере  на высотах:. 10000 м

При этом светящаяся область имеет форму шара и  не соприкасается с поверхностью земли (воды). Воздушный взрыв имеет  характерную грибовидную форму. Облако взрыва при этом не соединяется  с пылевым столбом или едва касается его.

Физические процессы, сопровождающие воздушные ядерные  взрывы, обусловливаются взаимодействием  проникающей радиации, рентгеновского излучения и газового потока с  воздухом. Проникающая радиация и  рентгеновское излучение, выходящие  из зоны реакции, вызывают возбуждение  и ионизацию атомов и молекул  окружающего воздуха. Возбужденные атомы и молекулы при переходе в основное состояние испускают  кванты света, в результате чего возникает  так называемая область начального свечения воздуха. Это свечение носит  люминесцентный характер (свечение холодного  воздуха). Его длительность не зависит  от мощности взрыва и составляет приблизительно десять микросекунд, а радиус области  начального свечения воздуха равен  примерно 300 м.

В результате взаимодействия гамма-излучения с атомами воздуха  образуются высокоэнергетические электроны, движущиеся преимущественно по направлению  движения гамма-квантов, и тяжелые положительные ионы, практически остающиеся на месте. Вследствие такого разделения положительных и отрицательных зарядов возникают электрические и магнитные поля - электромагнитный импульс (ЭМИ), который проявляет себя как поражающий фактор ядерного взрыва.

В электромагнитный импульс и в начальное свечение воздуха трансформируется незначительная доля энергии взрыва.

Одновременно с  ионизацией прилегающего к зоне реакции  воздуха происходит его прогрев  рентгеновским излучением. В результате этого начинается формирование светящейся области, представляющей собой плазменное образование нагретых до высоких  температур воздуха и паров материалов конструкции боеприпаса (продуктов  взрыва).

За время существования  светящейся области температура  внутри ее изменяется от миллионов  до нескольких тысяч кельвинов.

В развитии светящейся области различают три фазы: начальную, первую и вторую. Длительность каждой из них зависит от мощности взрыва: чем больше мощность взрыва, тем  они длительнее. Продолжительность  начальной фазы составляет доли миллисекунд, первой — от нескольких миллисекунд  до сотен миллисекунд, второй - от десятых  долей секунды до десятков секунд.

Начальной фазой  называют период развития светящейся области с момента образования  до тех пор, пока распространение  ее границы происходит в результате послойного прогрева окружающего зону ядерной реакции холодного воздуха  сначала рентгеновским излучением, а затем, когда температура несколько  снизится, лучистым прогревом.

Явление расширения границы светящейся области в  неподвижном воздухе в результате послойного лучистого прогрева называют тепловой волной. Передняя граница  тепловой волны называется фронтом.

Высокая температура  внутри охваченной тепловой волной области  в тонком наружном слое резко уменьшается  до температуры окружающего холодного  воздуха. Такой перепад температуры  обусловливает возникновение около  фронта тепловой волны больших градиентов давления. На границе области, охваченной тепловой волной, накапливаются гидродинамические  возмущения, вследствие чего внутри светящейся области зарождается ударная  волна, которая представляет собой  резкое сжатие среды, распространяющееся со сверхзвуковой скоростью.

Некоторое время  ударная волна распространяется внутри светящейся области, так как  скорость лучистого прогрева, которая  определяет движение границы светящейся области, больше, чем скорость ударной  волны. По мере охлаждения светящейся области скорость распространения  тепловой волны уменьшается быстрее, чем скорость распространения ударной  волны. При температуре 300 тыс. К они становятся равными, а при температуре меньшей 300 тыс. К скорость ударной волны становится больше скорости тепловой волны и ее передняя граница (фронт) выходит вперед.

Момент выхода фронта ударной волны на поверхность  светящейся области является окончанием начальной фазы ее развития и началом  первой фазы.

Яркостная температура  светящейся области в начальной  фазе некоторое время остается равной 10 тыс. К.Это объясняется тем, что  воздух, нагретый до 10 тыс. К, полностью поглощает излучение внутренних более нагретых слоев. При подходе фронта воздушной волны к границе светящейся области оптическая толщина экранирующего слоя уменьшается и ее яркостная температура увеличивается за счет излучения сильно нагретого воздуха во фронте ударной волны. В момент выхода фронта ударной волны на поверхность светящейся области, ее яркостная температура становится практически равной температуре воздуха во фронте ударной волны.

Первой фазой называют период развития светящейся области, в  течение которого ее границей и источником интенсивного светового излучения  является фронт воздушной ударной  волны.

В этот период ударная  волна полностью экранирует излучение, идущее из внутренних более горячих  слоев светящейся области. При этом в то время, когда температура  воздуха во фронте выше 10 тыс. К, экраном является сам фронт, а при более низких температурах, когда фронт прозрачен, экранирование излучения внутренних слоев продолжается окислами азота, образовавшимися за фронтом ударной волны.

С течением времени  фронт воздушной ударной волны  перестает светиться и начинает отрываться (удаляться) от светящейся области. Момент отрыва воздушной ударной  волны от светящейся области считают  окончанием первой фазы ее развития и  началом второй.

Второй фазой называют период развития светящейся области  в течение которого источником светового излучения является нагретый воздух за прозрачным фронтом ударной волны.

В этой   фазе   светящаяся   область   начинает   подниматься (всплывать)  вертикально  вверх, вовлекая в себя окружающий воздух; яркостная температура сначала  возрастает   , достигает максимума, равного 8 - 10 тыс. К, а затем уменьшается; свет излучается не только поверхностью светящейся области, но и всем ее объемом.

По мере остывания  светящейся области ее свечение прекращается, пары конденсируются, она превращается в облако взрыва, представляющее собой  клубящуюся массу воздуха, перемешанную с отвердевшими частицами продуктов  взрыва, окислами азота воздуха, каплями  воды и частицами грунтовой пыли.

На вторую фазу приходится основная доля энергии светового  излучения (до 98%).

Форма светящейся области  во второй фазе зависит от высоты взрыва. При высоком воздушном взрыве она близка к сфере.

При высоком воздушном  взрыве она близка к сфере.

Светящаяся область  низкого воздушного взрыва в результате деформации ударной волной, отраженной от поверхности земли, имеет вид сферического сегмента.

Световое излучение  ядерного взрыва по своей природе  является в основном тепловым и проявляет  себя как мощный поражающий фактор.

При атомном и  обычном термоядерном взрывах в воздухе в световое излучение трансформируется около 35% их энергии.

Воздушная ударная  волна, возникшая при развитии светящейся области, распространяется со сверхзвуковой  скоростью. Она является одним из основных поражающих факторов ядерного взрыва.

В воздушную ударную  волну трансформируется примерно 50% энергии воздушного взрыва атомного и обычного термоядерного заряда.

Образовавшееся в  результате увеличения и охлаждения светящейся области облако взрыва вначале  имеет красный или красновато-коричневый цвет, затем, по мере увеличения количества капель воды, он становится белым. С  возрастанием высоты подъема облако взрыва за счет вовлечения в себя окружающего  воздуха и действия аэродинамических сил увеличивается по размерам и  массе, из сферы оно превращается в вихревой тороид. По мере подъема происходят выравнивание плотности и температуры внутри и вне облака, подъемная сила исчезает и его подъем прекращается.

Максимальная высота подъема облака при ядерных взрывах  средней мощности 8-12 км. На этой высоте горизонтальный размер облака достигает 5-9 км. Облако сверхкрупного термоядерного  взрыва может подняться в стратосферу  на высоту 25 км, его горизонтальный размер в этом случае может достигнуть десятков километров.

Облако взрыва радиоактивно. При подъеме и после стабилизации высоты подъема облако под действием  воздушных течений переносится  на большое расстояние и рассеивается. Во время движения облака содержащиеся в нем радиоактивные продукты, смешавшись с пылью и каплями воды, постепенно выпадают и вызывают радиоактивное заражение атмосферы и местности.

Поскольку облако ядерного взрыва радиоактивно и, кроме того, может оказывать аэродинамическое, тепловое и эрозионное (абразивное) действие на летательные аппараты, а также затруднять работу радиолокационных станций, его рассматривают как  поражающий фактор ядерного взрыва.

В результате воздействия  на грунт светового излучения, ударной  волны и воздушных потоков, следующих  за ней, а также воздушных потоков, появляющихся вследствие подъема сначала  светящейся области, а затем облака взрыва, образуется приземный запыленный слой атмосферы.

Приземный запыленный слой существует десятки минут. Его  максимальный диаметр зависит от мощности и высоты взрыва, свойств грунта, характера местности и растительного покрова в районе эпицентра взрыва. Одновременно с приземным запыленным слоем атмосферы вследствие всасывающего эффекта, возникающего в районе эпицентра взрыва в результате подъема сначала светящейся области, а затем облака взрыва, а также конвективного теплообмена воздуха с неравномерно нагретой световым излучением поверхностью земли, образуется пылевой столб - восходящий поток воздуха с частицами грунта. Пылевой столб имеет темно-коричневый цвет - цвет грунта в районе эпицентра взрыва.

При взрыве на высоте пылевой столб догоняет облако и  соединяется с ним. В этом случае в облако взрыва вносятся грунтовые частицы, оно приобретает коричневый цвет.