Разрушения при атомном взрыве. Ядерное оружие. Варианты детонации ядерных боеприпасов

Из курса физики известно, что нуклоны в ядре - протоны и нейтроны - удерживаются вместе сильным взаимодействием. Оно значительно превосходит силы кулоновского отталкивания, поэтому ядро в целом стабильно. В 20 веке великий ученый Альберт Эйнштейн обнаружил, что масса отдельно взятых нуклонов несколько больше, чем их же масса в связанном состоянии (когда они образуют ядро). Куда девается часть массы? Оказывается, она переходит в энергию связи нуклонов и благодаря ей могут существовать ядра, атомы и молекулы.

Большинство известных ядер стабильные, но встречаются и радиоактивные. Они непрерывно излучают энергию, так как подвержены радиоактивному распаду. Ядра таких химических элементов небезопасны для человека, но энергию, способную разрушить целые города, они не выделяют.

Колоссальная энергия появляется в результате цепной ядерной реакции. В качестве ядерного горючего в атомной бомбе используют изотоп урана-235, а также плутоний. При попадании в ядро одного нейтрона оно начинает делиться. Нейтрон, будучи частицей без электрического заряда, может легко проникнуть в структуру ядра, минуя действие сил электростатического взаимодействия. В результате оно начнет растягиваться. Сильное взаимодействие между нуклонами начнет ослабевать, кулоновские силы же останутся прежними. Ядро урана-235 разделится на два (реже три) осколка. Появятся два дополнительных нейтрона, которые затем могут вступить в подобную реакцию. Поэтому она называется цепной: то, что вызывает реакцию деления (нейтрон), является ее продуктом.

В результате ядерной реакции выделяется энергия, которая связывала нуклоны в материнском ядре урана-235 (энергия связи). Эта реакция лежит в основе работы ядерных реакторов и взрыве . Для ее осуществления необходимо выполнение одного условия: масса горючего должна быть подкритической. В момент соединения плутония с ураном-235 происходит взрыв.

Ядерный взрыв

После столкновения ядер плутония и урана образуется мощная ударная волна, поражающая все живое в радиусе около 1 км. Огненный шар, появившийся в месте взрыва, постепенно расширяется до 150 метров. Его температура опускается до 8 тысяч Кельвин, когда ударная волна отойдет достаточно далеко. Нагретый воздух переносит радиоактивную пыль на огромные расстояния. Ядерный взрыв сопровождается мощным электромагнитным излучением.

Мощность ядерных боеприпасов

Ядерное оружие обладает колоссальной мощностью. При делении урана

массой порядка килограмма освобождается такое же количество энергии, как

при взрыве тротила массой около 20 тысяч тонн. Термоядерные реакции синтеза являются еще более энергоемкими.

Ядерные боеприпасы - боеприпасы, содержащие ядерный заряд.

Ядерными боеприпасами являются:

ядерные боевые части баллистических, зенитных, крылатых ракет и торпед;

ядерные бомбы;

артиллерийские снаряды, мины и фугасы.

Мощность взрыва ядерных боеприпасов принято измерять в единицах тротилового эквивалента. Тротиловый эквивалент-это масса тринитротолуола, которая обеспечила бы взрыв, по мощности эквивалентный взрыву данного ядерного боеприпаса. Обычно он измеряется в килотоннах (кТ) или в мегатоннах (МгТ). Тротиловый эквивалент условен, поскольку распределение энергии ядерного взрыва по различным поражающим факторам существенно зависит от типа боеприпаса и, в любом случае, сильно отличается от химического взрыва. Современные ядерные боеприпасы имеют тротиловый эквивалент от нескольких десятков тонн до нескольких десятков млн. тонн тротила.

В зависимости от мощности ядерные боеприпасы принято делить на 5 калибров: сверхмалый (менее 1кТ), малый (от 1 до 10 кТ), средний (от 10 до 100 кТ), крупный (от 100 кТ до 1 МгТ), сверхкрупный (свыше 1 МгТ)

Термоядерными зарядами комплектуются боеприпасы сверхкрупного, крупного и среднего калибров; ядерными зарядами - сверхмалого, малого и среднего калибров, нейтронными зарядами комплектуются боеприпасы - сверхмалого и малого калибров.

Поражающие факторы ядерного взрыва

Ядерный взрыв способен мгновенно уничтожить или вывести из строя незащищенных людей, открыто стоящую технику, сооружения и различные материальные средства. Основными поражающими факторами ядерного взрыва (ПФЯВ) являются:

ударная волна;

световое излучение;

проникающая радиация;

радиоактивное заражение местности;

электромагнитный импульс (ЭМИ).

При ядерном взрыве в атмосфере распределение выделяющейся энергии между ПФЯВ примерно следующее: около 50% на ударную волну, на долю светового излучения 35%, на радиоактивное заражение 10% и 5% на проникающую радиацию и ЭМИ.

Ударная волна

Ударная волна в большинстве случаев является основным поражающим фактором ядерного взрыва. По своей природе она подобна ударной волне вполне обычного взрыва, но действует более продолжительное время и обладает гораздо большей разрушительной силой. Ударная волна ядерного взрыва может на значительном расстоянии от центра взрыва наносить поражения людям, разрушать сооружения и повреждать боевую технику.

Ударная волна представляет собой область сильного сжатия воздуха, распространяющуюся с большой скоростью во все стороны от центра взрыва. Скорость распространения ее зависит от давления воздуха во фронте ударной волны; вблизи центра взрыва она в несколько раз превышает скорость звука, но с увеличением расстояния от места взрыва резко падает. За первые 2 сек. ударная волна проходит около 1000 м, за 5 сек - 2000 м, за 8 сек. - около 3000 м.

Поражающее действия ударной волны на людей и разрушающее действие на боевую технику, инженерные сооружения и материальные средства прежде всего определяются избыточным давлением и скоростью движения воздуха в ее фронте. Незащищенные люди могут, кроме того, поражаться летящими с огромной скоростью осколками стекла и обломками разрушаемых зданий, падающими деревьями, а также разбрасываемыми частями боевой техники, комьями земли, камнями и другими предметами, приводимыми в движение скоростным напором ударной волны. Наибольшие косвенные поражения будут наблюдаться в населенных пунктах и в лесу; в этих случаях потери населения могут оказаться большими, чем от непосредственного действия ударной волны. Поражения, наносимые ударной волной, подразделяются на

1) легкие,

2) средние,

3) тяжелые и

4) крайне тяжелые.

Степень поражения ударной волной зависит прежде всего от мощности и вида ядерного взрыва. При воздушном взрыве мощностью 20 кТ легкие травмы у людей возможны на расстояниях до 2,5 км, средние - до 2 км, тяжелые - до 1,5 км, крайне тяжелые - до 1,0 км от эпицентра взрыва. С ростом калибра ядерного боеприпаса радиусы поражения ударной волной растут пропорционально корню кубическому из мощности взрыва.

Гарантированная защита людей от ударной волны обеспечивается при укрытии их в убежищах. В случае отсутствия убежищ используются естественные укрытия и рельеф местности.

При подземном взрыве возникает ударная волна в грунте, а при подводном - в воде. Ударная волна, распространяясь в грунте, вызывает повреждения подземных сооружений, канализации, водопровода; при распространении ее в воде наблюдается повреждение подводной части кораблей, находящихся даже на значительном расстоянии от места взрыва.

Применительно к гражданским и промышленным зданиям степени разрушения характеризуются 1) слабым,

2) средним,

3) сильным и 4) полным разрушениями.

Слабое разрушение сопровождается разрушением оконных и дверных заполнений и легких перегородок, частично разрушается кровля, возможны трещины в стенах верхних этажей. Подвалы и нижние этажи сохраняются полностью.

Среднее разрушение проявляется в разрушении крыш, внутренних перегородок, окон, обрушением чердачных перекрытий, трещинами в стенах. Восстановление зданий возможно при проведении капитальных ремонтных работ.

Сильное разрушение характеризуется разрушением несущих конструкций и перекрытий верхних этажей, появлением трещин в стенах. Использование зданий становится невозможным. Ремонт и восстановление зданий становится нецелесообразным.

При полном разрушении обрушаются все основные элементы здания, включая и несущие конструкции. Использовать такие здания невозможно, и, чтобы они не представляли опасность, их полностью обрушают.

Необходимо отметить способность ударной волны. Она может, как вода, "затекать" в закрытые помещения не только через окна и двери, но также через небольшие отверстия и даже щели. Это приводит к разрушению перегородок и оборудования внутри здания и поражению находящихся в нем людей.

Я́дерный взрыв - неуправляемый процесс высвобождения большого количества тепловой и лучистой энергии в результате цепной ядерной реакции деления или реакции термоядерного синтеза за очень малый промежуток времени. По своему происхождению ядерные взрывы являются либо продуктом деятельности человека на Земле и в околоземном космическом пространстве, либо природными процессами на некоторых видах звёзд. Искусственные ядерные взрывы - мощное оружие, предназначенное для уничтожения крупных наземных и защищённых подземных военных объектов, скоплений войск и техники противника (в основном тактическое ядерное оружие), а также полное подавление и уничтожение противоборствующей стороны: разрушение больших и малых населённых пунктов с мирным населением и стратегической промышленности (Стратегическое ядерное оружие).

Ядерный взрыв может иметь мирное применение :

Перемещение больших масс грунта при строительстве;

Обрушение препятствий в горах;

Дробление руды;

Увеличение нефтеотдачи нефтяных местрождений;

Перекрывание аварийных нефтяных и газовых скважин;

Поиск полезных ископаемых сейсмическим зондированием земной коры;

Движущая сила для ядерных и термоядерных импульсных космических аппаратов,

Например нереализованный проект корабля "Орион" и проект межзвёздного

Автоматического зонда "Дедал");

Научные исследования: сейсмология, внутреннее строение Земли, физика плазмы и многое другое.

В последнее время рассматривается возможность разрушения или изменения орбиты одного из астероидов, угрожающих столкновением с Землёй, путём ядерного взрыва в его окрестности.

[ Физические основы ]

Цепная реакция деления

Атомные ядра некоторых изотопов химических элементов с большой атомной массой (например урана или плутония) при их облучении нейтронами определённой энергии теряют свою устойчивость и распадаются с выделением энергии на два меньших и приблизительно равных по массе осколка - происходит реакция деления атомного ядра. При этом наряду с осколками, обладающими большой кинетической энергией, выделяются ещё несколько нейтронов, которые способны вызвать аналогичный процесс в соседних таких же атомах. В свою очередь, нейтроны, образовавшиеся при их делении, могут привести к делению дополнительного количества атомов расщепляющего материала - реакция становится цепной, приобретает каскадный характер. В зависимости от внешних условий, количества и чистоты расщепляющегося материала её течение может происходить по-разному. Если вследствие вылета нейтронов из зоны деления или их поглощения атомными ядрами без последующего деления число расщеплённых ядер в последующей стадии цепной реакции меньше чем в предыдущей, то происходит её затухание. При равном числе расщеплённых ядер в обеих стадиях цепная реакция становится самоподдерживающейся, а в случае превышения количества расщеплённых ядер в каждой последующей стадии в реакцию вовлекаются всё новые атомы расщепляющегося вещества. Если такое превышение является многократным, то в ограниченном объёме за очень короткий промежуток времени образуется большое количество атомных ядер-осколков деления, электронов, нейтронов и квантов электромагнитного излучения с очень высокой кинетической энергией. Единственно возможной формой их существования является агрегатное состояние высокотемпературной плазмы, в сгусток которой превращается весь расщепляющийся материал и любое другое вещество в его окрестности. Этот сгусток не может быть сдержан в своём первоначальном объёме и стремится перейти в равновесное состояние путём расширения в окружающую среду и теплообмена с ней. Поскольку скорость упорядоченного движения составляющих сгусток частиц много выше скорости звука как в нём, так и в окружающей его среде (если это не вакуум), расширение не может иметь плавного характера и сопровождается образованием ударной волны - то есть носит характер взрыва.

Термоядерный синтез

В отличие от атомных реакций деления, реакции термоядерного синтеза с выделением энергии возможны только среди элементов с небольшой атомной массой, не превышающих приблизительно атомную массу железа. Они не носят цепного характера и возможны только при высоких температурах, когда кинетической энергии сталкивающихся атомных ядер достаточно для преодоления кулоновского барьера отталкивания между ними, либо для заметной вероятности их слияния за счёт действия туннельного эффекта квантовой механики. Чтобы сделать возможным такой процесс, необходимо совершить работу для разгона исходных атомных ядер до высоких скоростей, но если они сольются в новое ядро, то выделившаяся при этом энергия будет больше, чем затраченная. Появление нового ядра в результате термоядерного синтеза как правило сопровождается образованием различного рода элементарных частиц и высокоэнергетичных квантов электромагнитного излучения. Наряду со вновь образовавшимся ядром все они имеют большую кинетическую энергию, то есть в реакции термоядерного синтеза происходит преобразование внутриядерной энергии сильного взаимодействия в тепловую. Как следствие, в итоге результат оказывается тот же, что и в случае цепной реакции деления - в ограниченном объёме образуется сгусток высокотемпературной плазмы, расширение которого в окружающей плотной среде имеет характер взрыва.

[ Классификация ядерных взрывов ]

Искусственные ядерные взрывы обычно классифицируют по двум признакам: мощности заряда, инициировавшего взрыв, и местоположению точки нахождения заряда в момент подрыва (центр ядерного взрыва). Проекция этой точки на поверхность земли называется эпицентром ядерного взрыва. Мощность ядерного взрыва измеряется в так называемом тротиловом эквиваленте - массе тринитротолуола, при химическом взрыве которого выделяется столько же энергии, сколько при оцениваемом ядерном. Наиболее часто используемыми единицами измерения мощности ядерного взрыва служат 1 килотонна (кт) или 1 мегатонна (Мт) тротилового эквивалента.

Классификация по мощности

Сверхмалую (менее 1 кт);

Малую (от 1 до 10 кт) - на движущейся картинке справа (около 10 кт);

Среднюю (от 10 до 100 кт);

Большую (от 100 кт до 1 Мт);

Сверхбольшую (более 1 Мт);

Взрыв мощностью 20 кт даёт зону полных разрушений радиусом около 1 км, 20 Мт - уже 10 км. По расчётам, при взрыве мощностью 100 Мт зона полного разрушения будет иметь радиус около 35 км, сильных разрушений - около 50 км, на расстоянии около 80 км незащищённые люди получат ожоги третьей степени. Практически одним таким взрывом может быть полностью уничтожен любой из самых крупных городов Земли.

Наиболее мощным искусственным ядерным взрывом был атмосферный взрыв в приземном слое советской 58-мегатонной термоядерной бомбы АН602, прозванной Царь-Бомба, на полигоне на Новой Земле. Причём испытана на неполную мощность, в так называемом чистом варианте. Полная проектная мощность с урановой оболочкой-отражателем нейтронов могла бы составить порядка 100 мегатонн тротилового эквивалента.

Классификация по нахождению центра взрыва

Приведённая высота (глубина) заряда в метрах на тонну тротилового эквивалента (в скобках пример для взрыва мощностью 1 мегатонна)[лит 1] (С. 146, 232, 247, 522, 751):

космический, экзоатмосферный или магнитосферный: свыше 100 км

атмосферные:

высотный: более 10-15 км, но чаще считается на высотах 40-100 км

высокий воздушный: свыше 15-20 м/т1/3, когда форма вспышки близка к сферической (свыше 1,5-2 км)

низкий воздушный: от 3,5 до 15-20 м/т1/3 - огненная сфера касается земли и усекается снизу (350-1500 м)

наземный: 0-3,5 м/т1/3, - вспышка принимает форму полусферы (0-350 м)

наземный с образованием вдавленной воронки без значительного выброса грунта: ниже 0,5 м/т1/3 (ниже 50 м)

наземный контактный: 0-0,3 м/т1/3 - когда грунт из воронки выбрасывается и попадает в светящуюся область (0-30 м)

подземный: на глубине более 1,5 м/т0,3[лит 2] (С. 276) (глубже 12 м)(?)

на выброс (выброс грунта и кратер в разы больше, чем при наземном взрыве)

взрыв рыхления - в глубине образуется полость или столб обрушения, а на поверхности колцеобразный вывал грунта (холм вспучивания), в центре которого провальная воронка

камуфлетный: глубже 7-10 м/т1/3 - в глубине остаётся замкнутая (котловая) полость или столб обрушения; если столб обрушения достигает поверхности, то образуется провальная воронка без холма вспучивания (глубже 700-1000 м)

наводный - происходит испарение воды

подводный:

на малой глубине: менее 0,3 м/т1/3 - вода испаряется до поверхности и столб воды (взрывной султан) не образуется (менее 30 м)

с образованием взрывного султана и облака султана: 0,25-2,2 м/т1/3 (25-220 м)

глубоководный: глубже 2,5 м/т1/3 - когда образующийся пузырь выходит на поверхность без образования облака султана.

[ Явления при ядерном взрыве ]

Специфичные только для ядерного взрыва

Сопутствующие ядерному взрыву явления варьируют от местонахождения его центра. Ниже рассматривается случай атмосферного ядерного взрыва в приземном слое, который был наиболее общим до запрета ядерных испытаний на земле, под водой, в атмосфере и в космосе. После инициирования реакции деления или синтеза за очень короткое время порядка долей микросекунд в ограниченном объёме выделяется огромное количество лучистой и тепловой энергии. Реакция обычнозаканчивается после испарения и разлёта конструкции взрывного устройства вследствие огромной температуры (до 107 К) и давления (до 109 атм.) в точке взрыва. Визуально с большого расстояния эта фаза воспринимается как очень яркая светящаяся точка.

Световое давление от электромагнитного излучения при реакции начинает нагревать и вытеснять окружающий воздух от точки взрыва - образуется огненный шар и начинает формироваться скачок давления между воздухом, сжатым излучением, и невозмущённым, поскольку скорость перемещения фронта нагрева изначально многократно превосходит скорость звука в среде. После затухания ядерной реакции энерговыделение прекращается и дальнейшее расширение происходит уже не за счёт светового давления, а за счёт разницы температур и давлений в области эпицентра и в окружающем его воздухе. Эта фаза характеризуется превращением светящейся точки в растущий в размерах огненный шар, постепенно теряющий свою яркость.

Происходящие в заряде ядерные реакции служат источником разнообразных излучений: электромагнитного в широком спектре от радиоволн до высокоэнергичных гамма-квантов, быстрых электронов, нейтронов, атомных ядер. Это излучение, называемое проникающей радиацией, порождает ряд характерных только для ядерного взрыва последствий. Нейтроны и высокоэнергичные гамма-кванты, взаимодействуя с атомами окружающего вещества, преобразуют их стабильные формы в нестабильные радиоактивные изотопы с различными путями и полупериодами распада - создают так называемую наведённую радиацию. Наряду с осколками атомных ядер расщепляющегося вещества или продуктами термоядерного синтеза, оставшимися от взрывного устройства, вновь получившиеся радиоактивные вещества поднимаются высоко в атмосферу и способны рассеяться на большой территории, формируя радиоактивное заражение местности после ядерного взрыва. Спектр образующихся при ядерном взрыве нестабильных изотопов таков, что радиоактивное заражение местности способно длиться тысячелетиями, хотя интенсивность излучения падает со временем.

Высокоэнергичные гамма-кванты от ядерного взрыва, проходя через окружающую среду, ионизуют её атомы, выбивая из них электроны и сообщая им достаточно большую энергию для каскадной ионизации других атомов, вплоть до 30000 ионизаций на один гамма-квант. В результате под эпицентром ядерного взрыва остаётся «пятно» положительно заряженных ионов, которые окружены гигантским количеством электронного газа; такая переменная во времени конфигурация носителей электрических зарядов создаёт очень сильное электромагнитное поле, которое исчезает после взрыва вместе с рекомбинацией ионизированных атомов. В процессе рекомбинации порождаются сильные электрические токи, служащие дополнительным источником электромагнитного излучения. Весь этот комплекс явлений называется электромагнитным импульсом, и хотя в него уходит менее трети десятимиллиардной доли энергии взрыва, происходит он за очень короткое время и выделяющаяся при этом мощность может достигать 100 ГВт.

Наземный ядерный взрыв в отличие от обычного также имеет свои особенности. При химическом взрыве температура грунта, примыкавшего к заряду и вовлечённого в движение относительно невелика. При ядерном взрыве температура грунта возрастает до десятков миллионов градусов и большая часть энергии нагрева в первые же мгновения излучается в воздух и дополнительно идёт в образование теплового излучения и ударной волны, чего при обычном взрыве не происходит.Отсюда резкое различие в воздействии на поверхность и грунтовый массив: наземный взрыв химического взрывчатого вещества передаёт в грунт до половины своей энергии, а ядерный - считанные проценты. Соответственно размеры воронки и энергия сейсмических колебаний от ядерного взрыва в разы меньше оных от одинакового по мощности взрыва ВВ.Однако при заглублениизарядов это соотношение сглаживается, так как энергия перегретой плазмы меньше уходит в воздух и идёт на совершение работы над грунтом.

Подводный взрыв на глубине 27 м:

Подводный взрыв на глубине 660 м:

Подземный взрыв на малой глубине:

Кратер после подземного взрыва на малой глубине:

Проседание поверхности после подземных взрывов на большой глубине:

Взрыв на высоте 400 км:

Ядерное оружие

Я́дерное ору́жие - совокупность ядерных боеприпасов, средств их доставки к цели и средств управления. Относится к оружию массового поражения (наряду с биологическим и химическим оружием). Ядерный боеприпас - взрывное устройство, использующее ядерную энергию - энергию, высвобождающуюся в результате лавинообразно протекающей цепной ядерной реакции деления тяжёлых ядер и/или термоядерной реакции синтеза лёгких ядер.

Действие ядерного оружия основано на использовании энергии взрыва ядерного взрывного устройства, высвобождающейся в результате неуправляемой лавинообразно протекающей цепной реакции деления тяжёлых ядер и/или реакции термоядерного синтеза.

Ядерные взрывы могут быть следующих видов:

· воздушный - в тропосфере

· высотный - в верхних слоях атмосферы и в ближнем околопланетном космосе

· космический - в дальнем околопланетном космосе и любой другой области космического пространства

· наземный взрыв - у самой земли

· подземный взрыв (под поверхностью земли)

· надводный (у самой поверхности воды)

· подводный (под водой)

Поражающие факторы ядерного взрыва:

· ударная волна

· световое излучение

· проникающая радиация

· радиоактивное заражение

· электромагнитный импульс (ЭМИ)

Соотношение мощности воздействия различных поражающих факторов зависит от конкретной физики ядерного взрыва. Например, для термоядерного взрыва характерны более сильные чем у т.н. атомного взрыва световое излучение, гамма-лучевой компонент проникающий радиации, но значительно более слабые корпускулярный компонент проникающей радиации и радиоактивное заражение местности.

Люди, непосредственно подвергшиеся воздействию поражающих факторов ядерного взрыва, кроме физических повреждений, которые зачастую являются фатальными для человека, испытывают мощное психологическое воздействие от ужасающего вида картины взрыва и разрушений. Электромагнитный импульс (ЭМИ) непосредственного влияния на живые организмы не оказывает, но может нарушить работу электронной аппаратуры (ламповая электроника и фотонная аппаратура сравнительно нечувствительны к воздействию ЭМИ).

Классификация ядерных боеприпасов

Все ядерные боеприпасы могут быть разделены на две основные категории:

· «атомные» - однофазные или одноступенчатые взрывные устройства, в которых основной выход энергии происходит от ядерной реакции деления тяжёлых ядер (урана-235 или плутония) с образованием более лёгких элементов

· термоядерные (также «водородные») - двухфазные или двухступенчатые взрывные устройства, в которых последовательно развиваются два физических процесса, локализованных в различных областях пространства: на первой стадии основным источником энергии является реакция деления тяжёлых ядер, а на второй реакции деления и термоядерного синтеза используются в различных пропорциях, в зависимости от типа и настройки боеприпаса

Мощность ядерного заряда измеряется в тротиловом эквиваленте - количестве тринитротолуола, которое нужно взорвать для получения той же энергии. Обычно его выражают в килотоннах (кт) и мегатоннах (Мт). Тротиловый эквивалент условен: во-первых, распределение энергии ядерного взрыва по различным поражающим факторам существенно зависит от типа боеприпаса, и, в любом случае, сильно отличается от химического взрыва. Во-вторых, просто невозможно добиться полного сгорания соответствующего количества химического взрывчатого вещества.

Принято делить ядерные боеприпасы по мощности на пять групп:

· сверхмалые (менее 1 кт)

· малые (1 - 10 кт)

· средние (10 - 100 кт)

· крупные (большой мощности) (100 кт - 1 Мт)

· сверхкрупные (сверхбольшой мощности) (свыше 1 Мт)

Варианты детонации ядерных боеприпасов

Пушечная схема

«Пушечная схема» использовалась в некоторых моделях ядерного оружия первого поколения. Суть пушечной схемы заключается в выстреливании зарядом пороха одного блока делящегося материала докритической массы («пуля») в другой - неподвижный («мишень»).

Классическим примером пушечной схемы является бомба «Малыш» («Little Boy»), сброшенная на Хиросиму 6 августа 1945 г.

Имплозивная схема

Имплозивная схема детонации использует обжатие делящегося материала сфокусированной ударной волной, создаваемой взрывом химической взрывчатки. Для фокусировки ударной волны используются так называемые взрывные линзы, и подрыв производится одновременно во многих точках с высокой точностью. Формирование сходящейся ударной волны обеспечивалось использованием взрывных линз из «быстрой» и «медленной» взрывчаток - ТАТВ (триаминотринитробензол) и баратола (смесь тринитротолуола с нитратом бария), и некоторыми добавками (см. анимацию). Создание подобной системы расположения взрывчатки и подрыва являлось в своё время одной из наиболее сложных и трудоёмких задач. Для её решения потребовалась выполнить гигантский объём сложных вычислений по гидро- и газодинамике.

Вторая из применённых атомных авиабомб - «Толстяк» («Fat Man»), - сброшенная на Нагасаки 9 августа 1945 года, была исполнена по такой же схеме.

Ядерное оружие обладает колоссальной мощностью. При делении урана

массой порядка килограмма освобождается такое же количество энергии, как

при взрыве тротила массой около 20 тысяч тонн. Термоядерные реакции синтеза являются еще более энергоемкими. Мощность взрыва ядерных боеприпасов принято измерять в единицах тротилового эквивалента. Тротиловый эквивалент-это масса тринитротолуола, которая обеспечила бы взрыв, по мощности эквивалентный взрыву данного ядерного боеприпаса. Обычно он измеряется в килотоннах (кТ) или в мегатоннах (МгТ).

В зависимости от мощности ядерные боеприпасы делят на калибры:

Сверхмалый (менее 1кТ)

Малый (от 1 до 10 кТ)

Средний (от 10 до 100 кТ)

Крупный (от 100 кТ до 1 МгТ)

Сверхкрупный (свыше 1 МгТ)

Термоядерными зарядами комплектуются боеприпасы сверхкрупного, крупного

и среднего калибров; ядерными-сверхмалого, малого и среднего калибров,

нейтронными-сверхмалого и малого калибров.

1.5 Виды ядерных взрывов

В зависимости от задач, решаемых ядерным оружием, от вида и расположения

объектов, по которым планируются ядерные удары, а также от характера

предстоящих боевых действий ядерные взрывы могут быть осуществлены в

воздухе, у поверхности земли (воды) и под землей (водой). В соответствии

с этим различают следующие виды ядерных взрывов:

Воздушный (высокий и низкий)

Наземный (надводный)

Подземный (подводный)

1.6 Поражающие факторы ядерного взрыва.

Ядерный взрыв способен мгновенно уничтожить или вывести из строя

незащищенных людей, открыто стоящую технику, сооружения и различные

материальные средства. Основными поражающими факторами ядерного взрыва являются:

Ударная волна

Световое излучение

Проникающая радиация

Радиоактивное заражение местности

Электромагнитный импульс

Рассмотрим их:

а) Ударная волна в большинстве случаев является основным поражающим

фактором ядерного взрыва. По своей природе она подобна ударной волне

обычного взрыва, но действует более продолжительное время и обладает

гораздо большей разрушительной силой. Ударная волна ядерного взрыва

может на значительном расстоянии от центра взрыва наносить поражения

людям, разрушать сооружения и повреждать боевую технику.

Ударная волна представляет собой область сильного сжатия воздуха,

распространяющуюся с большой скоростью во все стороны от центра взрыва.

Скорость распространения ее зависит от давления воздуха во фронте

ударной волны; вблизи центра взрыва она в несколько раз превышает

скорость звука, но с увеличением расстояния от места взрыва резко падает.

За первые 2 сек ударная волна проходит около 1000 м, за 5 сек-2000 м,

за 8 сек - около 3000 м. Это служит обоснованием норматива N5 ЗОМП

"Действия при вспышке ядерного взрыва": отлично - 2 сек, хорошо - 3 сек,

удовлетврительно-4 сек.

Поражающее действие ударной волны на людей и разрушающее действие на

боевую технику, инженерные сооружения и материальные средства прежде

всего определяются избыточным давлением и скоростью движения воздуха в

ее фронте. Избыточное давление - это разность между максимальным давлением во фронте ударной волны и нормальным атмосферным давлением перед ним. Оно измеряется в ньютонах на квадратный метр (Н/м 2). Эта единица давления называется паскалем (Па). 1 Н/м 2 =1 Па (1 кПа0,01 кгс/см 2).

При избыточном давлении 20-40 кПа незащищенные люди могут получить легкие поражения (легкие ушибы и контузии). Воздействие ударной волны с избыточным давлением 40-60 кПа приводит к поражениям средней тяжести: потеря сознания, повреждению органов слуха, сильным вывихам конечностей, кровотечению из носа и ушей. Тяжелые травмы возникают при избыточном давлении свыше 60 кПа и характеризуются сильными контузиями всего организма, переломами конечностей повреждением внутренних органов. Крайне тяжелые поражения, нередко со смертельным исходом, наблюдаются при избыточном давлении свыше 100 кПа.

Незащищенные люди могут, кроме того, поражаться летящими с

огромной скоростью осколками стекла и обломками разрушаемых зданий,

падающими деревьями, а также разбрасываемыми частями боевой техники,

комьями земли, камнями и другими предметами, приводимыми в движение

скоростным напором ударной волны. Наибольшие косвенные поражения будут наблюдаться в населенных пунктах и в лесу; в этих случаях потери войск могут оказаться большими, чем от непосредственного действия ударной волны.

Ударная волна способна наносить поражения и в закрытых помещениях,

проникая туда через щели и отверстия.

С ростом калибра ядерного боеприпаса радиусы поражения ударной волной

растут пропорционально корню кубическому из мощности взрыва. При подземном взрыве возникает ударная волна в грунте, а при подводном - в воде.

Кроме того, при этих видах взрывов часть энергии расходуется на создание

ударной волны и в воздухе. Ударная волна, распространяясь в грунте,

вызывает повреждения подземных сооружений, канализации, водопровода;

при распространении ее в воде наблюдается повреждение подводной части

кораблей, находящихся даже на значительном расстоянии от места взрыва.

б) Световое излучение ядерного взрыва представляет собой поток

лучистой энергии, включающей ультрафиолетовое, видимое и инфракрасное

излучение. Источником светового излучения является светящаяся область,

состоящая из раскаленных продуктов взрыва и раскаленного воздуха. Яркость

светового излучения в первую секунду в несколько раз превосходит яркость

Поглощенная энергия светового излучения переходит в тепловую, что

приводит к разогреву поверхностного слоя материала. Нагрев может быть

настолько сильным, что возможно обугливание или воспламенение горючего

материала и растрескивание или оплавление негорючего, что может приводить

к огромным пожарам. При этом действие светового излучения ядерного взрыва

эквивалентно массированному применению зажигательного оружия, которое

рассматривается в четвертом учебном вопросе.

Кожный покров человека также поглощает энергию светового излучения, за

счет чего может нагреваться до высокой температуры и получать ожоги. В

первую очередь ожоги возникают на открытых участках тела, обращенных в

сторону взрыва. Если смотреть в сторону взрыва незащищенными глазами, то

возможно поражение глаз, приводящее к полной потере зрения.

Ожоги, вызываемые световым излучением, не отличаются от обычных,

вызываемых огнем или кипятком. Они тем сильнее, чем меньше расстояние до

взрыва и чем больше мощность боеприпаса. При воздушном взрыве поражающее действие светового излучения больше, чем при наземном той же мощности.

В зависимости от воспринятого светового импульса ожоги делятся на три

степени. Ожоги первой степени проявляются в поверхностном поражении кожи: покраснении, припухлости, болезненности. При ожогах второй степени на коже появляются пузыри. При ожогах третьей степени наблюдается омертвление кожи и образование язв.

При воздушном взрыве боеприпаса мощностью 20 кТ и прозрачности атмосферы порядка 25 км ожоги первой степени будут наблюдаться в радиусе 4,2

км от центра взрыва; при взрыве заряда мощностью 1 МгТ это расстояние

увеличится до 22,4 км. Ожоги второй степени проявляются на расстояниях

2,9 и 14,4 км и ожоги третьей степени ­­­­­- на расстояниях 2,4 и 12,8 км

соответственно для боеприпасов мощностью 20 кТ и 1МгТ.

в) Проникающая радиация представляет собой невидимый поток гамма-

квантов и нейтронов, испускаемых из зоны ядерного взрыва. Гамма-кванты

и нейтроны распространяются во все стороны от центра взрыва на сотни

метров. С увеличением расстояния от взрыва количество гамма-квантов и

нейтронов, проходящее через единицу поверхности, уменьшается. При

подземном и подводном ядерных взрывах действие проникающей радиации

распространяется на расстояния, значительно меньшие, чем при наземных и

воздушных взрывах, что объясняется поглощением потока нейтронов и гамма-

квантов водой.

Зоны поражения проникающей радиацией при взрывах ядерных боеприпасов

средней и большой мощности несколько меньше зон поражения ударной волной и световым излучением. Для боеприпасов с небольшим тротиловым эквивалентом (1000 тонн и менее) наоборот, зоны поражающего действия проникающей радиацией превосходят зоны поражения ударной волной и световым излучением.

Поражающее действие проникающей радиации определяется способностью

гамма-квантов и нейтронов ионизировать атомы среды, в которой они распространяются. Проходя через живую ткань, гамма-кванты и нейтроны ионизируют атомы и молекулы, входящие в состав клеток, которые приводят к

нарушению жизненных функций отдельных органов и систем. Под влиянием

ионизации в организме возникают биологические процессы отмирания и разложения клеток. В результате этого у пораженных людей развивается специфическое заболевание, называемое лучевой болезнью.

г) Основными источниками радиоактивного заражения являются продукты деления ядерного заряда и радиоактивные изотопы, образующиеся в результате воздействия нейтронов на материалы, из которых изготовлен ядерный боеприпас, и на некоторые элементы, входящие в состав грунта в районе взрыва.

При наземном ядерном взрыве светящаяся область касается земли. Внутрь ее затягиваются массы испаряющегося грунта, которые поднимаются вверх. Охлаждаясь, пары продуктов деления грунта конденсируются на твердых частицах. Образуется радиоактивное облако. Оно поднимается на многокилометровую высоту, а затем со скоростью 25-100 км/ч движется по ветру. Радиоактивные частицы, выпадая из облака на землю, образуют зону радиоактивного заражения (след), длина которой может достигать нескольких сот километров.

Радиоактивное заражение людей, боевой техники, местности и различных

объектов при ядерном взрыве обусловливается осколками деления вещества

заряда и непрореагировавшей частью заряда, выпадающими из облака взрыва,

а также наведенной радиоактивностью.

С течением времени активность осколков деления быстро уменьшается,

особенно в первые часы после взрыва. Так, например, общая активность

осколков деления при взрыве ядерного боеприпаса мощностью 20 кТ через

один день будет в несколько тысяч раз меньше, чем через одну минуту после

При взрыве ядерного боеприпаса часть вещества заряда не подвергается

делению, а выпадает в обычном своем виде; распад ее сопровождается образованием альфа-частиц. Наведенная радиоактивность обусловлена радиоактивными изотопами, образующимися в грунте в результате облучения его нейтронами, испускаемыми в момент взрыва ядрами атомов химических элементов, входящих в состав грунта. Образовавшиеся изотопы, как правило,

бета-активны, распад многих из них сопровождается гамма-излучением.

Периоды полураспада большинства из образующихся радиоактивных изотопов, сравнительно невелики-от одной минуты до часа. В связи с этим наведенная активность может представлять опасность лишь в первые часы после взрыва и только в районе, близком к его эпицентру.

Основная часть долгоживущих изотопов сосредоточена в радиоактивном

облаке, которое образуется после взрыва. Высота поднятия облака для

боеприпаса мощностью 10 кТ равна 6 км, для боеприпаса мощностью 10 МгТ

она составляет 25 км. По мере продвижения облака из него выпадают сначала

наиболее крупные частицы, а затем все более и более мелкие, образуя по

пути движения зону радиоактивного заражения, так называемый след облака.

Размеры следа зависят главным образом от мощности ядерного боеприпаса,

а также от скорости ветра и могут достигать в длину несколько сотен и в

ширину нескольких десятков километров.

Поражения в результате внутреннего облучения появляются в результате

попадания радиоактивных веществ внутрь организма через органы дыхания и

желудочно-кишечный тракт. В этом случае радиоактивные излучения вступают

в непосредственный контакт с внутренними органами и могут вызвать

сильную лучевую болезнь; характер заболевания будет зависеть от количества радиоактивных веществ, попавших в организм.

На вооружение, боевую технику и инженерные сооружения радиоактивные

вещества не оказывают вредного воздействия.

д) Электромагнитный импульс - это кратковременное электромагнитное поле, возникающее при взрыве ядерного боеприпаса в результате взаимодействия гамма-лучей и нейтронов, испускаемых пои ядерном взрыве, с атомами окружающей среды. Следствием его воздействия перегорание или пробои отдельных элементов радиоэлектронной и электротехнической аппаратуры.

Поражение людей возможно только в тех случаях, когда они в момент взрыва соприкасаются с протяженными проводными линиями.

Наиболее надежным средством защиты от всех поражающих факторов ядерного взрыва являются защитные сооружения. В поле следует укрываться за прочными местными предметами, обратными скатами высот, в складках местности.

При действиях в зонах заражения для защиты органов дыхания, глаз и открытых участков тела от радиоактивных веществ используются средства защиты органов дыхания (противогазы, респираторы, противопыльные тканевые маски и ватно-марлевые повязки), а также средства защиты кожи.

Особенности поражающего действия нейтронных боеприпасов.

Нейтронные боеприпасы являются разновидностью ядерных боеприпасов. Их основу составляют термоядерные заряды, в которых используются ядерные реакции деления и синтеза. Взрыв такого боеприпаса оказывает поражающее воздействие прежде всего на людей за счет мощного потока проникающей радиации, в котором значительная часть (до 40%) приходится на так называемые быстрые нейтроны.

При взрыве нейтронного боеприпаса площадь зоны поражения проникающей радиацией превосходит площадь зоны поражения ударной волной в несколько раз. В этой зоне техника и сооружения могут оставаться невредимыми, а люди получают смертельные поражения.

Для защиты от нейтронных боеприпасов используются те же средства и способы, что и для защиты от обычных ядерных боеприпасов. Кроме того, при сооружении убежищ и укрытий рекомендуется уплотнять и увлажнять грунт, укладываемый над ними, увеличивать толщину перекрытий, устраивать дополнительную защиту входов и выходов. Защитные свойства техники повышаются применением комбинированной защиты, состоящей из водородосодержащих веществ (например, полиэтилена) и материалов с высокой плотностью (свинец).