В начале XX века благодаря усилиям Альберта Эйнштейна человечество впервые узнало о том, что на атомном уровне из небольшого количества вещества при определенных условиях можно получить огромное количество энергии. В 30-е годы работу в этом направлении продолжили немецкий физик-ядерщик Отто Хан, англичанин Роберт Фриш и француз Жолио-Кюри. Именно им удалось на практике отследить результаты деления ядер атомов радиоактивных химических элементов. Смоделированный в лабораториях процесс цепной реакции подтвердил теорию Эйнштейна о способности вещества в малых количествах выделять большое количество энергии. В таких условиях рождалась физика ядерного взрыва – наука, поставившая под сомнение возможность дальнейшего существования земной цивилизации.
Рождение ядерного оружия
Еще в 1939 году французу Жолио-Кюри стало понятно, что воздействие на ядра урана в определенных условиях может привести к взрывной реакции огромной мощности. В результате цепной ядерной реакции начинается спонтанное экспоненциальное деление ядер урана, происходит выделение энергии в огромном количестве. В одно мгновение радиоактивное вещество взрывалось, при этом образующийся взрыв обладал огромным поражающим эффектом. В результате опытов стало ясно, что уран (U235) можно превратить из химического элемента в мощную взрывчатку.
В мирных целях, при работе ядерного реактора, процесс ядерного деления радиоактивных компонентов носит спокойный и контролируемый характер. При ядерном взрыве основным отличием является то, что колоссальный объем энергии выделяется мгновенно и это продолжается до тех пор, пока не иссякнет запас радиоактивной взрывчатки. Впервые человек узнал о боевых возможностях новой взрывчатки 16 июля 1945 года. В то время, когда в Потсдаме проходила заключительная встреча Глав государств победителей войны с Германией, на полигоне в Аламогордо штата Нью-Мексико состоялось первое испытание атомного боевого заряда. Параметры первого ядерного взрыва были достаточно скромными. Мощность атомного заряда в тротиловом эквиваленте равнялась массе тринитротолуола в 21 килотонну, однако сила взрыва и его воздействие на окружающие объекты произвели на всех, кто наблюдал за испытаниями, неизгладимое впечатление.
Взрыв первой атомной бомбы
Сначала все увидели яркую светящуюся точку, которую было видно на расстоянии 290 км. от места проведения испытаний. При этом звук от взрыва был слышен в радиусе 160 км. На том месте, где было установлено ядерное взрывное устройство, образовался огромный кратер. Воронка от ядерного взрыва достигала глубины более 20 метров, имея внешний диаметр 70 м. На территории полигона в радиусе 300-400 метров от эпицентра поверхность земли представляла собой безжизненную лунную поверхность.
Интересно привести зафиксированные впечатления участников первого испытания атомной бомбы. «Окружающий воздух стал плотнее, мгновенно поднялась его температура. Буквально через минуту округой прокатилась огромной силы ударная волна. В точке нахождения заряда образуется огромный огненный шар, после чего на его месте стало формироваться облако ядерного взрыва грибовидной формы. Столб дыма и пыли, увенчанный массивной головой ядерного гриба, поднялся на высоту 12 км. Всех присутствующих в укрытие поражали масштабы взрыва. Никто не мог себе представить, с какой мощью и силой мы столкнулись», — писал в последствие руководитель Манхэттенского проекта Лесли Гровз.
Никто ни до, ни после не имел в своем распоряжении оружия такой огромной мощи. Это при том, что на тот момент ученые и военные еще не имели представление обо всех поражающих факторах нового оружия. Брались во внимание только видимые основные поражающие факторы ядерного взрыва, такие как:
- ударная волна ядерного взрыва;
- световое и тепловое излучение ядерного взрыва.
О том, что убийственными для всего живого является проникающая радиация и последующее радиоактивное заражение при ядерном взрыве, тогда еще не имели четкого представления. Оказалось, что именно эти два фактора после ядерного взрыва станут для человека впоследствии наиболее опасными. Зона полного разрушения и опустошение достаточно мала по площади в сравнении с зоной заражения местности продуктами радиационного распада. Зараженная территория может иметь площадь в сотни километров. К облучению, полученному в первые минуты после взрыва, и к уровню радиации впоследствии добавляется заражение обширных территорий радиационными осадками. Масштабы катастрофы становятся апокалиптическими.
Только потом, значительно позже, когда атомные бомбы были использованы в военных целях, стало ясно, насколько мощным является новое оружие и насколько тяжелыми для людей окажутся последствия применения ядерной бомбы.
Механизм атомного заряда и принцип действия
Если не вдаваться в подробные описания и технологию создания атомной бомбы, кратко описать ядерный заряд можно буквально тремя фразами:
- имеется докритическая масса радиоактивного вещества (уран U235 или плутоний Pu239);
- создание определенных условий для начала цепной реакции деления ядер радиоактивных элементов (детонация);
- создание критической массы делящегося вещества.
Весь механизм можно изобразить на простом и понятном рисунке, где все части и детали находятся в сильном и тесном взаимодействии друг с другом. В результате подрыва химического или электрического детонатора, запускается детонационная сферическая волна, сжимающая делящееся вещество до критической массы. Ядерный заряд представляет собой многослойную конструкцию. Уран или плутоний используется в качестве основной взрывчатки. Детонатором может служить определенное количество тротила или гексогена. Далее процесс сжатия приобретает неуправляемый характер.
Скорость протекающих процессов огромна и сравнима со скоростью света. Промежуток времени от начала детонации до запуска необратимой цепной реакции занимает не более 10-8 с. Другими словами, чтобы привести в действие 1 кг обогащенного урана, потребуется всего 10-7 секунд. Этой величиной обозначается время ядерного взрыва. С аналогичной скоростью протекает реакция термоядерного синтеза, лежащего в основе термоядерной бомбы с той разницей, что ядерный заряд приводит в действие еще более мощный — термоядерный заряд. Термоядерная бомба имеет другой принцип действия. Здесь мы имеем дело с реакцией синтеза легких элементов в более тяжелые, в результате которых опять же выделяется огромное количество энергии.
В процессе деления ядер урана или плутония возникает огромное количество энергии. В центре ядерного взрыва температура составляет 107 Кельвина. В таких условиях возникает колоссальное давление — 1000 атм. Атомы делящегося вещества превращаются в плазму, которая и становится главным результатом цепной реакции. Во время аварии на 4-м реакторе Чернобыльской АЭС ядерного взрыва не было, так как деление радиоактивного топлива осуществлялось медленно и сопровождалось только интенсивным выделением тепла.
Высокая скорость происходящих внутри заряда процессов приводит к стремительному скачку температуры и росту давления. Именно эти составляющие формируют характер, факторы и мощность ядерного взрыва.
Виды и типы ядерных взрывов
Запущенная цепная реакция уже не может быть остановлена. В тысячные доли секунды ядерный заряд, состоящий из радиоактивных элементов, превращается в сгусток плазмы, разрываемый высоким давлением на части. Начинается последовательная цепочка целого ряда других факторов, оказывающих поражающий эффект на окружающую среду, объекты инфраструктуры и живые организмы. Разница в наносимом ущербе заключается лишь в том, что маленькая ядерная бомба (10-30 килотонн) влечет за собой меньший масштаб разрушений и менее тяжелые последствия, чем приносит большой ядерный взрыв мощностью в 100 более мегатонн.
Поражающие факторы зависят не только от мощности заряда. Для оценки последствий важны условия подрыва ядерного боеприпаса, какой в данном случае наблюдается тип ядерного взрыва. Подрыв заряда может быть осуществлен на поверхности земли, под землей или под водой, соответственно с условиями применения имеем дело со следующими видами:
- воздушные ядерные взрывы, осуществляемые на определенных высотах над поверхностью земли;
- высотные взрывы, осуществляемые в атмосфере планеты, на высотах свыше 10 км;
- наземные (надводные) ядерные взрывы, осуществляемые непосредственно над поверхностью земли или над водной гладью;
- подземные или подводные взрывы, проводимые в поверхностной толще земной коры или под водой, на определенной глубине.
В каждом отдельном случае определенные поражающие факторы имеют свою силу, интенсивность и особенности действия, приводящие к определенным результатам. В одном случае происходит точечное уничтожение цели с минимальными разрушениями и радиоактивным заражением территории. В других случаях приходится иметь дело с масштабным опустошением местности и разрушением объектов, происходит мгновенное уничтожение всего живого, наблюдается сильное радиоактивное заражение обширных территорий.
Воздушный ядерный взрыв, к примеру, отличается от наземного способа подрыва тем, что огненный шар не соприкасается с поверхностью земли. При таком взрыве пыль и другие мелкие фрагменты соединяются в пылевой столб, существующий отдельно от облака взрыва. Соответственно от высоты подрыва зависит и площадь поражения. Такие взрывы могут быть высокими и низкими.
Первые испытания атомных боевых зарядов и в США и в СССР были преимущественно трех видов, наземными, воздушными и подводными. Только после того, как вступил в силу Договор об ограничении ядерных испытаний, ядерные взрывы в СССР, в США, во Франции, в Китае и в Великобритании стали осуществляться только под землей. Это позволило минимизировать загрязнение окружающей среды радиоактивными продуктами, уменьшить площадь зон отчуждения, которые возникали рядом с военными полигонами.
Самый мощный ядерный взрыв, осуществленный за всю историю ядерных испытаний, состоялся 30 октября 1961 года в Советском Союзе. Бомба, общим весом 26 тонн и мощностью 53 мегатонн, была сброшена в районе архипелага Новая Земля с борта стратегического бомбардировщика Ту-95. Это пример типичного высокого воздушного взрыва, так как подрыв заряда произошел на высоте 4 км.
Следует отметить, что подрыв ядерного боезаряда в воздухе отличается сильным воздействием светового излучения и проникающей радиацией. Вспышку ядерного взрыва хорошо видно за десятки и сотни километров от эпицентра. Помимо мощного светового излучения и сильной ударной волны, расходящейся вокруг на 3600, воздушный взрыв становится источником сильнейшего электромагнитного возмущения. Образуемый при воздушном ядерном взрыве электромагнитный импульс в радиусе 100-500 км. способен вывести из строя всю наземную электротехническую инфраструктуру и электронику.
Ярким примером низкого воздушного взрыва стала атомная бомбардировка в августе 1945 года японских городов Хиросимы и Нагасаки. Бомбы «Толстяк» и «Малыш» сработали на высоте полукилометра, тем самым накрыв ядерным взрывом практически всю территорию этих городов. Большинство жителей Хиросимы погибли в первые секунды после взрыва, в результате воздействия интенсивного светового, теплового и гамма-излучения. Ударная волна полностью разрушила городские постройки. В случае с бомбардировкой города Нагасаки эффект от взрыва был ослаблен особенностями рельефа. Холмистая местность позволила некоторым районам города избежать прямого действия световых лучей, снизила силу удара взрывной волны. Зато во время такого взрыва наблюдалось обширное радиоактивное заражение местности, повлекшее в дальнейшем тяжелые последствия для населения уничтоженного города.
Низкие и высокие воздушные взрывы — наиболее распространенное современное средство оружия массового уничтожения. Такие заряды применяются для уничтожения скопления войск и техники, городов и объектов наземной инфраструктуры.
Высотный ядерный взрыв отличается способом применения и характером действия. Подрыв ядерного боеприпаса осуществляется на высоте более 10 км, в стратосфере. При подобном взрыве высоко в небе наблюдается яркая солнцеобразная вспышка большого диаметра. Вместо облаков пыли и дыма, на месте взрыва вскоре образуется облако, состоящее из испарившихся под воздействием высоких температур молекул водорода, углекислого газа и азота.
В данном случае основным поражающими факторами являются ударная волна, световое излучение, проникающая радиация и ЭМИ ядерного взрыва. Чем выше высота подрыва заряда, тем меньше сила ударной волны. Радиация и световое излучение, наоборот, с ростом высоты только усиливаются. Ввиду отсутствия значительного перемещения воздушных масс на больших высотах, радиоактивное заражение территорий в данном случае практически сводится к нулю. Взрывы на больших высотах, сделанные в пределах ионосферы, нарушают распространение радиоволн в ультразвуковом диапазоне.
Такие взрывы, в основном направлены на уничтожение высоколетящих целей. Это могут быть разведывательные самолеты, крылатые ракеты, боеголовки стратегических ракет, искусственные спутники и другие космические средства нападения.
Наземный ядерный взрыв — это совершенно иное явление в военной тактике и стратегии. Здесь поражению подвергается непосредственно определенная область поверхности земли. Подрыв боезаряда может быть осуществлен над объектом или над водой. Первые испытания атомного оружия в США и в СССР происходили именно в таком виде.
Отличительная особенность этого вида ядерного взрыв — наличие ярко выраженного грибовидного облака, которое формируется за счет огромных объемов поднятых взрывом частиц грунта и породы. В самый первый момент на месте взрыва образуется светящаяся полусфера, нижним краем касающаяся поверхности земли. При контактном подрыве в эпицентре взрыва, где взорвался ядерный заряд, образуется воронка. Глубина и диаметр воронки зависит от мощности самого взрыва. При использовании небольших тактических боеприпасов диаметр воронки может достигать двух, трех десятков метров. При взрыве ядерной бомбы большой мощностью размеры кратера нередко достигают сотни метров.
Наличие мощного грязево-пылевого облака способствует тому, что основная масса радиоактивных продуктов взрыва обратно выпадает на поверхность, делая ее полностью зараженной. Более мелкие частицы пыли попадают в приземной слой атмосферы и вместе с воздушными массами разлетаются на обширные расстояния. Если на поверхности земли взорвать атомный заряд, радиоактивный след от произведенного наземного взрыва, может протянуться на сотни и тысячи километров. Во время аварии на Чернобыльской АЭС, радиоактивные частицы, попавшие в атмосферу, выпали вместе с осадками на территории Скандинавских стран, которые находятся в 1000 км от места катастрофы.
Наземные взрывы могут осуществляться для уничтожения и разрушения объектов большой прочности. Подобные взрывы могут быть использованы и в том случае, если преследуется цель создать обширную зону радиоактивного заражения местности. В данном случае действуют все пять поражающих факторов ядерного взрыва. Следом за термодинамическим ударом и световым излучением в дело вступает электромагнитный импульс. Довершает уничтожение объекта и живой силы в радиусе действия ударная волна и проникающая радиация. Напоследок остается радиоактивное заражение. В отличие от наземного способа подрыва, надводный ядерный взрыв поднимает в воздух огромные массы воды, как в жидком виде, так и в парообразном состоянии. Разрушительный эффект достигается за счет удара воздушной ударной волны и большим волнением, образующимся в результате взрыва. Поднятая в воздух вода препятствует распространению светового излучения и проникающей радиации. Ввиду того, что частицы воды намного тяжелее и являются естественным нейтрализатором активности элементов, интенсивность распространения радиоактивных частиц в воздушном пространстве незначительна.
Подземный взрыв ядерного боеприпаса осуществляется на определенной глубине. В отличие от наземных взрывов здесь отсутствует светящаяся область. Всю огромную силу удара берет на себя земная порода. Ударная волна расходится в толще земли, вызывая локальное землетрясение. Огромное давление, создаваемое в процессе взрыва, образует столб обрушения грунта, уходящий на большую глубину. В результате проседания породы на месте взрыва образуется воронка, размеры которой зависят от мощности заряда и глубины взрыва.
Такой взрыв не сопровождается грибовидным облаком. Столб пыли, поднявшийся в месте подрыва заряда, имеет высоту всего в несколько десятков метров. Ударная волна, преобразуемая в сейсмические волны, и местное поверхностное радиоактивное заражение являются главными поражающими факторами при проведении таких взрывов. Как правило, такой вид подрыва ядерного заряда имеет экономическое и прикладное значение. На сегодняшний день большинство ядерных испытаний осуществляется подземным способом. В 70-80 годы подобным образом решали народнохозяйственные задачи, используя колоссальную энергию ядерного взрыва для разрушения горных массивов и образования искусственных водоемов.
На карте ядерных полигонов в Семипалатинске (ныне Республика Казахстан) и в штате Невада (США) имеется огромное количество кратеров, следов проведения подземных ядерных испытаний.
Подводный подрыв ядерного заряда осуществляется на заданной глубине. В данном случае во время взрыва световая вспышка отсутствует. На поверхности воды в месте подрыва возникает водяной столб высотой 200-500 метров, который венчает облако брызг и пара. Образование ударной волны происходит сразу после взрыва, вызывая возмущения в толще воды. Основным поражающим фактором взрыва является ударная волна, трансформирующаяся в волны большой высоты. При взрыве зарядов большой мощности высота волн может достигать 100 и более метров. В дальнейшем на месте взрыва и на прилегающей территории наблюдается сильное радиоактивное заражение.
Способы защиты от поражающих факторов ядерного взрыва
В результате взрывной реакции ядерного заряда образуется огромное количество тепловой и световой энергии, способной не только разрушить и уничтожить неживые объекты, но убить все живое на значительной площади. В эпицентре взрыва и в непосредственной близости от него в результате интенсивного воздействия проникающей радиации, светового, теплового излучения и ударной волны погибает все живое, уничтожается военная техника, разрушаются здания и сооружения. С удалением от эпицентра взрыва и с течением времени сила поражающих факторов уменьшается, уступая место последнему губительному фактору — радиоактивному заражению.
Искать спасение тем, кто попал в эпицентр ядерного апокалипсиса, бесполезно. Здесь не спасет ни крепкое бомбоубежище, ни средства личной защиты. Травмы и ожоги, полученные человеком в таких ситуациях, несовместимы с жизнью. Разрушения объектов инфраструктуры носят тотальный характер и не подлежат восстановлению. В свою очередь тем, кто оказался на значительном расстоянии от места взрыва, можно рассчитывать на спасение, используя определенные навыки и специальные способы защиты.
Основной поражающий фактор при ядерном взрыве — это ударная волна. Образующаяся в эпицентре область высокого давления оказывает воздействие на воздушную массу, создавая ударную волну, которая распространяется во все стороны со сверхзвуковой скоростью.
Скорость распространения взрывной волны следующая:
- на ровной местности 1000 метров от эпицентра взрыва ударная волна преодолевает за 2 сек.;
- на расстоянии 2000 м. от эпицентра ударная волна вас настигнет через 5 секунд;
- находясь от взрыва на дистанции 3 км, ударную волну следует ожидать через 8 секунд.
После прохождения взрывной волны возникает область низкого давления. Стремясь заполнить разреженное пространство, воздух идет в обратном направлении. Создаваемый вакуумный эффект вызывает очередную волну разрушений. Увидев вспышку, до прихода взрывной волны можно попытаться найти укрытие, уменьшив последствия воздействия ударной волны.
Световое и тепловое излучение на большом расстоянии от эпицентра взрыва теряют свою силу, поэтому если человек сумел укрыться при виде вспышки, можно рассчитывать на спасение. Гораздо страшнее проникающая радиация, представляющая собой стремительный поток гамма лучей и нейтронов, которые распространяются со скоростью света из светящейся области взрыва. Самое мощное воздействие проникающей радиации происходит в первые секунды после взрыва. Находясь в убежище или в укрытии, высока вероятность избежать прямого попадания смертоносного гамма-излучения. Проникающая радиация наносит тяжелейшие поражения живым организмам, вызывая лучевую болезнь.
Если все предыдущие перечисленные поражающие факторы ядерного взрыва носят кратковременный характер, то радиоактивное заражение является самым коварным и опасным фактором. Его губительное действие на организм человека происходит постепенно, с течением времени. Величина остаточной радиации и интенсивность радиоактивного заражения зависит от мощности взрыва, условий местности и климатических факторов. Радиоактивные продукты взрыва, смешиваясь с пылью, мелкими фрагментами и осколками попадают в приземный воздушный слой, после чего вместе с осадками или самостоятельно выпадают на поверхность земли. Радиационный фон в зоне применения ядерного оружия в сотни раз превышает естественный радиационный фон, создавая угрозу всему живому. Находясь на территории, подвергнувшейся ядерному удару, следует избегать контакта с любыми предметами. Средства индивидуальной защиты и дозиметр позволят снизить вероятность радиоактивного заражения.
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:
Взрывного действия, основанное на использовании внутриядерной энергии, выделяющейся при цепных реакциях деления тяжелых ядер некоторых изотопов урана и плутония или при термоядерных реакциях синтеза изотопов водорода (дейтерия и трития) в более тяжелые, например ядра изогона гелия. При термоядерных реакциях выделяется энергии в 5 раз больше, чем при реакциях деления (при одной и той же массе ядер).
Ядерное оружие включает различные ядерные боеприпасы, средства доставки их к цели (носители) и средства управления.
В зависимости от способа получения ядерной энергии боеприпасы подразделяют на ядерные (на реакциях деления), термоядерные (на реакциях синтеза), комбинированные (в которых энергия получается по схеме «деление — синтез — деление»). Мощность ядерных боеприпасов измеряется тротиловым эквивалентом, т. с. массой взрывчатого вещества тротила, при взрыве которою выделяется такое количество энергии, как при взрыве данного ядерного босирипаса. Тротиловый эквивалент измеряется в тоннах, килотоннах (кт), мегатоннах (Мт).
На реакциях деления конструируются боеприпасы мощностью до 100 кт, на реакциях синтеза — от 100 до 1000 кт (1 Мт). Комбинированные боеприпасы могут быть мощностью более 1 Мт. По мощности ядерные боеприпасы делят на сверхмалые (до 1 кг), малые (1 -10 кт), средние (10-100 кт) и сверхкрупные (более 1 Мт).
В зависимости от целей применения ядерного оружия ядерные взрывы могут быть высотными (выше 10 км), воздушными (не выше 10 км), наземными (надводными), подземными (подводными).
Поражающие факторы ядерного взрыва
Основными поражающими факторами ядерного взрыва являются: ударная волна, световое излучение ядерного взрыва, проникающая радиация, радиоактивное заражение местности и электромагнитный импульс.
Ударная волна
Ударная волна (УВ) — область резко сжатого воздуха, распространяющаяся во все стороны от центра взрыва со сверхзвуковой скоростью.
Раскаленные пары и газы, стремясь расшириться, производят резкий удар по окружающим слоям воздуха, сжимают их до больших давлений и плотности и нагревают до высокой температуры (несколько десятков тысяч градусов). Этот слой сжатого воздуха представляет ударную волну. Передняя граница сжатого слоя воздуха называется фронтом ударной волны. За фронтом УВ следует область разряжения, где давление ниже атмосферного. Вблизи центра взрыва скорость распространения УВ в несколько раз превышает скорость звука. С увеличением расстояния от места взрыва скорость распространения волны быстро падает. На больших расстояниях ее скорость приближается к скорости распространения звука в воздухе.
Ударная волна боеприпаса средней мощности проходит: первый километр за 1,4 с; второй — за 4 с; пятый — за 12 с.
Поражающее воздействие УВ на людей, технику, здания и сооружения характеризуется: скоростным напором; избыточным давлением во фронте движения УВ и временем ее воздействия на объект (фаза сжатия).
Воздействие УВ на людей может быть непосредственным и косвенным. При непосредственном воздействии причиной травм является мгновенное повышение давления воздуха, что воспринимается как резкий удар, ведущий к переломам, повреждению внутренних органов, разрыву кровеносных сосудов. При косвенном воздействии люди поражаются летящими обломками зданий и сооружений, камнями, деревьями, битым стеклом и другими предметами. Косвенное воздействие достигает 80 % от всех поражений.
При избыточном давлении 20-40 кПа (0,2-0,4 кгс/см 2) незащищенные люди могут получить легкие поражения (легкие ушибы и контузии). Воздействие УВ с избыточным давлением 40-60 кПа приводит к поражениям средней тяжести: потеря сознания, повреждение органов слуха, сильные вывихи конечностей, поражения внутренних органов. Крайне тяжелые поражения, нередко со смертельным исходом, наблюдаются при избыточном давлении свыше 100 кПа.
Степень поражения ударной волной различных объектов зависит от мощности и вида взрыва, механической прочности (устойчивости объекта), а также от расстояния, на котором произошел взрыв, рельефа местности и положения объектов на местности.
Для защиты от воздействия УВ следует использовать: траншеи, щели и окопы, снижающие се действие в 1,5-2 раза; блиндажи — в 2-3 раза; убежища — в 3-5 раз; подвалы домов (зданий); рельеф местности (лес, овраги, лощины и т. д.).
Световое излучение
Световое излучение — это поток лучистой энергии, включающий ультрафиолетовые, видимые и инфракрасные лучи.
Его источник — светящаяся область, образуемая раскаленными продуктами взрыва и раскаленным воздухом. Световое излучение распространяется практически мгновенно и длится, в зависимости от мощности ядерного взрыва, до 20 с. Однако сила его такова, что, несмотря на кратковременность, оно способно вызывать ожоги кожи (кожных покровов), поражение (постоянное или временное) органов зрения людей и возгорание горючих материалов объектов. В момент образования светящейся области температура на ее поверхности достигает десятков тысяч градусов. Основным поражающим фактором светового излучения является световой импульс.
Световой импульс — количество энергии в калориях, падающей на единицу площади поверхности, перпендикулярной направлению излучения, за все время свечения.
Ослабление светового излучения возможно вследствие экранирования его атмосферной облачностью, неровностями местности, растительностью и местными предметами, снегопадом или дымом. Так, густой лее ослабляет световой импульс в А-9 раз, редкий — в 2-4 раза, а дымовые (аэрозольные) завесы — в 10 раз.
Для защиты населения от световою излучения необходимо использовать защитные сооружения, подвалы домов и зданий, защитные свойства местности. Любая преграда, способная создать тень, защищает от прямого действия светового излучения и исключает ожоги.
Проникающая радиация
Проникающая радиация — ноток гамма-лучей и нейтронов, излучаемых из зоны ядерного взрыва. Время ее действия составляет 10-15 с, дальность — 2-3 км от центра взрыва.
При обычных ядерных взрывах нейтроны составляют примерно 30 %, при взрыве нейтронных боеприпасов — 70-80 % от у-излучения.
Поражающее действие проникающей радиации основано на ионизации клеток (молекул) живого организма, приводящей к гибели. Нейтроны, кроме того, взаимодействуют с ядрами атомов некоторых материалов и могут вызвать в металлах и технике наведенную активность.
Основным параметром, характеризующим проникающую радиацию, является: для у-излучений — доза и мощность дозы излучения, а для нейтронов — поток и плотность потока.
Допустимые дозы облучения населения в военное время: однократная — в течение 4 суток 50 Р; многократная — в течение 10-30 суток 100 Р; в течение квартала — 200 Р; в течение года — 300 Р.
В результате прохождения излучений через материалы окружающей среды уменьшается интенсивность излучения. Ослабляющее действие принято характеризовать слоем половинного ослабления, т. с. такой толщиной материала, проходя через которую радиация уменьшается в 2 раза. Например, в 2 раза ослабляют интенсивность у-лучей: сталь толщиной 2,8 см, бетон — 10 см, грунт — 14 см, дерево — 30 см.
В качестве защиты от проникающей радиации используются защитные сооружения , которые ослабляют ее воздействие от 200 до 5000 раз. Слой фунта в 1,5 м защищает от проникающей радиации практически полностью.
Радиоактивное загрязнение (заражение)
Радиоактивное загрязнение воздуха, местности, акватории и расположенных на них объектов происходит в результате выпадения радиоактивных веществ (РВ) из облака ядерного взрыва.
При температуре примерно 1700 °С свечение светящейся области ядерного взрыва прекращается и она превращается в темное облако, к которому поднимается пылевой столб (поэтому облако имеет грибовидную форму). Это облако движется по направлению ветра, и из него выпадают РВ.
Источниками РВ в облаке являются продукты деления ядерного горючего (урана, плутония), непрореагировавшая часть ядерного горючего и радиоактивные изотопы, образующиеся в результате действия нейтронов на грунт (наведенная активность). Эти РВ, находясь на загрязненных объектах, распадаются, испуская ионизирующие излучения, которые фактически и являются поражающим фактором.
Параметрами радиоактивного загрязнения являются доза облучения (по воздействию на людей) и мощность дозы излучения — уровень радиации (по степени загрязнения местности и различных объектов). Эти параметры являются количественной характеристикой поражающих факторов: радиоактивного загрязнения при аварии с выбросом РВ, а также радиоактивною загрязнения и проникающей радиации при ядерном взрыве.
На местности, подвергшейся радиоактивному заражению при ядерном взрыве, образуются два участка: район взрыва и след облака.
По степени опасности зараженную местность по следу облака взрыва принято делить на четыре зоны (рис. 1):
Зона А — зона умеренного заражения. Характеризуется дозой излучения до полного распада радиоактивных веществ на внешней границе зоны 40 рад и на внутренней — 400 рад. Площадь зоны А составляет 70-80 % площади всего следа.
Зона Б — зона сильного заражения. Дозы излучения на границах равны соответственно 400 рад и 1200 рад. Площадь зоны Б — примерно 10 % площади радиоактивною следа.
Зона В — зона опасного заражения. Характеризуется дозами излучения на границах 1200 рад и 4000 рад.
Зона Г — зона чрезвычайно опасного заражения. Дозы на границах 4000 рад и 7000 рад.
Рис. 1. Схема радиоактивного загрязнения местности в районе ядерного взрыва и по следу движения облака
Уровни радиации на внешних границах этих зон через 1 час после взрыва составляет соответственно 8, 80, 240, 800 рад/ч.
Большая часть радиоактивных осадков, вызывающая радиоактивное заражение местности, выпадает из облака за 10-20 ч после ядерного взрыва.
Электромагнитный импульс
Электромагнитный импульс (ЭМИ) — это совокупность электрических и магнитных полей, возникающих в результате ионизации атомов среды под воздействием гамма-излучения. Продолжительность его действия составляет несколько миллисекунд.
Основными параметрами ЭМИ являются наводимые в проводах и кабельных линиях токи и напряжения, которые могут приводить к повреждению и выводу из строя радиоэлектронной аппаратуры, а иногда и к повреждению работающих с аппаратурой людей.
При наземном и воздушном взрывах поражающее действие электромагнитного импульса наблюдается на расстоянии нескольких километров от центра ядерного взрыва.
Наиболее эффективной защитой от электромагнитного импульса является экранирование линий энергоснабжения и управления, а также радио- и электроаппаратуры.
Обстановка, складывающаяся при применении ядерного оружия в очагах поражения.
Очаг ядерного поражения — это территория, в пределах которой в результате применения ядерного оружия произошли массовые поражения и гибель людей, сельскохозяйственных животных и растений, разрушения и повреждения зданий и сооружений, коммунально-энергетических и технологических сетей и линий, транспортных коммуникаций и других объектов.
Зоны очага ядерного взрыва
Для определения характера возможных разрушений, объема и условий проведения аварийно-спасательных и других неотложных работ очаг ядерного поражения условно делят на четыре зоны: полных, сильных, средних и слабых разрушений.
Зона полных разрушений имеет па границе избыточное давление на фронте ударной волны 50 кПа и характеризуется массовыми безвозвратными потерями среди незащищенного населения (до 100 %), полными разрушениями зданий и сооружений, разрушениями и повреждениями коммунально-энергетических и технологических сетей и линий, а также части убежищ гражданской обороны, образованием сплошных завалов в населенных пунктах. Лес полностью уничтожается.
Зона сильных разрушений с избыточным давлением на фронте ударной волны от 30 до 50 кПа характеризуется: массовыми безвозвратными потерями (до 90 %) среди незащищенного населения, полными и сильными разрушениями зданий и сооружений, повреждением коммунально- энергетических и технологических сетей и линий, образованием местных и сплошных завалов в населенных пунктах и лесах, сохранением убежищ и большинства противорадиационных укрытий подвального типа.
Зона средних разрушений с избыточным давлением от 20 до 30 кПа характеризуется безвозвратными потерями среди населения (до 20 %), средними и сильными разрушениями зданий и сооружений, образованием местных и очаговых завалов, сплошных пожаров, сохранением коммунально-энергетических сетей, убежищ и большинства противорадиационных укрытий.
Зона слабых разрушений с избыточным давлением от 10 до 20 кПа характеризуется слабыми и средними разрушениями зданий и сооружений.
Очаг поражения но количеству погибших и пораженных может быть соизмерим или превосходить очаг поражения при землетрясении. Так, при бомбежке (мощность бомбы до 20 кт) города Хиросима 6 августа 1945 г. его большая часть (60 %) была разрушена, а число погибших составило до 140 000 чел.
Персонал объектов экономики и население, попадающие в зоны радиоактивного заражения, подвергаются воздействию ионизирующих излучений, что вызывает лучевую болезнь. Тяжесть болезни зависит от полученной дозы излучения (облучения). Зависимость степени лучевой болезни от величины дозы излучения приведена в табл. 2.
Таблица 2. Зависимость степени лучевой болезни от величины дозы облучения
В условиях военных действий с применением ядерного оружия в зонах радиоактивного заражения могут оказаться обширные территории, а облучение людей — принять массовый характер. Для исключения переоблучения персонала объектов и населения в таких условиях и для повышения устойчивости функционирования объектов народного хозяйства в условиях радиоактивного заражения па военное время устанавливают допустимые дозы облучения. Они составляют:
- при однократном облучении (до 4 суток) — 50 рад;
- многократном облучении: а) до 30 суток — 100 рад; б) 90 суток — 200 рад;
- систематическом облучении (в течение года) 300 рад.
Вызванные применением ядерного оружия, наиболее сложные. Для их ликвидации необходимы несоизмеримо большие силы и средства, чем при ликвидации ЧС мирного времени.
Время: 0 с. Расстояние: 0 м (точно в эпицентре).
Инициация взрыва ядерного детонатора.
Время:
<
0,0000001 c. Расстояние: 0 м. Температура: до 100 млн.°C.
Начало и ход ядерных и термоядерных реакций в заряде. Ядерный детонатор своим взрывом создаёт условия для начала термоядерных реакций: зона термоядерного горения проходит ударной волной в веществе заряда со скоростью порядка 5000 км/с (10 6 —10 7 м/с). Около 90% выделяющихся при реакциях нейтронов поглощается веществом бомбы, оставшиеся 10% вылетают наружу.
Время:
<
10 −7 c. Расстояние: 0 м.
До 80% и более энергии реагирующего вещества трансформируется и выделяется в виде мягкого рентгеновского и жёсткого УФ-излучения с огромной энергией. Рентгеновское излучение формирует тепловую волну, которая нагревает бомбу, выходит наружу и начинает нагревать окружающий воздух.
Время: < 10 −7 c. Расстояние: 2 м. Температура: 30 млн.°C.
Окончание реакции, начало разлёта вещества бомбы. Бомба сразу исчезает из виду, и на её месте появляется яркая светящаяся сфера (огненный шар), маскирующая разлёт заряда. Скорость роста сферы на первых метрах близка к скорости света. Плотность вещества здесь за 0,01 с падает до 1% плотности окружающего воздуха; температура за 2,6 с падает до 7—8 тыс.°C, ~5 секунд удерживается и дальше снижается с подъёмом огненной сферы; давление через 2—3 с падает до несколько ниже атмосферного.
Время: 1,1×10 −7 c. Расстояние: 10 м. Температура: 6 млн.°C.
Расширение видимой сферы до ~10 м идёт за счёт свечения ионизованного воздуха под рентгеновским излучением ядерных реакций, а далее посредством радиационной диффузии самого нагретого воздуха. Энергия квантов излучения, покидающих термоядерный заряд, такова, что их свободный пробег до захвата частицами воздуха - порядка 10 м, и вначале сравним с размерами сферы; фотоны быстро обегают всю сферу, усредняя её температуру и со скоростью света вылетают из неё, ионизуя всё новые слои воздуха; отсюда одинаковая температура и околосветовая скорость роста. Далее, от захвата к захвату, фотоны теряют энергию, и длина их пробега сокращается, рост сферы замедляется.
Время: 1,4×10 −7 c. Расстояние: 16 м. Температура: 4 млн.°C.
В целом от 10−7 до 0,08 секунд идёт первая фаза свечения сферы с быстрым падением температуры и выходом ~1% энергии излучения, большей частью в виде УФ-лучей и ярчайшего светового излучения, способных повредить зрение у далёкого наблюдателя без образования ожогов кожи. Освещённость земной поверхности в эти мгновения на расстояниях до десятков километров может быть в сто и более раз больше солнечной.
Время: 1,7×10 −7 c. Расстояние: 21 м. Температура: 3 млн.°C.
Пары бомбы в виде клубов, плотных сгустков и струй плазмы, как поршень, сжимают впереди себя воздух и формируют ударную волну внутри сферы — внутренний скачок, отличающийся от обычной ударной волны неадиабатическими, почти изотермическими свойствами, и при тех же давлениях в несколько раз большей плотностью: сжимающийся скачком воздух сразу излучает большую часть энергии через пока прозрачный для излучений шар.
На первых десятках метров окружающие предметы перед налётом на них огневой сферы из-за слишком большой её скорости не успевают среагировать никак — даже практически не нагреваются, а, оказавшись внутри сферы под потоком излучения, испаряются мгновенно.
Время: 0,000001 c. Расстояние: 34 м. Температура: 2 млн.°C. Скорость 1000 км/с.
С ростом сферы и падением температуры энергия и плотность потока фотонов снижаются, и их пробега (порядка метра) уже не хватает для околосветовых скоростей расширения огневого фронта. Нагретый объём воздуха начал расширяться, и формируется поток его частиц от центра взрыва. Тепловая волна при неподвижном воздухе на границе сферы замедляется. Расширяющийся нагретый воздух внутри сферы наталкивается на неподвижный у её границы, и, начиная где-то с 36—37 м, появляется волна повышения плотности — будущая внешняя воздушная ударная волна; до этого волна не успевала появиться из-за огромной скорости роста световой сферы.
Время: 0,000001 c. Расстояние: 34 м. Температура: 2 млн.°C.
Внутренний скачок и пары бомбы находятся в слое 8—12 м от места взрыва, пик давления до 17000 МПа на расстоянии 10,5 м, плотность в ~4 раза больше плотности воздуха, скорость ~100 км/с. Область горячего воздуха: давление на границе 2500 МПа, внутри области до 5000 МПа, скорость частиц до 16 км/с. Вещество паров бомбы начинает отставать от внутреннего скачка по мере того, как всё больше воздуха в нём вовлекается в движение. Плотные сгустки и струи сохраняют скорость.
Время: 0,000034 c. Расстояние: 42 м. Температура: 1 млн.°C.
Условия в эпицентре взрыва первой советской водородной бомбы (400 кт на высоте 30 м), при котором образовалась воронка порядка 50 м диаметром и 8 м глубиной. В 15 м от эпицентра, или в 5—6 м от основания башни с зарядом, располагался железобетонный бункер со стенами толщиной 2 м для размещения научной аппаратуры сверху укрытый большой насыпью земли толщиной 8 м - разрушен.
Время: 0,0036 c. Расстояние: 60 м. Температура: 600 тыс.°C.
С этого момента характер ударной волны перестаёт зависеть от начальных условий ядерного взрыва и приближается к типовому для сильного взрыва в воздухе, т.е. такие параметры волны могли бы наблюдаться при взрыве большой массы обычной взрывчатки.
Внутренний скачок, пройдя всю изотермическую сферу, догоняет и сливается с внешним, повышая его плотность и образуя т.н. сильный скачок — единый фронт ударной волны. Плотность вещества в сфере падает до 1/3 атмосферной.
Время: 0,014 c. Расстояние: 110 м. Температура: 400 тыс.°C.
Аналогичная ударная волна в эпицентре взрыва первой советской атомной бомбы мощностью 22 кт на высоте 30 м сгенерировала сейсмический сдвиг, разрушивший имитацию тоннелей метро с различными типами крепления на глубинах 10, 20 и 30 м; животные в тоннелях на глубинах 10, 20 и 30 м погибли. На поверхности появилось малозаметное тарелкообразное углубление диаметром около 100 м. Сходные условия были в эпицентре взрыва «Тринити» (21 кт на высоте 30 м, образовалась воронка диаметром 80 м и глубиной 2 м).
Время: 0,004 c. Расстояние: 135 м. Температура: 300 тыс.°C.
Максимальная высота воздушного взрыва 1 Мт для образования заметной воронки в земле. Фронт ударной волны искривлён ударами сгустков паров бомбы.
Время: 0,007 c. Расстояние: 190 м. Температура: 200 тыс.°C.
На гладком и как бы блестящем фронте ударной волны образуются большие «волдыри» и яркие пятна (сфера как бы кипит). Плотность вещества в изотермической сфере диаметром ~150 м падает ниже 10% атмосферной.
Немассивные предметы испаряются за несколько метров до прихода огненной сферы («канатные трюки»); тело человека со стороны взрыва успеет обуглиться, а полностью испаряется уже с приходом ударной волны.
Время: 0,01 c. Расстояние: 214 м. Температура: 200 тыс.°C.
Аналогичная воздушная ударная волна первой советской атомной бомбы на расстоянии 60 м (52 м от эпицентра) разрушила оголовки стволов, ведущих в имитации тоннелей метро под эпицентром (см. выше). Каждый оголовок представлял собой мощный железобетонный каземат, укрытый небольшой грунтовой насыпью. Обломки оголовков обвалились в стволы, последние затем раздавлены сейсмической волной.
Время: 0,015 c. Расстояние: 250 м. Температура: 170 тыс.°C.
Ударная волна сильно разрушает скальные породы. Скорость ударной волны выше скорости звука в металле: теоретический предел прочности входной двери в убежище; танк расплющивается и сгорает.
Время: 0,028 c. Расстояние: 320 м. Температура: 110 тыс.°C.
Человек развеивается потоком плазмы (скорость ударной волны равна скорости звука в костях, тело разрушается в пыль и сразу сгорает). Полное разрушение самых прочных наземных построек.
Время: 0,073 c. Расстояние: 400 м. Температура: 80 тыс.°C.
Неровности на сфере пропадают. Плотность вещества падает в центре почти до 1%, а на краю изотермической сферы диамером ~320 м - до 2% атмосферной. На этом расстоянии в пределах 1,5 с нагрев до 30000°C и падение до 7000°C, ~5 с удержание на уровне ~6500°C и снижение температуры за 10—20 с по мере ухода огненного шара вверх.
Время: 0,079 c. Расстояние: 435 м. Температура: 110 тыс.°C.
Полное разрушение шоссейных дорог с асфальтовым и бетонным покрытием Температурный минимум излучения ударной волны, окончание первой фазы свечения. Убежище типа метро, облицованное чугунными тюбингами с монолитным железобетоном и заглублённое на 18 м, по расчёту, способно выдержать без разрушения взрыв (40 кт) на высоте 30 м на минимальном расстоянии 150 м (давление ударной волны порядка 5 МПа), испытано 38 кт РДС-2 на расстоянии 235 м (давление ~1,5 МПа), получило незначительные деформации, повреждения.
При температурах во фронте сжатия ниже 80 тыс.°C новые молекулы NO 2 больше не появляются, слой двуокиси азота постепенно исчезает и перестаёт экранировать внутреннее излучение. Ударная сфера постепенно становится прозрачной, и через неё, как через затемнённое стекло, некоторое время видны клубы паров бомбы и изотермическая сфера; в целом огненная сфера похожа на фейерверк. Затем, по мере увеличения прозрачности, интенсивность излучения возрастает, и детали как бы снова разгорающейся сферы становятся не видны.
Время: 0,1 c. Расстояние: 530 м. Температура: 70 тыс.°C.
Отрыв и уход вперёд фронта ударной волны от границы огненной сферы, скорость роста её заметно снижается. Наступает вторая фаза свечения, менее интенсивная, но на два порядка более длительная с выходом 99% энергии излучения взрыва, в основном в видимом и ИК-спектре. На первых сотнях метров человек не успевает увидеть взрыв и погибает без мучений (время зрительной реакции человека 0,1—0,3 с, время реакции на ожог 0,15—0,2 с).
Время: 0,15 c. Расстояние: 580 м. Температура: 65 тыс.°C. Радиация: ~100000 Гр.
От человека остаются обугленные осколки костей (скорость ударной волны - порядка скорости звука в мягких тканях: по телу проходит разрушающий клетки и ткани гидродинамический удар).
Время: 0,25 c. Расстояние: 630 м. Температура: 50 тыс.°C. Проникающая радиация: ~40000 Гр.
Человек превращается в обугленные обломки: ударная волна вызывает травматические ампутации, а подошедшая через долю секунды огненная сфера обугливает останки.
Полное разрушение танка. Полное разрушение подземных кабельных линий, водопроводов, газопроводов, канализации, смотровых колодцев. Разрушение подземных железобетонных труб диаметром 1,5 м с толщиной стенок 0,2 м. Разрушение арочной бетонной плотины ГЭС. Сильное разрушение долговременных железобетонных фортсооружений. Незначительные повреждения подземных сооружений метро.
Время: 0,4 c. Расстояние: 800 м. Температура: 40 тыс.°C.
Нагрев объектов до 3000°C. Проникающая радиация ~20000 Гр. Полное разрушение всех защитных сооружений гражданской обороны (убежищ), разрушение защитных устройств входов в метро. Разрушение гравитационной бетонной плотины ГЭС. ДОТы становятся небоеспособны на дистанции 250 м.
Время: 0,73 c. Расстояние: 1200 м. Температура: 17 тыс.°C. Радиация: ~5000 Гр.
При высоте взрыва 1200 м нагрев приземного воздуха в эпицентре перед приходом ударной волны до 900°C. Человек — стопроцентная гибель от действия ударной волны.
Разрушение убежищ, рассчитанных на 200 кПа (тип А-III, или класс 3). Полное разрушение железобетонных ДОТов сборного типа на дистанции 500 м по условиям наземного взрыва. Полное разрушение железнодорожных путей. Максимум яркости второй фазы свечения сферы, к этому времени она выделила ~20% световой энергии.
Время: 1,4 c. Расстояние: 1600 м. Температура: 12 тыс.°C.
Нагрев объектов до 200°C. Радиация - 500 Гр. Многочисленные ожоги 3—4 степени до 60-90% поверхности тела, тяжёлое лучевое поражение, сочетающиеся с другими травмами; летальность сразу или до 100% в первые сутки.
Танк отбрасывается на ~10 м и повреждается. Полное резрушение металлических и железобетонных мостов пролётом 30—50 м.
Время: 1,6 c. Расстояние: 1750 м. Температура: 10 тыс.°C. Радиация: ок. 70 Гр.
Экипаж танка погибает в течение 2-3 недель от крайне тяжёлой лучевой болезни.
Полное разрушение бетонных, железобетонных монолитных (малоэтажных) и сейсмостойких зданий 0,2 МПа, убежищ встроенных и отдельно стоящих, рассчитанных на 100 кПа (тип А-IV, или класс 4), убежищ в подвальных помещениях многоэтажных зданий.
Время: 1,9 c. Расстояние: 1900 м. Температура: 9 тыс.°C.
Опасные поражения человека ударной волной и отброс до 300 м с начальной скоростью до 400 км/ч; из них 100—150 м (0,3—0,5 пути) - свободный полёт, а остальное расстояние — многочисленные рикошеты о грунт. Радиация около 50 Гр — молниеносная форма лучевой болезни, 100% летальность в течение 6-9 суток.
Разрушение встроенных убежищ, рассчитанных на 50 кПа. Сильное разрушение сейсмостойких зданий. Давление 0,12 МПа и выше — вся городская застройка плотная и разряжённая превращается в сплошные завалы (отдельные завалы сливаются в один сплошной), высота завалов может составлять 3—4 м. Огненная сфера в это время достигает максимальных размеров (диаметром ~2 км), подминается снизу отражённой от земли ударной волной и начинает подъём; изотермическая сфера в ней схлопывается, образуя быстрый восходящий поток в эпицентре — будущую ножку гриба.
Время: 2,6 c. Расстояние: 2200 м. Температура: 7,5 тыс.°C.
Тяжёлые поражения человека ударной волной. Радиация ~10 Гр — крайне тяжёлая острая лучевая болезнь, по сочетании травм 100% летальность в пределах 1-2 недель. Безопасное нахождение в танке, в укреплённом подвале с усиленным железобетонным перекрытием и в большинстве убежищ ГО.
Разрушение грузовых автомобилей. 0,1 МПа — расчётное давление ударной волны для проектирования конструкций и защитных устройств подземных сооружений линий мелкого заложения метрополитена.
Время: 3,8 c. Расстояние: 2800 м. Температура: 7,5 тыс.°C.
Радиация 1 Гр — в мирных условиях и своевременном лечении неопасное лучевое поражение, но при сопутствующих катастрофе антисанитарии и тяжёлых физических и психологических нагрузках, отсутствии медицинской помощи, питания и нормального отдыха до половины пострадавщих погибают только от радиации и сопутствующих заболеваний, а по сумме повреждений (плюс травмы и ожоги) - гораздо больше.
Давление менее 0,1 МПа — городские районы с плотной застройкой превращаются в сплошные завалы. Полное разрушение подвалов без усиления конструкций 0,075 МПа. Среднее разрушение сейсмостойких зданий 0,08-0,12 МПа. Сильные повреждения железобетонных ДОТов сборного типа. Детонация пиротехнических средств.
Время: 6 c. Расстояние: 3600 м. Температура: 4,5 тыс.°C.
Средние поражения человека ударной волной. Радиация ~0,05 Гр — доза неопасна. Люди и предметы оставляют «тени» на асфальте.
Полное разрушение административных многоэтажных каркасных (офисных) зданий (0,05—0,06 МПа), укрытий простейшего типа; сильное и полное разрушение массивных промышленных сооружений. Практически вся городская застройка разрушена с образованием местных завалов (один дом — один завал). Полное разрушение легковых автомобилей, полное уничтожение леса. Электромагнитный импульс ~3 кВ/м поражает нечувствительные электроприборы. Разрушения аналогичны землетрясению силой 10 баллов.
Сфера перешла в огненный купол, как пузырь, всплывающий вверх, увлекая за собой столб из дыма и пыли с поверхности земли: растёт характерный взрывной гриб с начальной вертикальной скоростью до 500 км/час. Скорость ветра у поверхности к эпицентру ~100 км/ч.
Время: 10 c. Расстояние: 6400 м. Температура: 2 тыс.°C.
Окончание эффективного времени второй фазы свечения, выделилось ~80% суммарной энергии светового излучения. Оставшиеся 20% неопасно высвечиваются в течение порядка минуты с непрерывным понижением интенсивности, постепенно теряясь в клубах облака. Разрушение укрытий простейшего типа (0,035—0,05 МПа).
На первых километрах человек не услышит грохот взрыва из-за поражения слуха ударной волной. Отброс человека ударной волной на ~20 м с начальной скоростью ~30 км/ч.
Полное разрушение многоэтажных кирпичных домов, панельных домов, сильное разрушение складов, среднее разрушение каркасных административных зданий. Разрушения аналогичны землетрясению силой 8 баллов. Безопасно почти в любом подвале.
Свечение огненного купола перестаёт быть опасным, он превращается в огненное облако, с подъёмом растущее в объёме; раскалённые газы в облаке начинают вращаться в торообразном вихре; горячие продукты взрыва локализуются в верхней части облака. Поток запылённого воздуха в столбе движется в два раза быстрее скорости подъёма гриба, настигает облако, проходит насквозь, расходится и как бы наматывается на него, как на кольцеобразную катушку.
Время: 15 c. Расстояние: 7500 м.
Лёгкие поражения человека ударной волной. Ожоги третьей степени открытых частей тела.
Полное разрушение деревянных домов, сильное разрушение кирпичных многоэтажных домов 0,02—0,03 МПа, среднее разрушение кирпичных складов, многоэтажных железобетонных, панельных домов; слабое разрушение административных зданий 0,02—0,03 МПа, массивных промышленных сооружений. Воспламенение автомобилей. Разрушения аналогичны землетрясению силой 6 баллов, урагану 12 баллов со скоростью ветра до 39 м/с. Гриб вырос до 3 км над эпицентром взрыва (истинная высота гриба больше на высоту взрыва боеголовки, примерно на 1,5 км), у него появляется «юбочка» из конденсата паров воды в потоке тёплого воздуха, веером затягиваемого облаком в холодные верхние слои атмосферы.
Время: 35 c. Расстояние: 14 км.
Ожоги второй степени. Воспламеняется бумага, тёмный брезент. Зона сплошных пожаров; в районах плотной сгораемой застройки возможны огненный шторм, смерч (Хиросима, «Операция Гоморра»). Слабое разрушение панельных зданий. Вывод из строя авиатехники и ракет. Разрушения аналогичны землетрясению силой 4-5 баллов, шторму 9—11 балов со скоростью ветра 21—28,5 м/с. Гриб вырос до ~5 км, огненное облако светит всё слабее.
Время: 1 мин. Расстояние: 22 км.
Ожоги первой степени, в пляжной одежде возможна гибель.
Разрушение армированного остекления. Корчевание больших деревьев. Зона отдельных пожаров. Гриб поднялся до 7,5 км, облако перестаёт излучать свет и теперь имеет красноватый оттенок из-за содержащихся в нём окислов азота, чем будет резко выделяться среди других облаков.
Время: 1,5 мин. Расстояние: 35 км.
Максимальный радиус поражения незащищённой чувствительной электроаппаратуры электромагнитным импульсом. Разбиты почти все обычные и часть армированных стёкол в окнах— актуально морозной зимой плюс возможность порезов летящими осколками.
Гриб поднялся до 10 км, скорость подъёма ~220 км/ч. Выше тропопаузы облако развивается преимущественно в ширину.
Время: 4 мин. Расстояние: 85 км.
Вспышка похожа на большое и неестественно яркое Солнце у горизонта, может вызвать ожог сетчатки глаз, прилив тепла к лицу. Подошедшая через 4 минуты ударная волна ещё может сбить с ног человека и разбить отдельные стёкла в окнах.
Гриб поднялся свыше 16 км, скорость подъёма ~140 км/ч.
Время: 8 мин. Расстояние: 145 км.
Вспышка не видна за горизонтом, зато видно сильное зарево и огненное облако. Общая высота гриба - до 24 км, облако 9 км в высоту и 20—30 км в диаметре, своей широкой частью оно «опирается» на тропопаузу. Грибовидное облако выросло до макси-мальных размеров и наблюдается ещё порядка часа или более, пока не развеется ветрами и не перемешается с обычной облачностью. Из облака в течение 10—20 часов выпадают осадки с относительно крупными частицами, формируя ближний радиоактивный след.
Время: 5,5-13 часов. Расстояние: 300-500 км.
Дальняя граница зоны умеренного заражения (зона А). Уровень радиации на внешней границе зоны 0,08 Гр/ч; суммарная доза излучения 0,4—4 Гр.
Время: ~10 месяцев.
Эффективное время половинного оседания радиоактивных веществ для нижних слоёв тропической стратосферы (до 21 км); выпадение также идёт в основном в средних широтах в том же полушарии, где произведён взрыв.
===============
Мощность ядерного взрыва
1) его энергетическая характеристика, обычно выражаемая тротиловым эквивалентом. Обусловливается механическим и тепловым воздействием взрыва, а также энергией мгновенного нейтронного и гамма-излучения. Ядерные боеприпасы по мощности взрыва условно делятся на сверхмалые (до 1 тыс. т), малые (от 1 до 10 тыс.т), средние (от 10 до 100 тыс.т), крупные (от 100 тыс. до 1 млн. т) и сверхкрупные (от 1 млн. т и более);
2) количественная характеристика энергии взрыва ядерного боеприпаса, обычно выражаемая тротиловым эквивалентом. В мощность ядерного взрыва входит энергия, определяющая развитие механических и тепловых эффектов взрыва, и энергия мгновенного нейтронного и гамма-излучения. Энергия радиоактивного распада продуктов деления при этом не учитывается. Ядерный взрыв 1 кг урана-235 или плутония-239 при полном делении всех ядер эквивалентен по выделившейся энергии химическому взрыву 20000 т тротила.
EdwART. Словарь терминов МЧС , 2010
Смотреть что такое "Мощность ядерного взрыва" в других словарях:
Мощность ядерного взрыва - количественная характеристика энергии взрыва ядерного боеприпаса, обычно выражаемая тротиловым эквивалентом. В мощность ядерного взрыва входит энергия, определяющая развитие механических и тепловых эффектов взрыва, и энергия мгновенного… … Гражданская защита. Понятийно-терминологический словарь
Мощность ядерного боеприпаса - количественная характеристика энергии взрыва ядерного боеприпаса. Обычно выражается тротиловым эквивалентом (массой тротила, энергия взрыва которой равна энергии взрыва данного ядерного боеприпаса) в тоннах, кплотоннах и мегатоннах … Словарь военных терминов
У этого термина существуют и другие значения, см. Эпицентр (значения). Ядерное оружие … Википедия
В этой статье не хватает ссылок на источники информации. Информация должна быть проверяема, иначе она может быть поставлена под сомнение и удалена. Вы можете … Википедия
Сейсмический метод измерения мощности ядерного взрыва - Термин сейсмический метод измерения мощности означает метод, с помощью которого мощность испытания рассчитывается на основании измерений параметров упругих колебаний грунта, вызванных испытанием... Источник: ДОГОВОР МЕЖДУ СССР И СОЕДИНЕННЫМИ… … Официальная терминология
Характеристика разрушительного действия боеприпасов, в которых эффект поражения обеспечивается подрывом заряда взрывчатого вещества. Для морских боеприпасов определяется размерами пробоин, создаваемых в днище или борту корабля, в результате… … Морской словарь
Ядерное оружие … Википедия
Эту статью следует викифицировать. Пожалуйста, оформите её согласно правилам оформления статей. Ядерный ракетный двигатель на гомогенном растворе солей ядерного топлива (англ. … Википедия
Проверка характеристик ядерного боеприпаса (мощность, эффективность поражающих факторов) посредством ядерного взрыва. Попутно отрабатываются средства и способы защиты от ядерного оружия. Места нахождения основных полигонов для И.я.о.:… … Словарь черезвычайных ситуаций
Первое испытание ядерного оружия в Китае - 16 октября 1964 года Китай провел первое испытание ядерного оружия. Взрыв атомной бомбы был осуществлен на полигоне возле озера Лобнор, на северо западе страны, в Синцзянь Уйгурском автономном районе. В тот же день правительство Китая заявило,… … Энциклопедия ньюсмейкеров