3.2. Ядерные взрывы
3.2.1. Классификация ядерных взрывов
Ядерное оружие разработана в США во время Второй мировой войны в основном усилиями европейских ученых (Эйнштейн, Бор, Ферми и др.). Первое испытание этого оружия произошло в США на полигоне Аламогордо 16 июля 1945 г. (в это время в побежденной Германии проходила Потсдамская конференция). А только через 20 дней, 6 августа 1945 г., на японский город Хиросиму без всякой военной необходимости и целесообразности была сброшена атомная бомба колоссальной для того времени мощности - 20 килотонн. Через три дня, 9 августа 1945 г., атомной бомбардировке было подвергнуто второй японский город - Нагасаки. Последствия ядерных взрывов были ужасные. В Хиросиме с 255 тыс. жителей были убиты или ранены почти 130 тыс. человек. Из почти 200 тыс. жителей Нагасаки было поражено свыше 50 тыс. человек.
Потом ядерное оружие была изготовлена и испытывалась в СССР (1949), в Великобритании (1952), во Франции (1960), в Китае (1964). Сейчас в научно-техническом отношении к производству ядерного оружия готовы более 30 государств мира.
Теперь существуют ядерные заряды, которые используют реакцию деления урана-235 и плутония-239 и термоядерные заряды, в которых используется (во время взрыва) реакция синтеза. При захвате одного нейтрона ядро урана-235 делится на два осколка, выделяя гамма - кванты и еще два нейтроны (2,47 нейтрона для урана-235 и 2,91 нейтрона для плутония - 239). Если масса урана больше треть, то эти два нейтроны делят еще два ядра, выделяя уже четыре нейтроны. После разделения следующих четырех ядер выделяются восемь нейтронов и т.д. Происходит цепная реакция, которая приводит к ядерному взрыву.
Классификация ядерных взрывов:
По типу заряда:
- ядерные (атомные) - реакция деления;
- термоядерные - реакция синтеза;
- нейтронные - большой поток нейтронов;
- комбинированные.
По назначению:
Испытательные;
В мирных целях;
- в военных целях;
По мощности:
- сверхмалые (менее 1 тыс. т. тротила);
- малые (1 - 10 тыс. т.);
- средние (10-100 тыс. т);
- крупные (100 тыс. т. -1 Мт);
- сверхкрупные (свыше 1 Мт).
По виду взрыва:
- высотный (свыше 10 км);
- воздушный (световая облако не достигает поверхности Земли);
Наземный;
Надводный;
Подземный;
Подводный.
Поражающее факторы ядерного взрыва. Поражающими факторами ядерного взрыва являются:
- ударная волна (50 % энергии взрыва);
- световое излучение (35 % энергии взрыва);
- проникающая радиация (45 % энергии взрыва);
- радиоактивное заражение (10 % энергии взрыва);
- электромагнитный импульс (1% энергии взрыва);
Ударная волна (УХ) (50% энергии взрыва). УХ - это зона сильного сжатия воздуха, которая распространяется со сверхзвуковой скоростью во все стороны от центра взрыва. Источником ударной волны является высокое давление в центре взрыва, достигает 100 млрд. кПа. Продукты взрыва, а также очень нагретый воздух, расширяясь, сжимают окружающий слой воздуха. Этот сжатый слой воздуха и сжимает следующий слой. Таким образом давление передается от одного слоя к другому, создавая УХ. Передний рубеж сжатого воздуха называется фронтом УХ.
Основными параметрами УХ являются:
- избыточное давление;
- скоростной напор;
- время действия ударной волны.
Избыточное давление - это разность между максимальным давлением во фронте УХ и атмосферным давлением.
Г ф =Г ф.макс -Р 0
Измеряется в кПа или кгс/см 2 (1 агм = 1,033 кгс/см 2 = = 101,3 кПа; 1 атм = 100 кПа).
Значение избыточного давления в основном зависит от мощности и вида взрыва, а также от расстояния до центра взрыва.
Оно может достигать 100 кПа при взрывах мощностью 1 мт и более.
Избыточное давление быстро уменьшается с удалением от эпицентра взрыва.
Скоростной напор воздуха - это динамическая нагрузка, которое создает поток воздуха, обозначается Р, измеряется в кПа. Величина скоростного напора воздуха зависит от скорости и плотности воздуха за фронтом волны и тесно связана с значением максимального избыточного давления ударной волны. Скоростной напор заметно действует при избыточном давлении свыше 50 кПа.
Время действия ударной волны (избыточного давления) измеряется в секундах. Чем больше время действия, тем большее поражающее действие УХ. УХ ядерного взрыва средней мощности (10-100 кт) проходит 1000 м за 1,4 с, 2000 м-за 4 с; 5000 м. - за 12 с. УХ поражает людей и разрушает здания, сооружения, объекты и технику связи.
На незащищенных людей ударная волна воздействует непосредственно и опосредованно (косвенные поражения - это поражения, которые наносятся человеку обломками зданий, сооружений, осколками стекла и другими предметами, которые под действием скоростного напора воздуха перемещаются с большой скоростью). Травмы, которые возникают вследствие действия ударной волны, подразделяют на:
- легкие, характерные для РФ=20 - 40 кПа;
- /span> средние, характерные для РФ=40 - 60 кПа:
- тяжелые, характерные для РФ=60 - 100 кПа;
- очень тяжелые, характерные для РФ выше 100 кПа.
При взрыве мощностью в 1 Мт незащищенные люди могут получить легкие травмы, находясь от эпицентра взрыва за 4,5 - 7 км, тяжелые - по 2 - 4 км.
Для защиты от УХ используются специальные хранилища, а также подвалы, подземные выработки, шахты, естественные укрытия, складки местности и др.
Объем и характер разрушения зданий и сооружений зависит от мощности и вида взрыва, расстояния от эпицентра взрыва, прочности и размеров зданий и сооружений. Из наземных зданий и сооружений наиболее стойкими являются монолитные железобетонные сооружения, дома с металлическим каркасом и здания антисейсмической конструкции. При ядерном взрыве мощностью 5 Мт железобетонные конструкции разрушатся в радиусе 6,5 км., кирпичные дома - до 7,8 км., деревянные будут полностью разрушены в радиусе 18 км.
УХ имеет свойство проникать в помещения через оконные и дверные проемы, вызывая разрушение перегородок и аппаратуры. Технологическое оборудование устойчивее и разрушается главным образом в результате обрушения стен и перекрытия домов, в которых оно смонтировано.
Световое излучение (35 % энергии взрыва). Световое излучение (СВ) является электромагнитным излучением в ультрафиолетовой, видимой и инфракрасной областях спектра. Источником СВ является светящаяся область, которая распространяется со скоростью света (300 000 км/с). Время существования светящейся области зависит от мощности взрыва и составляет для зарядов различных калибров: надмалого калибра - десятые части секунды, среднего - 2 - 5 с, сверхбольшого - несколько десятков секунд. Размер светящейся области для надмалого калибра - 50-300 м, среднего 50 - 1000 м, сверхбольшого - несколько километров.
Основным параметром, характеризующим СВ, является световой импульс. Измеряется в калориях на 1 см 2 поверхности, расположенной перпендикулярно направлению прямого излучения, а также в кілоджоулях на м 2:
1 кал/см 2 = 42 кДж/м 2 .
В зависимости от величины воспринятого светового импульса и глубины поражения кожного покрова у человека возникают ожоги трех степеней:
- ожоги i степени характеризуются покраснением кожи, припухлостью, болезненностью, вызываются световым импульсом 100-200 кДж/м 2 ;
- ожоги II степени (волдыри) возникают при световом импульсе 200...400 кДж/м 2 ;
- ожоги III степени (язвы, омертвения кожи) появляются при величине светового импульса 400-500 кДж/м 2 .
Большая величина импульса (более 600 кДж/м 2) вызывает обугливание кожи.
Во время ядерного взрыва 20 кт опеки И степени будут наблюдаться в радиусе 4,0 км., 11 степени - в пределах 2,8 кт, III степени - в радиусе 1,8 км.
При мощности взрыва 1 Мт эти расстояния увеличиваются до 26,8 км., 18,6 км., и 14,8 км. соответственно.
СВ распространяется прямолинейно и не проходит сквозь непрозрачные материалы. Поэтому любая преграда (стена, лес, броня, густой туман, холмы и т.п.) способна образовать зону тени, защищает от светового излучения.
Сильнейшим эффектом СВ являются пожары. На размер пожаров влияют такие факторы, как характер и состояние застройки.
При плотности застройки свыше 20% очаги пожара могут слиться в одну сплошную пожар.
Потери от пожара Второй мировой войне составили 80%. При известном бомбардировке Гамбурга одновременно підпалювалося 16 тыс. домов. Температура в районе пожаров достигала 800°С.
СВ значительно усиливает действие УХ.
Проникающая радиация (45% энергии взрыва) вызывается излучением и потоком нейтронов, которые распространяются на несколько километров вокруг ядерного взрыва, ионизируя атомы этой среды. Степень ионизации зависит от дозы излучения, единицей измерения которой служит рентген (в 1 см сухого воздуха при температуре и давлении 760 мм рт. ст. образуется около двух миллиардов пар ионов). Ионизирующая способность нейтронов оценивается в экологических эквивалентах рентгена (Бэр - доза нейтронов, влияние которых равна влиятельные рентгена излучение).
Влияние проникающей радиации на людей вызывает у них лучевую болезнь. Лучевая болезнь i степени (общая слабость, тошнота, головокружение, спітнілість) развивается в основном при дозе 100 - 200 рад.
Лучевая болезнь II степени (рвота, резкая головная боль) возникает при дозе 250-400 советов.
Лучевая болезнь III степени (50% умирает) развивается при дозе 400 - 600 рад.
Лучевая болезнь IV степени (в основном наступает смерть) возникает при облучении свыше 600 советов.
При ядерных взрывах малой мощности влияние проникающей радиации значительнее, чем УХ и светового облучения. С увеличением мощности взрыва относительная доля поражений проникающей радиации уменьшается, поскольку возрастает число травм и ожогов. Радиус поражения проникающей радиацией ограничивается 4 - 5 км. независимо от увеличения мощности взрыва.
Проникающая радиация существенно влияет на эффективность работы радиоэлектронной аппаратуры и систем связи. Импульсное излучение, поток нейтронов нарушают функционирование многих электронных систем, особенно тех, что работают в импульсном режиме, вызывая перерыва в электроснабжении, замыкания в трансформаторах, повышение напряжения, искажения формы и величины электрических сигналов.
При этом излучение вызывает временные перерывы в работе аппаратуры, а поток нейтронов - необратимые изменения.
Для диодов при плотности потока 1011 (германиевые) и 1012 (кремниевые) нейтронов/эм 2 изменяются характеристики прямого и обратного токов.
В транзисторах уменьшается коэффициент усиления тока и увеличивается обратный ток коллектора. Кремниевые транзисторы более устойчивы и сохраняют свои укрепляющие свойства при потоках нейтронов свыше 1014 нейтронов/см 2 .
Электровакуумные приборы устойчивы и сохраняют свои свойства до плотности потока 571015 - 571016 нейтронов/ см 2 .
Резисторы и конденсаторы стойкие к плотности 1018 нейтронов/см 2 . Потом у резисторов изменяется проводимость, у конденсаторов увеличиваются утечки и потери, особенно для електролічильних конденсаторов.
Радиоактивное заражение (до 10% энергии ядерного взрыва) возникает через наведенную радиацию, выпадение на землю осколков деления ядерного заряда и части остаточного урана-235 или плутония-239.
Радиоактивное заражение местности характеризуется уровнем радиации, который измеряется в рентгенах в час.
Выпадение радиоактивных веществ продолжается при движении радиоактивного облака под воздействием ветра, вследствие чего на поверхности земли образуется радиоактивный след в виде полосы зараженной местности. Длина следа может достигать нескольких десятков километров и даже сотен километров, а ширина - десятков километров.
В зависимости от степени заражения и возможных последствий облучения выделяют 4 зоны: умеренного, сильного, опасного и чрезвычайно опасного заражения.
Для удобства решения проблемы оценки радиационной обстановки границы зон принято характеризовать уровнями радиации на 1 час после взрыва (Р а) и 10 ч после взрыва, Р 10 . Также устанавливают значения доз гамма-излучения Д, которые получают за время от 1 часа после взрыва до полного распада радиоактивных веществ.
Зона умеренного заражения (зона А) - Д = 40,0-400 рад. Уровень радиации на внешней границе зоны Г в = 8 Р/ч., Р 10 = 0,5 Р/ч. В зоне А работы на объектах, как правило, не останавливаются. На открытой местности, расположенной в середине зоны или у ее внутренней границы, работы прекращаются на несколько часов.
Зона сильного заражения (зона Б) - Д = 4000-1200 советов. Уровень радиации на внешней границе Г в = 80 Р/ч., Р 10 = 5 Р/ч. Работы останавливаются на 1 сутки. Люди прячутся в убежищах или эвакуируются.
Зона опасного заражения (зона В) - Д = 1200 - 4000 рад. Уровень радиации на внешней границе Г в = 240 Р/ч., Р 10 = 15 Р/ч. В этой зоне работы на объектах останавливаются от 1 до 3-4 суток. Люди эвакуируются или укрываются в защитных сооружениях.
Зона чрезвычайно опасного заражения (зона Г) на внешней границе Д = 4000 рад. Уровни радиации Г в = 800 Р/ч., Р 10 = 50 Р/ч. Работы останавливаются на несколько суток и возобновляются после спада уровня радиации до безопасного значения.
Для примера на рис. 23 показаны размеры зон А, Б, В, Г, которые образуются во время взрыва мощностью 500 кт и скорости ветра 50 км/ч.
Характерной особенностью радиоактивного заражения при ядерных взрывах являются сравнительно быстрый спад уровней радиации.
Большое влияние на характер заражения производит высота взрыва. При высотных взрывах радиоактивное облако поднимается на значительную высоту, сносится ветром и рассеивается на большом пространстве.
Таблица
Зависимость уровня радиации от времени после взрыва
| Время после взрыва, ч. | ||||||||||||||||||||||||||||
| Уровень радиации, % | 43,5 | 27,0 | 19,0 | 14,5 | 11,6 | 7,15 | 5,05 | 0,96 |
||||||||||||||||||||
Пребывания людей на зараженной местности вызывает их облучения радиоактивными веществами. Кроме того, радиоактивные частицы могут попадать внутрь организма, оседать на открытых участках тела, проникать в кровь через раны, царапины, вызывая тот или иной степень лучевой болезни.
Для условий военного времени безопасной дозой общего однократного облучения считаются следующие дозы: в течение 4 суток - не более чем 50 советов, 10 суток - не более 100 советов, 3 месяца - 200 советов, за год - не более 300 рад.
Для работы на зараженной местности используются средства индивидуальной защиты, при выходе из зараженной зоны проводится дезактивация, а люди подлежат санитарной обработке.
Для защиты людей используются убежища и укрытия. Каждая постройка оценивается коэффициентом ослабления К услу, под которым понимают число, указывающее, во сколько раз доза облучения в хранилище меньше дозы облучения на открытой местности. Для каменных домов К посуду - 10, автомобиля - 2, танк - 10, подвалов - 40, для специально оборудованных хранилищ он может быть еще большим (до 500).
Электромагнитный импульс (EMI) (1 % энергии взрыва) представляет собой кратковременный всплеск напряжения электрического и магнитного полей и токов вследствие движения электронов от центра взрыва, возникающие вследствие ионизации воздуха. Амплитуда EMI очень быстро уменьшается по экспоненте. Длительность импульса равна сотой части микросекунды (рис. 25). За первым импульсом вследствие взаимодействия электронов с магнитным полем Земли возникает второй, более длительный импульс.
Диапазон частот ЭМИ - до 100 м Гц, но в основном его энергия распределена возле средне-частотного диапазона 10-15 кГц. Поражающее действие EMI - несколько километров от центра взрыва. Так, при наземном взрыве мощностью 1 Мт вертикальная составляющая электрического поля EMI на расстоянии 2 км. от центра взрыва - 13 кВ/м, на 3 км - 6 кВ/м, 4 км - 3 кВ/м.
EMI непосредственно на тело человека не влияет.
При оценке воздействия на электронную аппаратуру EMI нужно учитывать и одновременное воздействие EMI - излучения. Под воздействием излучения увеличивается проводимость транзисторов, микросхем, а под влиянием EMI происходит их пробивания. EMI является чрезвычайно эффективным средством для повреждения электронной аппаратуры. В программе СОИ предусмотрено проведение специальных взрывов, при которых создается EMI, достаточный для уничтожения электроники.
Все создатели ядерного оружия искренне полагали, что они делают благое дело, спасая мир от «коричневой чумы», «коммунистической заразы» и «империалистической экспансии». Для стран, стремившихся к обладанию энергией атома, это было архиважной задачей — бомба выступала символом и гарантом их национальной безопасности и спокойного будущего. Самое смертоносное из всех изобретенных человеком орудий убийства в глазах создателей было и самым мощным гарантом мира на Земле.
В основе деления и синтеза
Десятилетия, прошедшие после печальных событий начала августа 1945 года - взрывов американских атомных бомб над японскими городами Хиросима и Нагасаки, - подтвердили правоту ученых, давших в руки политиков небывалое оружие нападения и возмездия. Двух боевых применений вполне хватило для того, чтобы мы смогли прожить 60 лет, обходясь в военных действиях без применения ядерного оружия. И очень хочется надеяться на то, что данный вид оружия так и останется главным сдерживающим фактором новой мировой войны и никогда не будет применен по боевому назначению.
Ядерное оружие определяют как «оружие массового поражения взрывного действия, основанное на использовании энергии, выделяющейся при ядерных реакциях деления или синтеза». Соответственно ядерные заряды разделяют на ядерные и термоядерные. Пути освобождения энергии атомного ядра с помощью деления или синтеза были понятны физикам уже к концу 1930-х годов. Первый путь предполагал цепную реакцию деления ядер тяжелых элементов, второй - слияние ядер легких элементов с образованием более тяжелого ядра. Мощность ядерного заряда обычно выражают через «тротиловый эквивалент», то есть количество обычного взрывчатого вещества тротила, которое нужно взорвать, чтобы высвободилась такая же энергия. Одна ядерная бомба может быть эквивалентна по такой шкале миллиону тонн тротила, однако последствия от ее взрыва могут оказаться гораздо хуже, чем от взрыва миллиарда тонн обычной взрывчатки.
Последствия обогащения
Для получения ядерной энергии путем деления особый интерес представляют ядра изотопов урана с атомным весом 233 и 235 (233 U и 235 U) и плутония - 239 (239 Pu), делящиеся под воздействием нейтронов. Связь частиц во всех ядрах обусловлена сильным взаимодействием, особо эффективным на малых расстояниях. В крупных ядрах тяжелых элементов эта связь слабее, поскольку электростатические силы отталкивания между протонами как бы «разрыхляют» ядро. Распад ядра тяжелого элемента под действием нейтрона на два быстро летящих осколка сопровождается высвобождением большого количества энергии, испусканием гамма-квантов и нейтронов - в среднем 2,46 нейтрона на одно распавшееся урановое ядро и 3,0 - на одно плутониевое. Благодаря тому что при распаде ядер число нейтронов резко возрастает, реакция деления может мгновенно охватить все ядерное горючее. Так происходит при достижении «критической массы», когда начинается цепная реакция деления, приводящая к атомному взрыву.
1 - корпус
2 - взрывной механизм
3 - обычное взрывчатое вещество
4 - электродетонатор
5 - нейтронный отражатель
6 - ядерное горючее (235U)
7 - источник нейтронов
8 - процесс обжатия ядерного горючего направленным внутрь взрывом
В зависимости от способа получения критической массы различают атомные боеприпасы пушечного и имплозивного типа. В простом боеприпасе пушечного типа две массы 235 U, каждая из которых меньше критической, соединяются с помощью заряда обычного взрывчатого вещества (ВВ) путем выстрела из своеобразной внутренней пушки. Ядерное горючее можно разделить и на большее число частей, которые будут соединяться взрывом окружающего их ВВ. Такая схема сложнее, но позволяет достигать больших мощностей заряда.
В боеприпасе имплозивного типа уран 235 U или плутоний 239 Pu обжимается взрывом расположенного вокруг них обычного взрывчатого вещества. Под действием взрывной волны плотность урана или плутония резко повышается и «надкритическая масса» достигается при меньшем количестве делящегося материала. Для более эффективного протекания цепной реакции горючее в боеприпасах обоих типов окружают нейтронным отражателем, например на основе бериллия, а для инициирования реакции в центре заряда располагают источник нейтронов.
Изотопа 235 U, необходимого для создания ядерного заряда, в природном уране содержится всего 0,7%, остальное - стабильный изотоп 238 U. Для получения достаточного количества разделяющегося материала производят обогащение природного урана, и это было одной из самых сложных в техническом плане задач при создании атомной бомбы. Плутоний получают искусственно - он накапливается в промышленных ядерных реакторах, за счет превращения 238 U в 239 Pu под действием потока нейтронов.
Клуб взаимного устрашения
Взрыв советской ядерной бомбы 29 августа 1949 года сообщил всем об окончании американской ядерной монополии. Но ядерная гонка только разворачивалась, к ней очень скоро присоединились новые участники.
3 октября 1952 года взрывом собственного заряда заявила о вступлении в «ядерный клуб» Великобритания, 13 февраля 1960 года - Франция, а 16 октября 1964 года - Китай.
Политическое воздействие ядерного оружия как средства взаимного шантажа хорошо известно. Угроза быстрого нанесения противнику мощного ответного ядерного удара была и остается главным сдерживающим фактором, вынуждающим агрессора искать другие пути ведения военных действий. Это проявилось и в специфическом характере третьей мировой войны, осторожно именовавшейся «холодной».
Официальная «ядерная стратегия» хорошо отражала и оценку общей военной мощи. Так, если вполне уверенное в своей силе государство СССР в 1982 году объявило о «неприменении ядерного оружия первым», то ельцинская Россия вынуждена была объявить о возможности применения ядерного оружия даже против «неядерного» противника. «Ракетно-ядерный щит» и сегодня остался главной гарантией от внешней опасности и одной из основных опор самостоятельной политики. США в 2003 году, когда агрессия против Ирака была уже решенным делом, от болтовни о «несмертельном» оружии перешли к угрозе «возможного использования тактического ядерного оружия». Другой пример. Уже в первые годы XXI века «ядерный клуб» пополнили Индия и Пакистан. И почти сразу последовало резкое обострение противостояния на их границе.
Эксперты МАГАТЭ и пресса давно утверждают, что Израиль «в состоянии» произвести несколько десятков ядерных боеприпасов. Израильтяне же предпочитают загадочно улыбаться - сама возможность наличия ядерного оружия остается мощным средством давления даже в региональных конфликтах.
Согласно имплозивной схеме
При достаточном сближении ядер легких элементов между ними начинают действовать ядерные силы притяжения, что делает возможным синтез ядер более тяжелых элементов, который, как известно, продуктивнее распада. Полный синтез в 1 кг смеси, оптимальной для термоядерной реакции, дает энергии в 3,7-4,2 раза больше, чем полный распад 1кг урана 235 U. К тому же для термоядерного заряда не существует понятия критической массы, а именно это ограничивает возможную мощность ядерного заряда несколькими сотнями килотонн. Синтез позволяет достичь уровня мощности в мегатонны тротилового эквивалента. Но для этого ядра надо сблизить на такое расстояние, при котором проявятся сильные взаимодействия - 10 -15 м. Сближению препятствует электростатическое отталкивание между положительно заряженными ядрами. Чтобы преодолеть этот барьер, надо разогреть вещество до температуры в десятки миллионов градусов (откуда и название «термоядерная реакция»). При достижении сверхвысоких температур и состояния плотной ионизированной плазмы вероятность начала реакции синтеза резко повышается. Наибольшие шансы имеют ядра тяжелого (дейтерий, D) и сверхтяжелого (тритий, T) изотопов водорода, поэтому первые термоядерные заряды и именовали «водородными». При синтезе они образуют изотоп гелия 4 Нe. Дело остается за малым - достичь таких высоких температур и давления, какие бывают внутри звезд. Термоядерные боеприпасы делят на двухфазные (делениесинтез) и трехфазные (делениесинтез-деление). Однофазным делением считается ядерный или «атомный» заряд. Первая схема двухфазного заряда была найдена в начале 1950-х Я.Б. Зельдовичем, А.Д. Сахаровым и Ю.А. Трутневым в СССР и Э. Теллером и С. Уламом в США. В основе лежала идея «радиационной имплозии» - метода, при котором нагрев и обжатие термоядерного заряда происходят за счет испарения окружающей его оболочки. В процессе получался целый каскад взрывов - обычная взрывчатка запускала атомную бомбу, а атомная бомба поджигала термоядерную. В качестве термоядерного топлива тогда использовали дейтерид лития-6 (6 LiD). При ядерном взрыве изотоп 6 Li активно захватывал нейтроны деления, распадаясь на гелий и тритий, образуя необходимую для реакции синтеза смесь дейтерия и трития.
22 ноября 1955 года была взорвана первая советская термоядерная бомба проектной мощностью около 3 Мт (за счет замены части 6 LiD на пассивный материал мощность снизили до 1,6 Мт). Это было более совершенное оружие, нежели громоздкое стационарное устройство, взорванное американцами тремя годами ранее. А 23 февраля 1958 года уже на Новой Земле испытали следующий, более мощный заряд конструкции Ю.А. Трутнева и Ю.Н. Бабаева, ставший основой для дальнейшего развития отечественных термоядерных зарядов.
В трехфазной схеме термоядерный заряд окружен еще и оболочкой из 238 U. Под воздействием нейтронов высоких энергий, образующихся при термоядерном взрыве, происходит деление ядер 238 U, которое вносит дополнительный вклад в энергию взрыва.
Детонацию ядерных боеприпасов обеспечивают сложные многоступенчатые системы, включающие блокировочные устройства, исполнительные, вспомогательные, дублирующие узлы. Свидетельством их надежности и прочности корпусов боеприпасов может служить то, что ни одна из многих аварий с ядерным оружием, случившихся за 60 лет, не вызвала взрыва или радиоактивной утечки. Бомбы горели, попадали в авто- и железнодорожные катастрофы, отрывались от самолетов и падали на землю и в море, но ни одна при этом не взорвалась самопроизвольно.
Термоядерные реакции превращают в энергию взрыва всего 1-2% массы реагирующего вещества, и это далеко не предел с точки зрения современной физики. Значительно более высоких мощностей можно достичь, используя реакцию аннигиляции (взаимоуничтожение вещества и антивещества). Но пока реализация таких процессов в «макромасштабах» - область теории.
Поражающее действие воздушного ядерного взрыва мощностью 20 кт. Для наглядности поражающие факторы ядерного взрыва «разложены» по отдельным «линейкам». Принято различать зоны умеренного (зона А, доза радиации, полученная за время полного распада, от 40 до 400 р), сильного (зона Б, 400-1 200 р), опасного (зона В, 1 200–4 000 р), особо опасного (зона Г, чрезвычайная, 4 000–10 000 р) заражения
Мертвые пустыни
Поражающие факторы ядерного оружия, возможные способы их усиления, с одной стороны, и защиты от них - с другой проверялись в ходе многочисленных испытаний, в том числе - с участием войск. В Советской Армии провели два войсковых учения с реальным применением ядерного оружия - 14 сентября 1954 года на Тоцком полигоне (Оренбургская область) и 10 сентября 1956 года на Семипалатинском. Об этом в отечественной прессе в последние годы вышло много публикаций, в которых почему-то упустили тот факт, что в США провели восемь аналогичных войсковых учений. Одно из них - «Дезерт Рок-IV» - прошло примерно в то же время, что и Тоцкое, в Юкка-Флэт (штат Невада).
1 - инициирующий ядерный заряд (с разделенным на части ядерным горючим)
2 - термоядерное горючее (смесь D и T)
3 - ядерное горючее (238U)
4 - инициирующий ядерный заряд после подрыва шашек обычного ВВ
5 - источник нейтронов. Излучение, вызванное срабатыванием ядерного заряда, порождает радиационную имплозию (испарение) оболочки из 238U, сжимающую и поджигающую термоядерное топливо
Реактивная катапульта
Всякое оружие должно содержать способ доставки боеприпаса к цели. Для ядерных и термоядерных зарядов таких способов придумано немало к разным видам вооруженных сил и родам войск. Ядерное оружие принято разделять на «стратегическое» и «тактическое». «Стратегические наступательные вооружения» (СНВ) предназначены прежде всего для поражения на территории противника целей, наиболее важных для его экономики и вооруженных сил. Основными элементами СНВ являются межконтинентальные баллистические ракеты наземного базирования (МБР), баллистические ракеты подводных лодок (БРПЛ) и стратегические бомбардировщики. В США такое сочетание получило название «ядерной триады». В СССР основная роль отводилась Ракетным войскам стратегического назначения, чья группировка стратегических МБР служила для противника главным сдерживающим фактором. На ракетные подводные крейсера, считавшиеся менее уязвимыми при ядерном нападении противника, возлагалось нанесение ответного удара. Бомбардировщики предназначались для продолжения войны после обмена ядерными ударами. Тактическое оружие - оружие поля боя.
Диапазон мощности
По мощности ядерных боеприпасов их делят на сверхмалые (до 1 кт), малые (от 1 до 10 кт), средние (от 10 до 100 кт), крупные (от 100 кт до 1 Мт), сверхкрупные (свыше 1 Мт). То есть Хиросима и Нагасаки оказываются в нижней части шкалы «средних» боеприпасов.
В СССР на полигоне Новая Земля 30 октября 1961 года взорвали самый мощный термоядерный заряд (основные разработчики - В.Б. Адамский, Ю.Н. Бабаев, А.Д. Сахаров, Ю.Н. Смирнов и Ю.А. Трутнев). Проектная мощность «супербомбы» массой около 26 т достигала 100 Мт, но для испытаний ее «уполовинили» до 50 Мт, а подрыв на высоте 4 000 м и ряд дополнительных мер исключили опасное радиоактивное загрязнение местности. А.Д. Сахаров предлагал морякам изготовить гигантскую торпеду со стомегатонным зарядом для удара по портам и прибрежным городам противника. По его же воспоминаниям: «контр-адмирал П.Ф. Фокин… был шокирован «людоедским характером» проекта и заметил в разговоре со мной, что военные моряки привыкли бороться с вооруженным противником в открытом бою и что для него отвратительна сама мысль о таком массовом убийстве» (цитируется по А.Б. Колдобскому «Стратегический подводный флот СССР и России, прошлое, настоящее, будущее»). Видный конструктор ядерного оружия Л.П. Феоктистов высказывается об этой идее: «В наших кругах она была широко известна и вызывала и иронию своей несбыточностью, и полное неприятие ввиду кощунственной, глубоко антигуманной сущности».
Американцы свой самый мощный взрыв в 15 Мт произвели 1 марта 1954 года у атолла Бикини в Тихом океане. И снова не без последствий для японцев - радиоактивные осадки накрыли находившийся более чем в 200 км от Бикини японский траулер «Фукурю-мару». 23 рыбака получили высокую дозу радиации, один скончался от лучевой болезни.
Самым «малым» тактическим ядерным оружием можно считать американскую систему «Дэви Крокет» 1961 года - 120- и 155-мм безоткатные орудия с ядерным снарядом в 0,01 кт. Впрочем, от системы вскоре отказались. Идею «атомной пули» на основе калифорния-254 (искусственно получаемого элемента с очень малой критической массой) не стали и реализовывать.
Ядерная зима
К концу 1970-х годов ядерный паритет противостоящих сверхдержав по всем компонентам и тупик «ядерной стратегии» стали очевидны. И тут - очень своевременно - вышла на арену теория «ядерной зимы». С советской стороны среди ее создателей называют академиков Н.Н. Моисеева и Г.С. Голицына, с американской - астронома К. Сагана. Г.С. Голицын вкратце так излагает последствия ядерной войны: «Массовые пожары. Небо черное от дыма. Пепел и дым поглощают солнечное излучение. Атмосфера нагревается, а поверхность остывает - солнечные лучи до нее не доходят. Уменьшаются все эффекты, связанные с испарениями. Прекращаются муссоны, которые переносят влагу с океанов на континенты. Атмосфера становится сухой и холодной. Все живое погибает». То есть независимо от наличия убежищ и уровня радиации выжившие в ядерной войне обречены на смерть просто от голода и холода. Теория получила свое «математическое» численное подтверждение и немало взбудоражила умы в 1980-е годы, хотя сразу же встретила неприятие в научных кругах. Многие специалисты сходились на мнении о том, что в теории ядерной зимы научная достоверность принесена в жертву гуманитарным, а точнее, политическим, устремлениям - ускорить ядерное разоружение. Этим и объясняется ее популярность.
Ограничение ядерных вооружений было вполне логично и явилось успехом не дипломатии и «экологов» (которые часто становятся просто инструментом текущей политики), а военной технологии. Высокоточное оружие, способное на дальности в несколько сот километров «положить» обычный заряд с точностью до десятков метров, генераторы мощных электромагнитных импульсов, выводящие из строя радиоэлектронные средства, объемно-детонирующие и термобарические боеприпасы, создающие обширные зоны разрушения, позволяют решать те же задачи, что и тактическое ядерное оружие, - без риска вызвать всеобщую ядерную катастрофу.
Вариации пусков
Управляемые ракеты - главный носитель ядерного оружия. Ракеты межконтинентальной дальности с ядерными боевыми частями - наиболее грозная составляющая ядерных арсеналов. Боеголовка (боевой блок) доставляется к цели за минимальное время, при этом представляет собой трудно поражаемую цель. С ростом точности попадания МБР превратились в средство поражения хорошо защищенных целей, включая жизненно важные объекты военного и гражданского назначения. Существенно повысили эффективность ракетно-ядерного оружия разделяющиеся боеголовки. Так, 20 боеприпасов по 50 кт по эффективности аналогичны одному в 10 Мт. Разделившиеся головки индивидуального наведения легче прорывают систему противоракетной обороны (ПРО), чем моноблочная. Разработка маневрирующих боевых блоков, траекторию которых противник не может просчитать, еще более затруднила работу ПРО.
МБР наземного базирования сейчас устанавливают либо в шахты, либо на мобильные установки. Шахтная установка - наиболее защищенная и готовая к немедленному пуску. Американская ракета шахтного базирования «Минитмэн-3» может доставить на дальность до 13 000 км разделяющуюся боеголовку с тремя блоками по 200 кт каждый, российская Р-36М - на 10 000 км боеголовку из 8 блоков мегатонного класса (возможна и моноблочная боевая часть). «Минометный» пуск (без яркого факела двигателя), мощный комплекс средств преодоления ПРО усиливают грозный облик ракет Р-36М и Н, названных на Западе SS-18 «Сатана». Но шахта стационарна, как ее ни прячь, и со временем ее точные координаты окажутся в полетной программе боевых блоков противника. Другой вариант базирования стратегических ракет - мобильный комплекс, с помощью которого можно держать противника в неведении о месте пуска. Например, боевой железнодорожный ракетный комплекс, замаскированный под обычный состав с пассажирскими и рефрижераторными вагонами. Пуск ракеты (например - РТ-23УТТХ с 10 боевыми блоками и дальностью стрельбы до 10 000 км) можно произвести с любого участка пути железной дороги. Тяжелые вездеходные колесные шасси позволили разместить пусковые установки МБР и на них. Скажем, российская универсальная ракета «Тополь-М» (РС-12М2 или SS-27) с моноблочной боевой частью и дальностью полета до 10 000 км, поставленная на боевое дежурство в конце 1990-х, предназначена для шахтных и мобильных грунтовых установок, предусмотрено ее базирование и на подводные лодки. Боевая часть этой ракеты при весе 1,2 тонны имеет мощность 550 кт, то есть каждый килограмм ядерного заряда в данном случае эквивалентен почти 500 тоннам взрывчатки.
Основной способ повысить внезапность удара и оставить противнику меньше времени на реакцию - сократить подлетное время, разместив пусковые установки ближе к нему. Этим противостоящие стороны занимались весьма активно, создавая оперативно-тактические ракеты. Договор, подписанный М. Горбачевым и Р. Рейганом 8 декабря 1987 года, привел к сокращению ракет средней (от 1 000 до 5 500 км) и меньшей (от 500 до 1 000 км) дальности. Причем по настоянию американцев в Договор включили комплекс «Ока» с дальностью не более 400 км, не попадавший под ограничения: уникальный комплекс пошел «под нож». Но ныне уже разработан новый российский комплекс «Искандер».
Попавшие под сокращение ракеты средней дальности достигали цели всего за 6-8 минут полета, в то время как оставшиеся на вооружении межконтинентальные баллистические ракеты обычно находятся в пути 25-35 минут.
В американской ядерной стратегии уже лет тридцать важная роль отводится крылатым ракетам. Их достоинства - высокая точность, скрытность полета на малых высотах с огибанием рельефа, малая радиолокационная заметность и возможность нанесения массированного удара с нескольких направлений. Крылатая ракета «Томагавк», запускаемая с надводного корабля или подводной лодки, может донести ядерную или обычную боеголовку на дальность до 2 500 км, преодолевая это расстояние примерно за 2,5 часа.
Ракетодром под водой
Основу морских стратегических сил составляют атомные подводные лодки с ракетными комплексами подводного старта. Несмотря на совершенные системы слежения за подводными лодками, подвижные «подводные ракетодромы» сохраняют преимущества скрытности и внезапности действий. Баллистическая ракета подводного старта - изделие своеобразное по условиям размещения и применения. Большая дальность стрельбы при широкой автономности плавания позволяет лодкам действовать ближе к своим берегам, уменьшая опасность того, что противник уничтожит лодку до пуска ракет.
Можно сопоставить два комплекса БРПЛ. Советская атомная подводная лодка типа «Акула» несет 20 ракет Р-39, на каждой - 10 боевых блоков индивидуального наведения мощностью по 100 кт, дальность стрельбы - 10 000 км. Американская лодка типа «Огайо» несет 24 ракеты «Трайдент-D5», каждая может доставить на 11 000-12 000 км 8 боевых блоков в 475 кт, или 14 в 100-150 кт.
Нейтронная бомба
Разновидностью термоядерных стали нейтронные боеприпасы, характеризующиеся повышенным выходом начальной радиации. Большая часть энергии взрыва «уходит» в проникающую радиацию, а основной вклад в нее вносят быстрые нейтроны. Так, если принять, что при воздушном взрыве обычного ядерного боеприпаса 50% энергии «уходит» в ударную волну, 30-35% - в световое излучение и ЭМИ, 5- 10% - в проникающую радиацию, остальное - на радиоактивное заражение, то в нейтронном (для случая, когда его инициирующий и основной заряды вносят равный вклад в энергообразование) на те же факторы расходуется соответственно 40, 25, 30 и 5%. Результат: при надземном взрыве нейтронного боеприпаса в 1 кт разрушение сооружений происходит в радиусе до 430 м, лесные пожары - до 340 м, зато радиус, в котором человек мгновенно «хватает» 800 рад, составляет 760 м, 100 рад (лучевая болезнь) - 1 650 м. Зона поражения живой силы растет, зона разрушения уменьшается. В США нейтронные боеприпасы сделали тактическими - в виде, скажем, 203- и 155-мм снарядов мощностью от 1 до 10 кт.
Стратегия «бомберов»
Стратегические бомбардировщики - американский В-52, советские Ту-95 и М4 - были первым межконтинентальным средством ядерного нападения. МБР существенно потеснили их в этой роли. С вооружением стратегических бомбардировщиков крылатыми ракетами - вроде американской AGM-86B или советской Х-55 (обе несут заряд до 200 кт на дальность до 2 500 км), позволяющими наносить удары, не входя в зону действия вражеской ПВО, - их значение возросло.
На вооружении авиации остается и такое «простое» средство, как свободно падающая ядерная авиабомба, например американская В-61/83 с зарядом от 0,3 до 170 кт. Ядерные боевые заряды создавали для комплексов ПВО и ПРО, но с совершенствованием ракет и обычных боевых частей от таких зарядов отказались. Зато ядерные взрывные устройства решили «поднять выше» - в космический эшелон ПРО. Один из давно планируемых его элементов - лазерные установки, в которых ядерный взрыв служит мощным импульсным источником энергии для накачки сразу нескольких лазеров рентгеновского диапазона.
Тактическое ядерное оружие также имеется в различных видах вооруженных сил и родах войск. Ядерные бомбы, например, могут нести не только стратегические бомбардировщики, но и многие самолеты фронтовой или палубной авиации.
В ВМС для ударов по портам, военно-морским базам, крупным кораблям имелись ядерные торпеды, такие как советская 533-мм Т-5 с зарядом мощностью 10 кт и равная ей по мощности заряда американская Mk 45 ASTOR. В свою очередь противолодочная авиация могла нести ядерные глубинные бомбы.
Российский тактический мобильный ракетный комплекс «Точка-У» (на плавающем шасси) доставляет ядерный или обычный заряд на дальность «всего» до 120 км.
Первыми образцами атомной артиллерии были громоздкая американская 280-мм пушка 1953 года и появившиеся чуть позже советские 406-мм пушка и 420-мм миномет. Впоследствии предпочли создать «спецснаряды» к обычным наземным артиллерийским системам - к 155-мм и 203-мм гаубицам в США (мощностью от 1 до 10 кт), 152-мм гаубицам и пушкам, 203-мм пушкам и 240-мм минометам в СССР. Ядерные спецснаряды создавались и для морской артиллерии, например американский 406-мм снаряд в 20 кт мощностью («одна Хиросима» в тяжелом артиллерийском снаряде).
Ядерный рюкзак
Привлекающие столь много внимания «ядерные рюкзаки» создавались вовсе не для подкладывания под Белый дом или Кремль. Это - инженерные фугасы, служащие для создания заграждений за счет образования воронок, завалов в горных массивах и зон разрушений и затоплений в сочетании с радиоактивными осадками (при наземном взрыве) или остаточной радиацией в районе воронки (при подземном взрыве). Причем в одном «рюкзаке» может находиться как целое ядерное взрывное устройство сверхмалого калибра, так и часть устройства большей мощности. Американский «рюкзак» Mк-54 мощностью в 1 килотонну при этом весит всего 68 кг.
Разрабатывались фугасы и другого назначения. В 1960-е годы, например, американцами была выдвинута идея создания по границе ГДР и ФРГ так называемого ядерно-минного пояса. А британцы собирались в случае оставления своих баз в ФРГ закладывать мощные ядерные заряды, которые должны были подорваться по радиосигналу уже в тылу «наступающей советской армады».
Опасность ядерной войны породила в разных странах колоссальные по размаху и стоимости государственные строительные программы - подземные убежища, командные пункты, хранилища, транспортные коммуникации и системы связи. Появлению и развитию ракетно-ядерного оружия человечество во многом обязано освоением околоземного космического пространства. Так, знаменитая королевская ракета Р-7, выведшая на орбиту и первый искусственный спутник, и корабль «Восток-1», была разработана для «заброски» термоядерного заряда. Много позже ракета Р-36М стала основой для ракет-носителей «Зенит-1» и «Зенит-2». Но влияние ядерного оружия было куда шире. Само наличие ракетно-ядерных вооружений межконтинентальной дальности делало необходимым создание комплекса средств разведки и управления, охватывающих практически всю планету и базирующихся на группировке орбитальных спутников. Работы над термоядерным оружием способствовали развитию физики высоких давлений и температур, существенно продвинули астрофизику, объяснив ряд процессов, происходящих во Вселенной.
2000 ядерных взрывов
Создатель атомной бомбы Роберт Оппенгеймер в день первого испытания своего детища сказал: «Если бы на небе разом взошли сотни тысяч солнц, их свет мог бы сравниться с сиянием, исходившим от Верховного Господа… Я — есть Смерть, великий разрушитель миров, несущий гибель всему живому». Эти слова были цитатой из «Бхагавад Гиты», которую американский физик прочитал в оригинале.
Фотографы из Лукаут Маунтэйн стоят по пояс в пыли, поднятой ударной волной после ядерного взрыва (фото 1953 года).
Название испытания: Umbrella
Дата: 8 июня 1958 года
Мощность: 8 килотонн
Подводный ядерный взрыв был произведён в ходе операции «Hardtack». В качестве мишеней использовались списанные корабли.
Название испытания: Chama (в рамках проекта «Доминик»)
Дата: 18 октября 1962 года
Место: Остров Джонстон
Мощность: 1.59 мегатонн
Название испытания: Oak
Дата: 28 июня 1958 года
Место: Лагуна Эниветок в Тихом океане
Мощность: 8.9 мегатонн
Проект «Апшот-Нотхол», испытание «Энни». Дата: 17 марта 1953 г.; проект: Апшот-Нотхол; испытание: Энни; место: Нотхол, полигон в Неваде, сектор 4; мощность: 16 кт. (Photo: Wikicommons)
Название испытания: Castle Bravo
Дата: 1 марта 1954 года
Место: атолл Бикини
Тип взрыва: на поверхности
Мощность: 15 мегатонн
Взрыв водородной бомбы Castle Bravo был самым мощным взрывом из всех испытаний, когда либо проводимых США. Мощность взрыва оказалась намного больше первоначальных прогнозов в 4-6 мегатонн.
Название испытания: Castle Romeo
Дата: 26 марта 1954 года
Место: на барже в кратере Bravo, атолл Бикини
Тип взрыва: на поверхности
Мощность: 11 мегатонн
Мощность взрыва оказалась в 3 раза больше первоначальных прогнозов. Romeo был первым испытанием, произведенным на барже.
Проект «Доминик», испытание «Ацтек»
Название испытания: Priscilla (в рамках серии испытаний «Plumbbob»)
Дата: 1957 год
Мощность: 37 килотонн
Именно так выглядит процесс высвобождения огромного количества лучистой и тепловой энергии при атомном взрыве в воздухе над пустыней. Тут еще можно разглядеть военную технику, которая через мгновение будет уничтожена ударной волной, запечатленной в виде кроны, окружившей эпицентр взрыва. Видно как ударная волна отразилась от земной поверхности и вот-вот сольется с огненным шаром.
Название испытания: Grable (в рамках операции «Апшот-Нотхол»)
Дата: 25 мая 1953 года
Место: Ядерный полигон в Неваде
Мощность: 15 килотонн
На испытательном полигоне в пустыне Невада фотографами центра Лукаут Маунтэйн в 1953 году была сделана фотография необычного явления (кольцо огня в ядерном грибе после взрыва снаряда из ядерной пушки), природа которого долгое время занимала умы ученых.
Проект «Апшот-Нотхол», испытание «Грабл». В рамках этого испытания был произведен взрыв атомной бомбы мощностью 15 килотонн, запущенной 280-миллиметровой атомной пушкой. Испытание прошло 25 мая 1953 года на полигоне Невады. (Photo: National Nuclear Security Administration / Nevada Site Office)
Грибовидное облако, образованное в результате атомного взрыва испытания «Траки», проводимого в рамках проекта «Доминик».
Проект «Бастер», испытание «Дог».
Проект «Доминик», испытание «Йесо». Испытание: Йесо; дата:10 июня 1962 г.; проект: Доминик; место: 32 км к югу от острова Рождества; тип испытания: B-52, атмосферный, высота - 2,5 м; мощность: 3.0 мт; тип заряда: атомный. (Wikicommons)
Название испытания: YESO
Дата: 10 июня 1962 года
Место: Остров Рождества
Мощность: 3 мегатонны
Испытание «Ликорн» на территории Французской Полинезии. Изображение №1. (Pierre J./French Army)
Название испытания: «Единорог» (фр. Licorne)
Дата: 3 июля 1970 года
Место: атолл во Французской Полинезии
Мощность: 914 килотонн
Испытание «Ликорн» на территории Французской Полинезии. Изображение №2. (Photo: Pierre J./French Army)
Испытание «Ликорн» на территории Французской Полинезии. Изображение №3. (Photo: Pierre J./French Army)
Для получения хороших снимков на испытательных полигонах часто работают целые команды фотографов. На фото: испытательный ядерный взрыв в пустыне Невада. Справа видны ракетные шлейфы, с помощью которых ученые определяют характеристики ударной волны.
Испытание «Ликорн» на территории Французской Полинезии. Изображение №4. (Photo: Pierre J./French Army)
Проект «Кастл», испытание «Ромео». (Photo: zvis.com)
Проект «Хардтэк», испытание «Амбрелла». Испытание: Амбрелла; дата: 8 июня 1958 г.; проект: Хардтэк I; место: лагуна атолла Эниветок; тип испытания: подводный, глубина 45 м; мощность: 8кт; тип заряда: атомный.
Проект «Редвинг», испытание «Семинол». (Photo: Nuclear Weapons Archive)
Испытание «Рия». Атмосферное испытание атомной бомбы на территории Французской Полинезии в августе 1971 года. В рамках этого испытания, которое прошло 14 августа 1971 года, была взорвана термоядерная боеголовка под кодовым названием «Рия», мощностью 1000 кт. Взрыв произошел на территории атолла Муруроа. Этот снимок был сделан с расстояния 60 км от нулевой отметки. Photo: Pierre J.
Грибовидное облако от ядерного взрыва над Хиросимой (слева) и Нагасаки (справа). На заключительной стадии Второй мировой войны, Соединенные Штаты нанесли 2 атомных удара по Хиросиме и Нагасаки. Первый взрыв прогремел 6 августа 1945 года, а второй - 9 августа 1945 года. Это был единственный случай, когда ядерное оружие применялось в военных целях. Согласно приказу президента Трумэна, 6 августа 1945 года американская армия сбросила ядерную бомбу «Малыш» на Хиросиму, а 9 августа последовал ядерный взрыв бомбы «Толстяк», сброшенной на Нагасаки. В течение 2-4 месяцев после ядерных взрывов в Хиросиме погибло от 90 000 до 166 000 человек, а в Нагасаки - от 60 000 до 80 000. (Photo: Wikicommons)
Проект «Апшот-Нотхол». Полигон в Неваде, 17 марта 1953 года. Взрывная волна полностью разрушила Строение №1, расположенное на расстоянии 1,05 км от нулевой отметки. Разница во времени между первым и вторым снимком составляет 21/3 секунды. Камера была помещена в защитный футляр с толщиной стенки 5 см. Единственным источником света в данном случае была ядерная вспышка. (Photo: National Nuclear Security Administration / Nevada Site Office)
Проект «Рэйнджер», 1951 год. Название испытания неизвестно. (Photo: National Nuclear Security Administration / Nevada Site Office)
Испытание «Тринити».
«Тринити» было кодовым названием первого испытания ядерного оружия. Это испытание было проведено армией Соединенных Штатов 16 июля 1945 года, на территории, расположенной приблизительно в 56 км к юго-востоку от Сокорро, штат Нью-Мексико, на ракетном полигоне «Уайт Сэндс». Для испытания использовалась плутониевая бомба имплозивного типа, получившая прозвище «Штучка». После детонации прогремел взрыв мощностью эквивалентной 20 килотоннам тротила. Дата проведения этого испытания считается началом атомной эры. (Photo: Wikicommons)
Название испытания: Mike
Дата: 31 октября 1952 года
Место: Остров Elugelab («Flora»), атолл Эневейта
Мощность: 10.4 мегатонны
Устройство, взорванное при испытании Майка и названное «колбасой», было первой настоящей «водородной» бомбой мегатонного класса. Грибовидное облако достигло высоты 41 км при диаметре 96 км.
АН602 (она же «Царь-бомба», она же «Кузькина мать») — термоядерная авиационная бомба, разработанная в СССР в 1954—1961 гг. группой физиков-ядерщиков под руководством академика Академии наук СССР И. В. Курчатова. Самое мощное взрывное устройство за всю историю человечества. По разным данным имело от 57 до 58,6 мегатонн тротилового эквивалента. Испытания бомбы состоялись 30 октября 1961 года. (Wikimedia)
Взрыв “MET”, осуществленный в рамках Операции “Типот”. Примечательно, что взрыв “MET” по мощности был сравним с плутониевой бомбой «Толстяк», сброшенной на Нагасаки. 15 апреля 1955 года, 22 кт. (Wikimedia)
Один из самых мощных взрывов термоядерной водородной бомбы на счету США - операция “Кастл Браво”. Мощность заряда составила 10 мегатонн. Взрыв был произведен 1 марта 1954 года на атолле Бикини, Маршалловы Острова. (Wikimedia)
Операция “Кастл Ромео” - один из самых мощных взрывов термоядреной бомбы, произведенных США. Атолл Бикини, 27 марта 1954 года, 11 мегатонн. (Wikimedia)
Взрыв “Бэйкер”, показана белая поверхность воды, потревоженной воздушной ударной волной, и верх полой колонны брызг, образовавшей полусферическое облако Вильсона. На заднем плане - берег атолла Бикини, июль 1946 года. (Wikimedia)
Взрыв американской термоядерной (водородной) бомбы “Майк” мощностью 10,4 мегатонны. 1 ноября, 1952 года. (Wikimedia)
Операция «Парник» (англ. Operation Greenhouse) — пятая серия американских ядерных испытаний и вторая из них за 1951 год. В ходе операции испытывались конструкции ядерных зарядов с использованием термоядерного синтеза для увеличения выхода энергии. Кроме того, исследовалось воздействие взрыва на сооружения, включая жилые здания, корпуса заводов и бункеры. Операция проводилась на Тихоокеанском ядерном полигоне. Все устройства были взорваны на высоких металлических вышках, имитирующих воздушный взрыв. Взрыв “Джордж”, 225 килотонн, 9 мая 1951 года. (Wikimedia)
Грибообразное облако, у которого вместо пылевой ножки водяной столб. Справа на столбе видна прореха: линкор «Арканзас» закрыл собой выброс брызг. Испытание “Бэйкер”, мощностью заряда - 23 килотонны в тротиловом эквиваленте, 25 июля 1946 года. (Wikimedia)
200-метровое облако над территорией Frenchman Flat после взрыва “MET” в рамках операции “Типот”, 15 апреля 1955 года, 22 кт. Этот снаряд имел редкую сердцевину из урана-233. (Wikimedia)
Кратер был сформирован, когда в 100 килотонн взрывной волны были взорваны под 635 футов пустыни 6 июля 1962 года, вытеснив 12 миллионов тонн земли.
Время: 0с. Расстояние: 0м.
Инициация взрыва ядерного детонатора.
Время: 0.0000001c. Расстояние: 0м 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 (106 — 107 м/с) Около 90% выделяющихся при реакциях нейтронов поглощается веществом бомбы, оставшиеся 10% вылетают наружу.
Время: < 10−7c. Расстояние: 2м 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 сек падает до 1% плотности окружающего воздуха; температура за 2,6 сек падает до 7—8 тыс.°C, ~5 секунд удерживается и дальше снижается с подъёмом огненной сферы; давление через 2—3 сек падает до несколько ниже атмосферного.
Время: 1.1х10−7c. Расстояние: 10м 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: 1.4х10−7c. Расстояние: 16м Температура: 4 млн.°C. В целом от 10−7 до 0,08 секунд идёт 1-я фаза свечения сферы с быстрым падением температуры и выходом ~1 % энергии излучения, большей частю 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: 1.7х10−7c. Расстояние: 21м
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 никак среагировать — даже практически не нагреваются, а оказавшись внутри сферы под потоком излучения испаряются мгновенно.
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 где-то начиная 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: 0,000001c. Расстояние: 34м Температура: 2 млн.°C. Внутренний скачок и пары бомбы находятся в слое 8—12 м от места взрыва, пик давления до 17 000 МПа на расстоянии 10,5 м, плотность ~ в 4 раза больше плотности воздуха, скорость ~100 км/с. Область горячего воздуха: давление на границе 2.500 МПа, внутри области до 5000 МПа, скорость частиц до 16 км/с. Вещество паров бомбы начинает отставать от внутр. скачка по мере того, как всё больше воздуха в нём вовлекается в движение. Плотные сгустки и струи сохраняют скорость.
Время: 0,000034c. Расстояние: 42м Температура: 1 млн.°C. Условия в эпицентре взрыва первой советской водородной бомбы (400кт 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.
Температура: 600тыс.°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.
Время: 0,0036c. Расстояние: 60м Температура: 600тыс.°C. 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: 0,014c. Расстояние: 110м Температура: 400тыс.°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 и 20 м 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: 0,004c. Расстояние: 135м
Температура: 300тыс.°C. Максимальная высота воздушного взрыва 1 Мт для образования заметной воронки в земле. Фронт ударной волны искривлён ударами сгустков паров бомбы:
Время: 0,007c. Расстояние: 190м
Температура: 200тыс.°C. На гладком и как бы блестящем фронте уд. 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 огн. сферы («Канатные трюки»); тело человека со стороны взрыва успеет обуглиться, а полностью испаряется уже с приходом ударной волны.
Время: 0,015c. Расстояние: 250м Температура: 170тыс.°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: 0,028c. Расстояние: 320м Температура: 110тыс.°C. Человек развеивается потоком плазмы (скорость ударной волны = скорости звука в костях, тело разрушается в пыль и сразу сгорает). Полное разрушение самых прочных наземных построек.
Время: 0,073c. Расстояние: 400м Температура: 80тыс.°C. Неровности на сфере пропадают. Плотность вещества падает в центре почти до 1%, а на краю изотерм. сферы диамером ~320 м до 2% атмосферной.На этом расстоянии в пределах 1,5 с нагрев до 30 000 °C и падение до 7000 °C, ~5 с удержание на уровне ~6.500 °C и снижение температуры за 10—20 с по мере ухода огненного шара вверх.
Время: 0,079c. Расстояние: 435м Температура: 110тыс.°C. Полное разрушение шоссейных дорог с асфальтовым и бетонным покрытием Температурный минимум излучения ударной волны, окончание 1-й фазы свечения. Убежище типа метро, облицованное чугунными тюбингами и 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 80тыс.°C новые молекулы NO2 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. Процесс напоминает окончание эры рекомбинации и рождение света во Вселенной через несколько сотен тысяч лет после Большого взрыва.
Время: 0,1c. Расстояние: 530м Температура: 70тыс.°C. Отрыв и уход вперёд фронта ударной волны от границы огненной сферы, скорость роста её заметно снижается. Наступает 2-я 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: 0,15c. Расстояние: 580м Температура: 65тыс.°C. Радиация ~100 000 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: 0,25c. Расстояние: 630м Температура: 50тыс.°C. Проникающая радиация ~40 000 Гр. Человек превращается в обугленные обломки: ударная волна вызывает травматические ампутацииа подошедшая через долю сек. огненная сфера обугливает останки. Полное разрушение танка. Полное разрушение подземных кабельных линий, водопроводов, газопроводов, канализации, смотровых колодцев. Разрушение подземных ж/б труб диаметром 1,5м, с толщиной стенок 0,2м. Разрушение арочной бетонной плотины ГЭС. Сильное разрушение долговременных железобетонных фортсооружений. Незначительные повреждения подземных сооружений метро.
Время: 0,4c. Расстояние: 800м Температура: 40тыс.°C. Нагрев объектов до 3000 °C. Проникающая радиация ~20 000 Гр. Полное разрушение всех защитных сооружений гражданской обороны (убежищ) разрушение защитных устройств входов в метро. Разрушение гравитационной бетонной плотины ГЭС ДОТы становятся небоеспособны дистанции 250 м.
Время: 0,73c. Расстояние: 1200м Температура: 17тыс.°C. Радиация ~5000 Гр. При высоте взрыва 1200 м нагрев приземного воздуха в эпицентре перед приходом уд. волны до 900°C. Человек — 100 %-я 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: 1,4c. Расстояние: 1600м Температура: 12тыс.°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: 1,6c. Расстояние: 1750м Температура: 10тыс.°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 отдельностоящих, рассчитанных на 100 кПа (тип А-IV или класс 4), убежищ в подвальных помещениях многоэтажных зданий.
Время: 1,9c. Расстояние: 1900м Температура: 9тыс.°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 (D~2км), 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: 2,6c. Расстояние: 2200м Температура: 7,5тыс.°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 ж/б перекрытием и в большинстве убежищ Г. О. Разрушение грузовых автомобилей. 0,1 МПа — расчётное давление ударной волны для проектирования конструкций и защитных устройств подземных сооружений линий мелкого заложения метрополитена.
Время: 3,8c. Расстояние: 2800м Температура: 7,5тыс.°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: 6c. Расстояние: 3600м Температура: 4,5тыс.°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 землетрясению10 бал. 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: 10c. Расстояние: 6400м Температура: 2тыс.°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 ~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 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 подъёма «гриба», настигает облако, проходит сквозь, расходится и как бы наматывается на него, как на кольцеобразную катушку.
Время: 15c. Расстояние: 7500м . Лёгкие поражения человека ударной волной. Ожоги третьей степени открытых частей тела. Полное разрушение деревянных домов, сильное разрушение кирпичных многоэтажных домов 0,02—0,03МПа, 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 6 бал., урагану 12 бал. до 39 м/с. «Гриб» вырос до 3 км над центром 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: 35c. Расстояние: 14км. 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 4-5 баллов, шторму 9—11 балов V = 21 — 28,5м/с. «Гриб» вырос до ~5 км огненное облако светит всё слабее.
Время: 1мин. Расстояние: 22км. 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: 1,5мин. Расстояние: 35км
. 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/час. Выше тропопаузы облако развивается преимущественно в ширину.
Время: 4мин. Расстояние: 85км. Вспышка похожа на большое 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/час
Время: 8мин. Расстояние: 145км. 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 максимальных размеров и наблюдается ешё 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: 300-500км. 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.
Памятник первому испытанию атомной бомбы «Тринити». Этот памятник был воздвигнут на полигоне «Уайт Сэндс» в 1965 году, через 20 лет после проведения испытания «Тринити». Мемориальная доска памятника гласит: «На этом месте 16 июля 1945 года прошло первое в мире испытание атомной бомбы». Еще одна мемориальная доска, установленная ниже, свидетельствует о том, что это место получило статус национального исторического памятника. (Photo: Wikicommons)
Радиоактивность. Закон радиоактивного распада. Воздействие ионизирующего излучения на биологические объекты. Единица измерения радиоактивности.
Радиоактивность - это способность атомов некоторых изотопов самопроизвольно распадаться, испуская излучение. Впервые такое излучение, испускаемое ураном, обнаружил Беккерель, поэтому вначале радиоактивные излучения называли лучами Беккереля. Основной вид радиоактивного распада - выбрасывание из ядра атома альфа-частицы - альфа-распад (см. Альфа-излучение) или бета-частицы - бета-распад (см. Бета-излучение).
Важнейшей характеристикой радиоактивности является закон радиоактивного распада, показывающий как со временем t изменяется (в среднем) число N радиоактивных ядер в образце
N(t) = N 0 e –λt ,
где N 0 – число исходных ядер в начальный момент (момент их образования или начала наблюдения), а λ – постоянная распада (вероятность распада радиоактивного ядра в единицу времени). Через эту постоянную можно выразить среднее время жизни радиоактивного ядра τ = 1/λ, а также период полураспада T 1/2 = ln2/τ. Период полураспада наглядно характеризует скорость распада, показывая за какое время число радиоактивных ядер в образце уменьшится вдвое.
Единицы измерения.
| ЕДИНИЦЫ ИЗМЕРЕНИЯ РАДИАКТИВНОСТИ | ||
| Беккерель (Бк, Вq); Кюри (Ки, Си) | 1 Бк = 1распад в сек. 1 Ки = 3,7 х 10 10 Бк | Единицы активности радионуклида. Представляют собой число распадов в единицу времени. |
| Грей (Гр, Gу); Рад (рад, rad) | 1 Гр = 1 Дж/кг 1 рад = 0.01 Гр | Единицы поглощённой дозы. Представляют собой количество энергии ионизирующего излучения, поглощенное единицей массы какого-либо физического тела, например тканями организма. |
| Зиверт (Зв, Sv) Бэр (бер, rem) - "биологический эквивалнт рентгена" | 1 Зв = 1Гр = 1Дж/кг (для бета и гамма) 1 мкЗв = 1/1000000 Зв 1 бер = 0.01 Зв = 10мЗв | Единицы эквивалентной дозы. Представляют собой единицу поглощенной дозы, умноженную на коэффициент, учитывающий неодинаковую опасность разных видов ионизирующего излучения. |
| Грей в час (Гр/ч); Зиверт в час (Зв/ч); Рентген в час (Р/ч) | 1 Гр/ч = 1 Зв/ч = 100 Р/ч (для бета и гамма) 1 мк Зв/ч = 1 мкГр/ч = 100 мкР/ч 1 мкР/ч = 1/1000000 Р/ч | Единицы мощности дозы. Представляют собой дозу полученную организмом за единицу времени. |
Воздействие ионизирующего излучения на биологические объекты.
В результате воздействия ионизирующего излучения на организм человека в тканях могут происходить сложные физические, химические и биохимические процессы.
При попадание радиоактивных веществ внутрь организма поражающее действие оказывают в основном альфа-источники, а затем и бетта-источники, т.е. в обратной наружному облучению последовательности. Альфа-частицы, имеющие небольшую плотность ионизации, разрушают слизистую оболочку, которая является слабой защитой внутренних органов по сравнению с наружным кожным покровом.
Существует три пути поступления радиоактивных веществ в организм: при вдыхание воздуха, загрязненного радиоактивными веществами, через зараженную пищу или воду, через кожу, а также при заражении открытых ран. Наиболее опасен первый путь, поскольку во-первых, объем легочной вентиляции очень большой, а во-вторых, значения коэффициента усвоения в легких более высоки.
Пылевые частицы, на которых сорбированы радиоактивные изотопы, при вдыхании воздуха через верхние дыхательные пути частично оседают в полости рта и носоглотке. Отсюда пыль поступает в пищеварительный тракт. Остальные частицы поступают в легкие. Степень задержки аэрозолей в легких зависит от их дисперсионности. В легких задерживается около 20% всех частиц; при уменьшении размеров аэрозолей величина задержки увеличивается до 70%.
При всасывании радиоактивных веществ из желудочно-кишечного тракта имеет значение коэффициент резорбции, характеризующий долю вещества, попадающего из желудочно-кишечного тракта в кровь. В зависимости от природы изотопа коэффициент изменяется в широких пределах: от сотых долей процента(для циркония, ниобия), до нескольких десятков процентов (водород, щелочно-земельные элементы). Резорбция через неповрежденную кожу в 200-300 раз меньше, чем через желудочно-кишечный тракт, и, как правило, не играет существенной роли.
При попадании радиоактивных веществ в организм любым путем они уже через несколько минут обнаруживаются в крови. Если поступление радиоактивных веществ было однократным, то концентрация их в крови вначале возрастает до максимума, а затем в течение 15-20 суток снижается.
Концентрации в крови долгоживущих изотопов в дальнейшем могут удерживаться практически на одном уровне в течение длительного времени вследствие обратного вымывания отложившихся веществ. Эффект воздействия ионизирующего излучения на клетку - результат комплексных взаимосвязанных и взаимообусловленных преобразований. По А.М. Кузину, радиационное поражение клетки осуществляется в три этапа. На первом этапе излучение воздействует на сложные макромолекулярные образования, ионизируя и возбуждая их. Это физическая стадия лучевого воздействия. Второй этап - химические преобразования. Они соответствуют процессам взаимодействия радикалов белков, нуклеиновых кислот и липидов с водой, кислородом, радикалами воды и возникновению органических перекисей. Радикалы, возникающие в слоях упорядоченно расположенных белковых молекул, взаимодействуют с образованием "сшивок", в результате чего нарушается структура биомембран. Из-за повреждения лизосомальных мембран происходит увеличение активности и высвобождение ферментов, которые путем диффузии достигают любой органеллы клетки и легко в нее проникают, вызывая ее лизис.
Конечный эффект облучения является результатом не только первичного повреждения клеток, но и последующих процессов восстановления. Предполагается, что значительная часть первичных повреждений в клетке возникает в виде так называемых потенциальных повреждений, которые могут реализовываться в случае отсутствия восстановительных процессов. Реализация этих процессов способствуют процессы биосинтеза белков и нуклеиновых кислот. Пока реализация потенциальных повреждений не произошло, клетка может в них "восстановиться". Это, как предполагается, связано с ферментативными реакциями и обусловлено энергетическим обменом. Считается, что в основе этого явления лежит деятельность систем, которые в обычных условиях регулируют интенсивность естественного мутационного процесса.
Мутагенное воздействие ионизирующего излучения впервые установили русские ученые Р.А. Надсон и Р.С. Филиппов в 1925 году в опытах на дрожжах. В 1927 году это открытие было подтверждено Р.Меллером на классическом генетическом объекте - дрозофиле.
Ионизирующие излучения способны вызывать все виды наследственных перемен. Спектр мутаций, индуцированных облучением, не отличается от спектра спонтанных мутаций.
Последние исследования Киевского Института нейрохирургии показали, что радиация даже в малых количествах, при дозах в десятки бэр, сильнейшим образом воздействует на нервные клетки - нейроны. Но нейроны гибнут не от прямого воздействия радиации. Как выяснилось, в результате воздействия радиации у большинства ликвидаторов ЧАЭС наблюдается "послерадиационная энцефлопатия". Общие нарушения в организме под действием радиации приводит к изменению обмена веществ, которые влекут за собой патологические изменения головного мозга.
2. Принципы устройства ядерных боеприпасов . Основные возможности дальнейшего развития и совершенствования ядерного оружия.
Ядерными боеприпасами называются снаряженные ядерными (термоядерными) зарядами боевые части ракет, авиационные бомбы, артиллерийские снаряды, торпеды и инженерные управляемые мины (ядерные фугасы).
Основными элементами ядерных боеприпасов являются: ядерный заряд, датчики подрыва, система автоматики, источник электрического питания и корпус.
Корпус служит для компоновки всех элементов боеприпаса, предохранения их от механических и тепловых повреждений, придания боеприпасу необходимой баллистической формы, а также для повышения коэффициента использования ядерного горючего.
Датчики подрыва (взрывательные устройства) предназначены для подачи сигнала на приведение в действие ядерного заряда. Они могут быть контактного и дистанционного (неконтактного) типов.
Контактные датчики срабатывают в момент встречи боеприпаса с преградой, а дистанционные - на заданной высоте (глубине) от поверхности земли (воды).
Дистанционные датчики в зависимости от типа и назначения ядерного боеприпаса могут быть временными, инерционными, барометрическими, радиолокационными, гидростатическими и др.
Система автоматики включает систему предохранения, блок автоматики и систему аварийного подрыва.
Система предохранения исключает возможность случайного взрыва ядерного заряда при проведении регламентных работ, хранении боеприпаса и при полете его на траектории.
Блок автоматики срабатывает по сигналам, поступающим от датчиков подрыва и предназначен для формирования высоковольтного электрического импульса на приведение в действие ядерного заряда.
Система аварийного подрыва служит для самоуничтожения боеприпаса без ядерного взрыва в случае его отклонения от заданной траектории.
Источником питания всей электрической системы боеприпаса являются аккумуляторные батареи различных типов, которые обладают одноразовым действием и приводятся в рабочее состояние непосредственно перед его боевым применением.
Ядерный заряд представляет собой устройство для осуществления ядерного взрыва Ниже будут рассмотрены существующие типы ядерных зарядов и их принципиальное устройство.
Ядерные заряды
Устройства, предназначенные для осуществления взрывного процесса высвобождения внутриядерной энергии, называются ядерными зарядами.
Различают два основных вида ядерных зарядов:
1 - заряды, энергия взрыва которых обусловлена цепной реакцией делящихся веществ, переведенных в надкритическое состояние, - атомные заряды;
2 -заряды, энергия взрыва которых обусловлена термоядернойреакцией синтеза ядер, - термоядерные заряды.
Атомные заряды. Основным элементом атомных зарядов является делящееся вещество (ядерное взрывчатое вещество).
До взрыва масса ЯВВ находится в подкритическом состоянии. Для осуществления ядерного взрыва она переводится в надкритическое состояние. Используются два типа устройств, обеспечивающих формирование надкритической массы: пушечный н имплозивный.
В зарядах пушечного типа ЯВВ состоит из двух или более частей, масса которых в отдельности меньше критической, что обеспечивает исключение самопроизвольного начала цепной ядерной реакции. При осуществлении ядерного взрыва отдельные части ЯВВ под действием энергии взрыва обычного взрывного вещества соединяются в одно целое и общая масса ЯВВ становится больше критической, что создает условия для цепной реакции взрывного характера.
Перевод заряда в надкритическое состояние осуществляется действием порохового заряда. Вероятность получения расчетной мощности взрыва в таких зарядах зависит от скорости сближения частей ЯВВ При недостаточных скоростях сближения коэффициент критичности может стать несколько больше единицы еще до момента непосредственного контакта частей ЯВВ. В этом случае реакция может начаться с одного начального центра деления под воздействием, например, нейтрона спонтанного деления, в результате чего происходит неполноценный взрыв с небольшим коэффициентом использования ядерного горючего
Преимуществом ядерных зарядов пушечного типа являются простота конструкции, малые габариты и масса, высокая механическая прочность, что позволяет создавать на их основе малогабаритные ядерные боеприпасы (артиллерийские снаряды, ядерные мины и др.).
В зарядах имплозивного типа для создания надкритической массы используется эффект имплозии - всестороннего обжатия ЯВВ силой взрыва обычного ВВ, которая приводит к резкому увеличению его плотности.
Эффект имплозии создает огромную концентрацию энергии в зоне ЯВВ и позволяет достичь давления, превышающего миллионы атмосфер, что приводит к увеличению плотности ЯВВ в 2 - 3 раза и уменьшению критической массы в 4 - 9 раз.
Для гарантированного имитирования цепной реакции деления и ее ускорения от искусственного источника нейтронов должен быть подан мощный импульс нейтронов в момент наивысшей имплозии Поскольку в таком состоянии ЯВВ находится в течение нескольких микросекунд, то момент посылки импульса нейтронов должен быть синхронизирован с моментом достижения наибольшей критичности.
Преимуществом атомных зарядов имплозивного типа является более высокий коэффициент использования ЯВВ, а также возможность в определенных пределах менять мощность ядерного взрыва с помощью специального переключателя.
К недостаткам атомных зарядов относятся большие масса и габариты, низкая механическая прочность и чувствительность к температурному режиму
Термоядерные заряды В зарядах этого типа условия для реакции синтеза создаются за счет подрыва атомного заряда (детонатора) из урана-235, плутония-239 или калифорния-251 Термоядерные заряды могут быть нейтронными и комбинированными
В термоядерных нейтронных зарядах, в качестве термоядерного горючего используются дейтерий и тритий в чистом виде или в виде гидридов металлов "Запалом" реакции служит высокообогащенный плутоний-239 или калифорний-251, обладающие сравнительно небольшой величиной критической массы Это позволяет увеличить коэффициент термоядерности боеприпаса.
В термоядерных комбинированных зарядах в качестве термоядерного горючего используется дейтерид лития (LiD). Для "запала" реакции синтеза служит реакция деления урана-235. В целях получения нейтронов высокой энергии для протекания реакции (1.18) уже в самом начале ядерного процесса в ядерный заряд помещается ампула с тритием (1Н3).Нейтроны же деления необходимы для получения трития из лития в начальный период реакции В последующем воспроизводство трития будет происходить за счет нейтронов, выделяющихся при реакциях синтеза дейтерия и трития, а также деления урана-238 (самого распространенного и наиболее дешевого природного урана), которым специально окружается зона реакции в виде оболочки Наличие такой оболочки позволяет не только осуществить лавинообразную термоядерную реакцию, но и получить дополнительную энергию взрыва, так как при высокой плотности потока нейтронов с энергией более 10 МэВ реакция деления ядер урана-238 протекает достаточно эффективно При этом количество высвобождаемой энергии становится очень большим и в боеприпасах крупного и сверхкрупного калибров может составить до 80 % всей энергии комбинированного термоядерного боеприпаса.
Классификация ядерных боеприпасов
Ядерные боеприпасы классифицируют по мощности выделяемой энергии ядерного заряда, а также по типу используемой в них ядерной реакции Для характеристики мощности боеприпаса применяется понятие "тротиловый эквивалент" -это такая масса тротила, энергия взрыва которого роена энергии, выделяемой при воздушном взрыве ядерного боеприпжа (заряда) Тротиловый эквивалент обозначается буквой § и измеряется в тоннах (т), тысячах тонн (кг), миллионах тонн (Мт)
По мощности ядерные боеприпасы условно подразделяются на пять калибров.
Калибр ядерного боеприпаса
Тротиловый эквивалент тыс. т.
Сверхмалый До 1
Средний 10-100
Крупный 100-1000
Сверхкрупный Более 1000
Классификация ядерных взрывов по видам и мощности. Поражающие факторы ядерного взрыва.
В зависимости от задач, решаемых с применением ядерного оружия, ядерные взрывы могут производиться в воздухе, на по- верхности земли и воды, под землей и водой. В соответствии с этим различают воздушный, наземный (надводный) и подземный (подводный) взрывы (рисунок. 3.1).
Воздушный ядерный взрыв – это взрыв, произведенный на высоте до 10 км, когда светящаяся область не касается земли (во- ды). Воздушные взрывы подразделяются на низкие и высокие. Сильное радиоактивное заражение местности образуется только вблизи эпицентров низких воздушных взрывов. Заражение местно- сти по следу облака существенного влияния на действия личного состава не оказывает. Наиболее полно при воздушном ядерном взрыве проявляются ударная волна, световое излучение, проника- ющая радиация и ЭМИ.
Наземный (надводный) ядерный взрыв – это взрыв, произве- денный на поверхности земли (воды), при котором светящаяся об- ласть касается поверхности земли (воды), а пылевой (водяной) столб с момента образовании соединен с облаком взрыва. 50 Характерной особенностью наземного (надводного) ядерного взрыва является сильное радиоактивное заражение местности (во- ды) как в районе взрыва, так и по направлению движения облака взрыва. Поражающими факторами этого взрыва являются ударная волна, световое излучение, проникающая радиация, радиоактивное заражение местности и ЭМИ.
Подземный (подводный) ядерный взрыв – это взрыв, про- изведенный под землей (под водой) и характеризующийся выбро- сом большого количества грунта (воды), перемешанного с продук- тами ядерного взрывчатого вещества (осколками деления урана- 235 или плутония-239). Поражающее и разрушающее действие подземного ядерного взрыва определяется в основном сейсмо- взрывными волнами (основной поражающий фактор), образовани- ем воронки в грунте и сильным радиоактивным заражением мест- ности. Световое излучение и проникающая радиация отсутствуют. Характерным для подводного взрыва является образование султана (столба воды), базисной волны, образующейся при обрушении сул- тана (столба воды).
Воздушный ядерный взрыв начинается кратковременной осле- пительной вспышкой, свет от которой можно наблюдать на рассто- янии нескольких десятков и сот километров. Вслед за вспышкой появляется светящаяся область в виде сферы или полусферы (при наземном взрыве), являющаяся источником мощного светового излучения. Одновременно из зоны взрыва в окружающую среду распространяется мощный поток гамма-излучения и нейтронов, которые образуются в ходе цепной ядерной реакции и в процессе распада радиоактивных осколков деления ядерного заряда. Гамма- кванты и нейтроны, испускаемые при ядерном взрыве, называют проникающей радиацией. Под действием мгновенного гамма- излучения происходит ионизация атомов окружающей среды, ко- торая приводит к возникновению электрических и магнитных по- лей. Эти поля, ввиду их кратковременности действия, принято называть электромагнитным импульсом ядерного взрыва.
В центре ядерного взрыва температура мгновенно повышается до нескольких миллионов градусов, в результате чего вещество за- ряда превращается в высокотемпературную плазму, испускающую рентгеновское излучение. Давление газообразных продуктов вна- чале достигает нескольких миллиардов атмосфер. Сфера раскален- ных газов светящейся области, стремясь расшириться, сжимает прилегающие слои воздуха, создает резкий перепад давления на границе сжатого слоя и образует ударную волну, которая распро- 51 страняется от центра взрыва в различных направлениях. Так как плотность газов, составляющих огненный шар, намного ниже плотности окружающего воздуха, то шар быстро поднимается вверх. При этом образуется облако грибовидной формы, содержа- щее газы, пары воды, мелкие частицы грунта и огромное количе- ство радиоактивных продуктов взрыва. По достижении максималь- ной высоты облако под действием воздушных течений переносится на большие расстояния, рассеивается и радиоактивные продукты выпадают на поверхность земли, создавая радиоактивное зараже- ние местности и объектов.
В военных целях;
По мощности:
Сверхмалые (менее 1 тыс. т. тротила);
Малые (1 - 10 тыс. т.);
Средние (10-100 тыс. т);
Крупные (100 тыс. т. -1 Мт);
Сверхкрупные (свыше 1 Мт).
По виду взрыва:
Высотный (свыше 10 км);
Воздушный (световая облако не достигает поверхности Земли);
Наземный;
Надводный;
Подземный;
Подводный.
Поражающее факторы ядерного взрыва. Поражающими факторами ядерного взрыва являются:
Ударная волна (50 % энергии взрыва);
Световое излучение (35 % энергии взрыва);
Проникающая радиация (45 % энергии взрыва);
Радиоактивное заражение (10 % энергии взрыва);
Электромагнитный импульс (1% энергии взрыва);
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.
