3.2. Ядерні вибухи

3.2.1. Класифікація ядерних вибухів

Ядерна зброя розроблена в США під час Другої світової війни в основному зусиллями європейських вчених (Ейнштейн, Бор, Фермі та ін.). Перше випробування цієї зброї відбулося у США на полігоні Аламогордо 16 липня 1945 р. (у цей час у переможеній Німеччині проходила Потсдамська конференція). А лише через 20 днів, 6 серпня 1945 р., на японське місто Хіросіму без будь-якої військової необхідності і доцільності було скинуто атомну бомбу колосальної на той час потужності - 20 кілотонн. Через три дні, 9 серпня 1945 р., атомне бомбардування було піддано друге японське місто - Нагасакі. Наслідки ядерних вибухів були жахливими. У Хіросімі з 255 тис. жителів було вбито або поранено майже 130 тис. осіб. Із майже 200 тис. жителів Нагасакі було вражено понад 50 тис. людей.

Потім ядерна зброя була виготовлена ​​та випробовувалась у СРСР (1949), у Великобританії (1952), у Франції (1960), у Китаї (1964). Наразі у науково-технічному відношенні до виробництва ядерної зброї готові понад 30 держав світу.

Тепер є ядерні заряди, які використовують реакцію поділу урану-235 і плутонію-239 і термоядерні заряди, в яких використовується (під час вибуху) реакція синтезу. При захопленні одного нейтрону ядро ​​урану-235 ділиться на два уламки, виділяючи гамма - кванти і ще два нейтрони (2,47 нейтрону для урану-235 і 2,91 нейтрону для плутонію - 239). Якщо маса урану більша за третину, то ці два нейтрони ділять ще два ядра, виділяючи вже чотири нейтрони. Після поділу наступних чотирьох ядер виділяються вісім нейтронів тощо. Відбувається ланцюгова реакція, що призводить до ядерного вибуху.

Класифікація ядерних вибухів:

За типом заряду:

- ядерні (атомні) – реакція поділу;

- термоядерні – реакція синтезу;

- нейтронні – великий потік нейтронів;

- комбіновані.

По призначенню:

Випробувальні;

З мирною метою;

- у військових цілях;

За потужністю:

- надмалі (менше 1 тис. т. тротилу);

- малі (1 – 10 тис. т.);

- середні (10-100 тис. т);

- великі (100 тис. т. -1 Мт);

- надвеликі (понад 1 Мт).

За видом вибуху:

- висотний (понад 10 км);

- повітряна (світлова хмара не досягає поверхні Землі);

Наземний;

Надводний;

Підземний;

Підводний.

Вражаючі чинники ядерного вибуху. Вражаючими факторами ядерного вибуху є:

- ударна хвиля (50% енергії вибуху);

- світлове випромінювання (35% енергії вибуху);

- проникаюча радіація (45% енергії вибуху);

- радіоактивне зараження (10% енергії вибуху);

- електромагнітний імпульс (1% енергії вибуху);

Ударна хвиля (УХ) (50% енергії вибуху). УХ - це зона сильного стиснення повітря, яка поширюється з надзвуковою швидкістю на всі боки від центру вибуху. Джерелом ударної хвилі є високий тиск у центрі вибуху, що сягає 100 млрд. кПа. Продукти вибуху, а також дуже нагріте повітря, розширюючись, стискають навколишній шар повітря. Цей шар стиснутий повітря і стискає наступний шар. Таким чином, тиск передається від одного шару до іншого, створюючи УХ. Передній рубіж стисненого повітря називається фронтом УХ.

Основними параметрами УХ є:

- надлишковий тиск;

- швидкісний натиск;

- час дії ударної хвилі.

Надлишковий тиск - це різниця між максимальним тиском у фронті УХ та атмосферним тиском.

Г ф = Г ф. макс -Р 0

Вимірюється в кПа або кгс/см2 (1 агм = 1,033 кгс/см2 = 101,3 кПа; 1 атм = 100 кПа).

Значення надлишкового тиску в основному залежить від потужності та виду вибуху, а також від відстані до центру вибуху.

Воно може досягати 100 кПа під час вибухів потужністю 1 мт і більше.

Надлишковий тиск швидко зменшується з віддаленням від епіцентру вибуху.

Швидкісний напір повітря - це динамічна навантаження, що створює потік повітря, позначається Р, вимірюється в кПа. Величина швидкісного тиску повітря залежить від швидкості і щільності повітря за фронтом хвилі і тісно пов'язана зі значенням максимального надлишкового тиску ударної хвилі. Швидкісний напір помітно діє при надмірному тиску понад 50 кПа.

Час дії ударної хвилі (надлишкового тиску) вимірюється в секундах. Чим більший час дії, тим більша вражаюча дія УХ. УХ ядерного вибуху середньої потужності (10-100 кт) проходить 1000 м за 1,4 с, 2000 м за 4 с; 5000 м. – за 12 с. УХ вражає людей та руйнує будівлі, споруди, об'єкти та техніку зв'язку.

На незахищених людей ударна хвиля впливає безпосередньо і опосередковано (непрямі поразки - це поразки, які наносяться людині уламками будівель, споруд, осколками скла та іншими предметами, які під дією швидкісного тиску повітря переміщуються з великою швидкістю). Травми, що виникають внаслідок дії ударної хвилі, поділяють на:

- легкі, притаманні РФ=20 - 40 кПа;

- /span> середні, притаманні РФ=40 - 60 кПа:

- важкі, притаманні РФ=60 - 100 кПа;

- Дуже важкі, притаманні РФ вище 100 кПа.

При вибуху потужністю 1 Мт незахищені люди можуть отримати легкі травми, перебуваючи від епіцентру вибуху за 4,5 - 7 км, важкі - по 2 - 4 км.

Для захисту від УХ використовуються спеціальні сховища, а також підвали, підземні виробки, шахти, природні укриття, складки місцевості та ін.

Обсяг та характер руйнування будівель та споруд залежить від потужності та виду вибуху, відстані від епіцентру вибуху, міцності та розмірів будівель та споруд. З наземних будівель та споруд найбільш стійкими є монолітні залізобетонні споруди, будинки з металевим каркасом та будівлі антисейсмічної конструкції. При ядерному вибуху потужністю 5 Мт залізобетонні конструкції руйнуватимуться в радіусі 6,5 км., цегляні будинки – до 7,8 км., дерев'яні будуть повністю зруйновані в радіусі 18 км.

УХ має властивість проникати в приміщення через віконні та дверні отвори, викликаючи руйнування перегородок та апаратури. Технологічне обладнання стійкіше та руйнується головним чином внаслідок обвалення стін та перекриття будинків, у яких воно змонтоване.

Світлове випромінювання (35% енергії вибуху). Світлове випромінювання (СВ) є електромагнітним випромінюванням в ультрафіолетовій, видимій та інфрачервоній областях спектру. Джерелом СВ є область, що світиться, яка поширюється зі швидкістю світла (300 000 км/с). Час існування області, що світиться, залежить від потужності вибуху і становить для зарядів різних калібрів: надмалого калібру - десяті частини секунди, середнього - 2 - 5 с, надвеликого - кілька десятків секунд. Розмір світиться для надмалого калібру - 50-300 м, середнього 50 - 1000 м, надвеликого - кілька кілометрів.

Основним параметром, що характеризує СВ є світловий імпульс. Вимірюється в калоріях на 1 см 2 поверхні, розташованої перпендикулярно до напрямку прямого випромінювання, а також у кілоджоулях на м 2:

1 кал/см2 = 42 кДж/м2.

Залежно від величини сприйнятого світлового імпульсу та глибини ураження шкірного покриву у людини виникають опіки трьох ступенів:

- опіки i ступеня характеризуються почервонінням шкіри, припухлістю, хворобливістю, що викликаються світловим імпульсом 100-200 кДж/м 2 ;

- опіки II ступеня (пухирі) виникають при світловому імпульсі 200...400 кДж/м 2 ;

- опіки III ступеня (виразки, омертвіння шкіри) з'являються за величиною світлового імпульсу 400-500 кДж/м 2 .

Велика величина імпульсу (понад 600 кДж/м 2 ) викликає обвуглювання шкіри.

Під час ядерного вибуху 20 кт опіки І ступеня спостерігатимуться в радіусі 4,0 км., 11 ступеня – в межах 2,8 кт, ІІІ ступеня – у радіусі 1,8 км.

При потужності вибуху 1 Мт ці відстані збільшуються до 26,8 км, 18,6 км і 14,8 км. відповідно.

СВ поширюється прямолінійно і проходить крізь непрозорі матеріали. Тому будь-яка перешкода (стіна, ліс, броня, густий туман, пагорби тощо) здатна утворити зону тіні, що захищає від світлового випромінювання.

Найсильнішим ефектом СВ є пожежі. На розмір пожеж впливають такі чинники, як і стан забудови.

При щільності забудови понад 20% вогнища пожежі можуть злитися в суцільну пожежу.

Втрати від пожежі Другої світової війни склали 80%. За відомого бомбардування Гамбурга одночасно підпалювалося 16 тис. будинків. Температура в районі пожеж сягала 800°С.

СВ значно посилює дію УХ.

Проникаюча радіація (45% енергії вибуху) викликається випромінюванням та потоком нейтронів, які поширюються на кілька кілометрів навколо ядерного вибуху, іонізуючи атоми цього середовища. Ступінь іонізації залежить від дози випромінювання, одиницею вимірювання якої є рентген (в 1 см сухого повітря при температурі і тиску 760 мм рт. ст. утворюється близько двох мільярдів пар іонів). Іонізуюча здатність нейтронів оцінюється в екологічних еквівалентах рентгену (Бер - доза нейтронів, вплив яких дорівнює впливовим рентгенам випромінювання).

Вплив проникаючої радіації людей викликає у них променеву хворобу. Променева хвороба i ступеня (загальна слабкість, нудота, запаморочення, спітнілість) розвивається здебільшого при дозі 100 – 200 рад.

Променева хвороба II ступеня (блювання, різкий головний біль) виникає при дозі 250-400 порад.

Променева хвороба ІІІ ступеня (50% помирає) розвивається при дозі 400 – 600 рад.

Променева хвороба IV ступеня (переважно настає смерть) виникає при опроміненні понад 600 порад.

При ядерних вибухах малої потужності вплив проникаючої радіації значніший, ніж УХ та світлового опромінення. Зі збільшенням потужності вибуху відносна частка поразок проникаючої радіації зменшується, оскільки зростає кількість травм та опіків. Радіус ураження проникаючою радіацією обмежується 4 – 5 км. незалежно від збільшення потужності вибуху.

Проникаюча радіація суттєво впливає на ефективність роботи радіоелектронної апаратури та систем зв'язку. Імпульсне випромінювання, потік нейтронів порушують функціонування багатьох електронних систем, особливо тих, що працюють в імпульсному режимі, викликаючи перерви в електропостачанні, замикання трансформаторів, підвищення напруги, спотворення форми і величини електричних сигналів.

У цьому випромінювання викликає тимчасові перерви у роботі апаратури, а потік нейтронів - незворотні зміни.

Для діодів при щільності потоку 1011 (германієві) і 1012 (кремнієві) нейтронів/ем 2 змінюються характеристики прямого та зворотного струмів.

У транзисторах зменшується коефіцієнт посилення струму та збільшується зворотний струм колектора. Кремнієві транзистори більш стійкі та зберігають свої зміцнюючі властивості при потоках нейтронів понад 1014 нейтронів/см 2 .

Електровакуумні прилади стійкі та зберігають свої властивості до щільності потоку 571015 - 571016 нейтронів/см2.

Резистори та конденсатори стійкі до густини 1018 нейтронів/см 2 . Потім у резисторів змінюється провідність, у конденсаторів збільшуються витоки та втрати, особливо для електролічильних конденсаторів.

Радіоактивне зараження (до 10% енергії ядерного вибуху) виникає через наведену радіацію, випадання на землю уламків поділу ядерного заряду та частини залишкового урану-235 або плутонію-239.

Радіоактивне зараження місцевості характеризується рівнем радіації, що вимірюється у рентгенах на годину.

Випадання радіоактивних речовин триває під час руху радіоактивної хмари під впливом вітру, унаслідок чого лежить на поверхні землі утворюється радіоактивний слід як смуги зараженої місцевості. Довжина сліду може досягати кількох десятків кілометрів і навіть сотень кілометрів, а ширина – десятків кілометрів.

Залежно від ступеня зараження та можливих наслідків опромінення виділяють 4 зони: помірного, сильного, небезпечного та надзвичайно небезпечного зараження.

Для зручності вирішення проблеми оцінки радіаційної обстановки кордону зон прийнято характеризувати рівнями радіації на 1 годину після вибуху (Р а) та 10 год після вибуху, Р 10 . Також встановлюють значення доз гамма-випромінювання Д, які одержують за час від 1 години після вибуху до розпаду радіоактивних речовин.

Зона помірного зараження (зона А) – Д = 40,0-400 рад. Рівень радіації на зовнішній межі зони Р в = 8 Р/год., Р 10 = 0,5 Р/год. У зоні А роботи на об'єктах, як правило, не зупиняються. На відкритій місцевості, розташованої в середині зони або біля її внутрішнього кордону, роботи припиняються на кілька годин.

Зона сильного зараження (зона Б) - Д = 4000-1200 порад. Рівень радіації на зовнішньому кордоні Р в = 80 Р/год., Р 10 = 5 Р/год. Роботи зупиняються на 1 добу. Люди ховаються у сховищах чи евакуюються.

Зона небезпечного зараження (зона В) – Д = 1200 – 4000 рад. Рівень радіації на зовнішньому кордоні Р в = 240 Р/год., Р 10 = 15 Р/год. У цій зоні роботи на об'єктах зупиняються від 1 до 3-4 діб. Люди евакуюються або ховаються у захисних спорудах.

Зона надзвичайно небезпечного зараження (зона Г) на зовнішньому кордоні Д = 4000 рад. Рівні радіації Р в = 800 Р/год., Р 10 = 50 Р/год. Роботи зупиняються на кілька діб та поновлюються після спаду рівня радіації до безпечного значення.

Наприклад на рис. 23 показані розміри зон А, Б, В, Г, які утворюються під час вибуху потужністю 500 кт та швидкості вітру 50 км/год.

Характерною особливістю радіоактивного зараження під час ядерних вибухів є порівняно швидкий спад рівнів радіації.

Великий вплив на характер зараження справляє висота вибуху. При висотних вибухах радіоактивна хмара піднімається на значну висоту, зноситься вітром та розсіюється на великому просторі.

Таблиця

Залежність рівня радіації від часу після вибуху

Час після вибуху, год.
	Рівень радіації, %				43,5		27,0		19,0		14,5		11,6				7,15				5,05						0,96

Перебування людей на зараженій місцевості викликає їхнє опромінення радіоактивними речовинами. Крім того, радіоактивні частинки можуть потрапляти всередину організму, осідати на відкритих ділянках тіла, проникати в кров через рани, подряпини, викликаючи той чи інший ступінь променевої хвороби.

Для умов військового часу безпечною дозою загального одноразового опромінення вважаються такі дози: протягом 4 діб – не більше ніж 50 порад, 10 діб – не більше 100 порад, 3 місяці – 200 порад, за рік – не більше 300 рад.

p align="justify"> Для роботи на зараженій місцевості використовуються засоби індивідуального захисту, при виході з зараженої зони проводиться дезактивація, а люди підлягають санітарній обробці.

Для захисту людей використовуються притулки та укриття. Кожна споруда оцінюється коефіцієнтом ослаблення До услу, під яким розуміють число, що вказує, у скільки разів доза опромінення в сховищі менша за дозу опромінення на відкритій місцевості. Для кам'яних будинків До посуду – 10, автомобіля – 2, танк – 10, підвалів – 40, для спеціально обладнаних сховищ він може бути ще більшим (до 500).

Електромагнітний імпульс (EMI) (1 % енергії вибуху) є короткочасним сплеском напруги електричного і магнітного полів і струмів внаслідок руху електронів від центру вибуху, що виникають внаслідок іонізації повітря. Амплітуда EMI дуже швидко зменшується за експонентом. Тривалість імпульсу дорівнює сотій частині мікросекунди (рис. 25). За першим імпульсом внаслідок взаємодії електронів із магнітним полем Землі виникає другий, більш тривалий імпульс.

Діапазон частот ЕМІ – до 100 м Гц, але здебільшого його енергія розподілена біля середньо-частотного діапазону 10-15 кГц. Вражаюча дія EMI – кілька кілометрів від центру вибуху. Так, при наземному вибуху потужністю 1 Мт вертикальна складова електричного поля EMI на відстані 2 км. від центру вибуху – 13 кВ/м, на 3 км – 6 кВ/м, 4 км – 3 кВ/м.

EMI безпосередньо на тіло людини не впливає.

Оцінюючи на електронну апаратуру EMI потрібно враховувати і одночасне вплив EMI - випромінювання. Під впливом випромінювання збільшується провідність транзисторів, мікросхем, а під впливом EMI відбувається пробивання. EMI є надзвичайно ефективним засобомдля ушкодження електронної апаратури. У програмі СОІ передбачено проведення спеціальних вибухів, у яких створюється EMI, достатній знищення електроніки.

Усі творці ядерної зброї щиро вважали, що вони роблять добру справу, рятуючи світ від «коричневої чуми», «комуністичної зарази» та «імперіалістичної експансії». Для країн, які прагнули володіти енергією атома, це було архіважливим завданням — бомба виступала символом та гарантом їх національної безпекита спокійного майбутнього. Найбільш смертоносне з усіх винайдених людиною знарядь вбивства в очах творців було найпотужнішим гарантом світу на Землі.

В основі поділу та синтезу

Десятиліття, що минули після сумних подій початку серпня 1945 року - вибухів американських атомних бомб над японськими містами Хіросіма та Нагасакі, - підтвердили правоту вчених, які дали в руки політиків небувалу зброю нападу та відплати. Двох бойових застосувань цілком вистачило для того, щоб ми змогли прожити 60 років, обходячись у військових діях без застосування ядерної зброї. І дуже хочеться сподіватися на те, що даний видзброї так і залишиться головним стримуючим фактором нової світової війни і ніколи не буде застосовано за бойовим призначенням.

Ядерну зброю визначають як "зброю масового ураження вибухової дії, засновану на використанні енергії, що виділяється при ядерних реакціях поділу або синтезу". Відповідно ядерні заряди поділяють на ядерні та термоядерні. Шляхи визволення енергії атомного ядра з допомогою розподілу чи синтезу були зрозумілі фізикам вже наприкінці 1930-х. Перший шлях припускав ланцюгову реакцію поділу ядер важких елементів, другий - злиття ядер легких елементів із заснуванням більш важкого ядра. Потужність ядерного заряду зазвичай виражають через «тротиловий еквівалент», тобто кількість звичайної вибухової речовини тротилу, яку потрібно висадити в повітря, щоб вивільнилася така ж енергія. Одна ядерна бомба може бути еквівалентна за такою шкалою мільйону тонн тротилу, проте наслідки від її вибуху можуть виявитися набагато гіршими, ніж від вибуху мільярда тонн звичайної вибухівки.

Наслідки збагачення

Для отримання ядерної енергії шляхом поділу особливий інтерес являють собою ядра ізотопів урану з атомною вагою 233 і 235 (233 U і 235 U) і плутонію - 239 (239 Pu), що діляться під впливом нейтронів. Зв'язок частинок у всіх ядрах обумовлена ​​сильною взаємодією, особливо ефективною на малих відстанях. У великих ядрах важких елементів цей зв'язок слабший, оскільки електростатичні сили відштовхування між протонами як би «розпушують» ядро. Розпад ядра важкого елемента під дією нейтрону на два осколки, що швидко летять, супроводжується вивільненням великої кількості енергії, випусканням гамма-квантів і нейтронів - в середньому 2,46 нейтрону на одне розпалося уранове ядро ​​і 3,0 - на одне плутонієве. Завдяки тому, що при розпаді ядер кількість нейтронів різко зростає, реакція поділу може миттєво охопити все ядерне пальне. Так відбувається при досягненні критичної маси, коли починається ланцюгова реакція поділу, що призводить до атомного вибуху.

1 - корпус
2 – вибуховий механізм
3 - звичайна вибухова речовина
4 - електродетонатор
5 - нейтронний відбивач
6 - ядерне пальне (235U)
7 - джерело нейтронів
8 - процес обтиснення ядерного пального спрямованим усередину вибухом

Залежно від способу одержання критичної маси розрізняють атомні боєприпаси гарматного та імплозивного типу. У простому боєприпасі гарматного типу дві маси 235 U, кожна з яких менша за критичну, з'єднуються за допомогою заряду звичайної вибухової речовини (ВВ) шляхом пострілу зі своєрідної внутрішньої гармати. Ядерне пальне можна розділити і на більша кількістьчастин, які з'єднуватимуться вибухом навколишнього ВВ. Така схема складніша, але дозволяє досягати більших потужностей заряду.

У боєприпасі імплозивного типу уран 235 U або плутоній 239 Pu обжимається вибухом розташованої навколо них звичайної вибухової речовини. Під дією вибухової хвилі щільність урану або плутонію різко підвищується і «надкритична маса» досягається при меншій кількості матеріалу, що ділиться. Для більш ефективного протікання ланцюгової реакції пальне в боєприпасах обох типів оточують нейтронним відбивачем, наприклад, на основі берилію, а для ініціювання реакції в центрі заряду мають джерело нейтронів.

Ізотопу 235 U, необхідного для створення ядерного заряду, в природному урані міститься всього 0,7%, решта - стабільний ізотоп 238 U. Для отримання достатньої кількості матеріалу, що розділяється, роблять збагачення природного урану, і це було однією з найскладніших в технічному плані завдань при створенні атомної бомби. Плутоній отримують штучно - він накопичується у промислових ядерних реакторах, за рахунок перетворення 238 U на 239 Pu під дією потоку нейтронів.

Клуб взаємного залякування
Вибух радянської ядерної бомби 29 серпня 1949 року повідомив про закінчення американської ядерної монополії. Але ядерні перегони тільки розгорталися, до них дуже скоро приєдналися нові учасники.

3 жовтня 1952 року вибухом власного заряду заявила вступ до «ядерний клуб» Великобританія, 13 лютого 1960 року - Франція, а 16 жовтня 1964 року - Китай.

Політична дія ядерної зброї як засобу взаємного шантажу добре відома. Загроза швидкого завдання противнику потужного ядерного удару у відповідь була і залишається головним стримуючим фактором, що змушує агресора шукати інші шляхи ведення військових дій. Це виявилося і в специфічному характері третьої світової війни, що обережно називалася «холодною».

Офіційна «ядерна стратегія» добре відбивала оцінку загальної військової могутності. Так, якщо цілком упевнена у своїй силі держава СРСР у 1982 році оголосила про «незастосування ядерної зброї першою», то єльцинська Росія змушена була оголосити про можливість застосування ядерної зброї навіть проти «неядерного» супротивника. «Ракетно-ядерний щит» і сьогодні залишився головною гарантією від зовнішньої небезпеки та однією з основних опор самостійної політики. США в 2003 році, коли агресія проти Іраку була вже вирішеною справою, від балачки про «несмертельну» зброю перейшли до загрози «можливого використання тактичної ядерної зброї». Інший приклад. Вже у перші роки ХХІ століття «ядерний клуб» поповнили Індія та Пакистан. І майже відразу відбулося різке загострення протистояння на їхньому кордоні.

Експерти МАГАТЕ та преса давно стверджують, що Ізраїль «у змозі» виробити кілька десятків ядерних боєприпасів. Ізраїльтяни воліють загадково посміхатися - сама можливість наявності ядерної зброї залишається потужним засобом тиску навіть у регіональних конфліктах.

Згідно з імплозивною схемою

При достатньому зближенні ядер легких елементів між ними починають діяти ядерні сили тяжіння, що уможливлює синтез ядер більш важких елементів, який, як відомо, продуктивніший за розпад. Повний синтез в 1 кг суміші, оптимальної для термоядерної реакції, дає енергії в 3,7-4,2 рази більше, ніж повний розпад 1 кг урану 235 U. До того ж для термоядерного заряду немає поняття критичної маси, а саме це обмежує можливу потужність ядерного заряду кількома сотнями кілотонн. Синтез дозволяє досягти рівня потужності мегатонни тротилового еквівалента. Але для цього ядра треба зблизити на таку відстань, при якій виявляться сильні взаємодії – 10 –15 м. Зближенню перешкоджає електростатичне відштовхування між позитивно зарядженими ядрами. Щоб подолати цей бар'єр, треба розігріти речовину до температури в десятки мільйонів градусів (звідки назва «термоядерна реакція»). При досягненні надвисоких температур та стану щільної іонізованої плазми ймовірність початку реакції синтезу різко підвищується. Найбільші шанси мають ядра важкого (дейтерій, D) та надважкого (тритій, T) ізотопів водню, тому перші термоядерні заряди і називали «водневими». При синтезі утворюють ізотоп гелію 4 Нe. Справа залишається за малим – досягти таких високих температур та тиску, які бувають усередині зірок. Термоядерні боєприпаси ділять на двофазні (поділ синтез) і трифазні (поділ синтез-поділ). Однофазним розподілом вважається ядерний чи «атомний» заряд. Першу схему двофазного заряду було знайдено на початку 1950-х Я.Б. Зельдович, А.Д. Сахаровим та Ю.А. Трутневим в СРСР та Е. Теллером та С. Уламом у США. В основі лежала ідея «радіаційної імплозії» - методу, при якому нагрівання та обтискання термоядерного заряду відбуваються за рахунок випаровування оболонки, що його оточує. У процесі виходив цілий каскад вибухів – звичайна вибухівка запускала атомну бомбу, а атомна бомба підпалювала термоядерну. Як термоядерне паливо тоді використовували дейтерид літію-6 (6 LiD). При ядерному вибуху ізотоп 6 Li активно захоплював нейтрони поділу, розпадаючись на гелій і тритій, утворюючи необхідну реакції синтезу суміш дейтерію і тритію.

22 листопада 1955 року було підірвано першу радянську термоядерну бомбу проектною потужністю близько 3 Мт (за рахунок заміни частини 6 LiD на пасивний матеріал потужність знизили до 1,6 Мт). Це була досконаліша зброя, ніж громіздкий стаціонарний пристрій, підірваний американцями трьома роками раніше. А 23 лютого 1958 року вже на Новій Землі зазнали наступного, потужнішого заряду конструкції Ю.А. Трутнєва та Ю.М. Бабаєва, який став основою подальшого розвитку вітчизняних термоядерних зарядів.

У трифазній схемі термоядерний заряд оточений ще й оболонкою з 238 U. Під впливом нейтронів високих енергій, що утворюються при термоядерному вибуху, відбувається розподіл ядер 238 U, який робить додатковий внесок в енергію вибуху.

Детонацію ядерних боєприпасів забезпечують складні багатоступінчасті системи, що включають блокувальні пристрої, виконавчі, допоміжні, дублюючі вузли. Свідченням їхньої надійності та міцності корпусів боєприпасів може бути те, що жодна з багатьох аварій з ядерною зброєю, що трапилися за 60 років, не викликала вибуху або радіоактивного витоку. Бомби горіли, потрапляли в авто- та залізничні катастрофи, відривалися від літаків і падали на землю та в море, але жодна при цьому не вибухнула спонтанно.

Термоядерні реакції перетворюють на енергію вибуху всього 1-2% маси речовини, що реагує, і це далеко не межа з точки зору сучасної фізики. Значно високих потужностей можна досягти, використовуючи реакцію анігіляції (взаємознищення речовини та антиречовини). Але поки що реалізація таких процесів у «макромасштабах» - сфера теорії.

Вражаюча дія повітряного ядерного вибуху потужністю 20 кт. Для наочності вражаючі чинники ядерного вибуху розкладені по окремих лінійках. Прийнято розрізняти зони помірного (зона А, доза радіації, отримана за час повного розпаду, від 40 до 400 р), сильного (зона Б, 400-1200 р), небезпечного (зона В, 1200-4000 р), особливо небезпечного (зона Г, надзвичайна, 4000-10000 р) зараження

Мертві пустелі
Вражаючі чинники ядерної зброї, можливі способи їх посилення, з одного боку, та захисту від них - з іншого перевірялися в ході численних випробувань, у тому числі за участю військ. У Радянської Арміїпровели два військові навчання з реальним застосуванням ядерної зброї – 14 вересня 1954 року на Тоцькому полігоні (Оренбурзька область) та 10 вересня 1956 року на Семипалатинському. Про це у вітчизняній пресі у Останніми рокамивийшло багато публікацій, у яких чомусь упустили той факт, що у США провели вісім аналогічних військових навчань. Одне з них - "Дезерт Рок-IV" - пройшло приблизно в той же час, що і Тоцьке, в Юкка-Флет (штат Невада).

1 - ініціювальний ядерний заряд (з розділеним на частини ядерним пальним)
2 - термоядерне пальне (суміш D і T)
3 - ядерне пальне (238U)
4 - ініціювальний ядерний заряд після підриву шашок звичайного ВР
5 – джерело нейтронів. Випромінювання, викликане спрацюванням ядерного заряду, породжує радіаційну імплозію (випаровування) оболонки з 238U, що стискає та підпалює термоядерне паливо.

Реактивна катапульта

Будь-яка зброя повинна мати спосіб доставки боєприпасу до мети. Для ядерних і термоядерних зарядів таких способів придумано чимало різних видів збройних сил і пологів військ. Ядерну зброю прийнято розділяти на «стратегічну» та «тактичну». «Стратегічні наступальні озброєння» (СНО) призначені передусім поразки біля противника цілей, найважливіших щодо його економіки та збройних сил. Основними елементами СНО є міжконтинентальні балістичні ракети наземного базування (МБР), балістичні ракети підводних човнів (БРПЛ) та стратегічні бомбардувальники. У таке поєднання отримало назву «ядерної тріади». У СРСР основна роль відводилася Ракетним військам стратегічного призначення, чиє угруповання стратегічних МБР служило для супротивника головним стримуючим чинником. На ракетні підводні крейсера, які вважалися менш уразливими при ядерному нападі супротивника, покладалося завдання удару у відповідь. Бомбардувальники призначалися для продовження війни після обміну ядерними ударами. Тактична зброя – зброя поля бою.

Діапазон потужності
За потужністю ядерних боєприпасів їх ділять на надмалі (до 1 кт), малі (від 1 до 10 кт), середні (від 10 до 100 кт), великі (від 100 кт до 1 Мт), надвеликі (понад 1 Мт). Тобто Хіросіма та Нагасакі опиняються у нижній частині шкали «середніх» боєприпасів.

У СРСР на полігоні Нова Земля 30 жовтня 1961 року підірвали найпотужніший термоядерний заряд (основні розробники - В.Б. Адамський, Ю.М. Бабаєв, А.Д. Сахаров, Ю.М. Смирнов та Ю.А. Трутнєв). Проектна потужність "супербомби" масою близько 26 т досягала 100 Мт, але для випробувань її "уполовинили" до 50 Мт, а підрив на висоті 4 000 м і ряд додаткових заходів виключили небезпечне радіоактивне забруднення місцевості. А.Д. Сахаров пропонував морякам виготовити гігантську торпеду зі стомегатонним зарядом для удару по портах та прибережних містах противника. За його спогадами: «контр-адмірал П.Ф. Фокін… був шокований «людоїдським характером» проекту і зауважив у розмові зі мною, що військові моряки звикли боротися зі озброєним противником у відкритому бою і що для нього огидна сама думка про таке масове вбивство» (цитується за А.Б. Колдобським «Стратегічний підводний» флот СРСР та Росії, минуле, сьогодення, майбутнє»). Видатний конструктор ядерної зброї Л.П. Феоктистів висловлюється про цю ідею: «У наших колах вона була широко відома і викликала і іронію своєю нездійсненністю, і повне неприйняття через блюзнірську, глибоко антигуманну сутність».

Американці свій найпотужніший вибух у 15 Мт зробили 1 березня 1954 року у атола Бікіні Тихому океані. І знову не без наслідків для японців - радіоактивні опади накрили японський траулер «Фукурю-мару», що знаходився більш ніж за 200 км від Бікіні. 23 рибалки отримали високу дозу радіації, один помер від променевої хвороби.

Найбільш «малою» тактичною ядерною зброєю вважатимуться американську систему «Деві Крокет» 1961 року - 120- і 155-мм безвідкатні гармати з ядерним снарядом в 0,01 кт. Втім, від системи невдовзі відмовилися. Ідею «атомної кулі» на основі каліфорнію-254 (штучно одержуваного елемента з дуже малою критичною масою) не стали і реалізовувати.

Ядерна зима
До кінця 1970-х років ядерний паритет протистоянь наддержав по всіх компонентах і безвихідь «ядерної стратегії» стали очевидними. І тут – дуже вчасно – вийшла на арену теорія «ядерної зими». З радянської сторони серед її творців називають академіками Н.М. Моїсеєва та Г.С. Голіцина, з американської – астронома К. Сагана. Г.С. Голіцин коротко так викладає наслідки ядерної війни: «Масові пожежі. Чорне небо від диму. Попіл та дим поглинають сонячне випромінювання. Атмосфера нагрівається, а поверхня остигає – сонячні промені до неї не доходять. Зменшуються всі ефекти, пов'язані з випарами. Припиняються мусони, які переносять вологу з океанів на континенти. Атмосфера стає сухою та холодною. Все живе гине. Тобто незалежно від наявності притулків і рівня радіації ті, хто вижив у ядерній війні, приречені на смерть просто від голоду та холоду. Теорія отримала своє «математичне» чисельне підтвердження і чимало розбурхала уми в 1980-і роки, хоча одразу зустріла неприйняття у наукових колах. Багато фахівців сходилися на думці про те, що теоретично ядерної зими наукова достовірність принесена в жертву гуманітарним, а точніше, політичним, прагненням - прискорити ядерне роззброєння. Цим і пояснюється її популярність.

Обмеження ядерних озброєнь було цілком логічним і стало успіхом не дипломатії та «екологів» (які часто стають просто інструментом поточної політики), а військової технології. Високоточна зброя, здатна на дальності в кілька сотень кілометрів «покласти» звичайний заряд з точністю до десятків метрів, генератори потужних електромагнітних імпульсів, що виводять з ладу радіоелектронні засоби, об'ємно-детонуючі та термобаричні боєприпаси, що створюють великі зони руйнування, дозволяють вирішувати ті ж самі завдання що й тактична ядерна зброя - без ризику викликати загальну ядерну катастрофу.

Варіації пусків

Керовані ракети – головний носій ядерної зброї. Ракети міжконтинентальної дальності з ядерними бойовими частинами – найгрізніша складова ядерних арсеналів. Боєголовка (бойовий блок) доставляється до мети за мінімальний час, при цьому являє собою ціль, що важко уражається. Зі зростанням точності влучення МБР перетворилися на засіб ураження добре захищених цілей, включаючи життєво важливі об'єкти військового та цивільного призначення. Суттєво підвищили ефективність ракетно-ядерної зброї боєголовки, що розділяються. Так, 20 боєприпасів по 50 кт ефективності аналогічні одному в 10 Мт. Головки індивідуального наведення, що розділилися, легше проривають систему протиракетної оборони (ПРО), ніж моноблочна. Розробка бойових блоків, що маневрують, траєкторію яких противник не може прорахувати, ще більше утруднила роботу ПРО.

МБР наземного базування зараз встановлюють або шахти, або на мобільні установки. Шахтна установка – найбільш захищена та готова до негайного пуску. Американська ракеташахтного базування «Мінітмен-3» може доставити на дальність до 13 000 км боєголовку з трьома блоками по 200 кт кожен, російська Р-36М - на 10 000 км боєголовку з 8 блоків мегатонного класу (можлива і моноблочна бойова). "Минометний" пуск (без яскравого смолоскипа двигуна), потужний комплекс засобів подолання ПРО посилюють грізний вигляд ракет Р-36М і Н, названих на Заході SS-18 "Сатана". Але шахта стаціонарна, як її не ховай, і згодом її точні координати опиняться у польотній програмі бойових блоків супротивника. Інший варіант базування стратегічних ракет – мобільний комплекс, за допомогою якого можна тримати супротивника у невіданні про місце пуску. Наприклад, бойовий залізничний ракетний комплекс, замаскований під звичайний потяг з пасажирськими та рефрижераторними вагонами. Пуск ракети (наприклад - РТ-23УТТХ з 10 бойовими блоками і дальністю стрільби до 10 000 км) можна зробити з будь-якої ділянки колії залізниці. Тяжкі всюдихідні колісні шасі дозволили розмістити пускові установки МБР і на них. Скажімо, російська універсальна ракета «Тополя-М» (РС-12М2 або SS-27) з моноблочною бойовою частиною та дальністю польоту до 10 000 км, поставлена ​​на бойове чергування наприкінці 1990-х, призначена для шахтних та мобільних ґрунтових установок, передбачено її базування та на підводні човни. Бойова частина цієї ракети при вазі 1,2 тонн має потужність 550 кт, тобто кожен кілограм ядерного заряду в даному випадку еквівалентний майже 500 тонн вибухівки.

Основний спосіб підвищити раптовість удару і залишити супротивнику менше часу на реакцію – скоротити підлітковий час, розмістивши пускові установки ближче до нього. Цим протистояння займалися дуже активно, створюючи оперативно-тактичні ракети. Договір, підписаний М. Горбачовим та Р. Рейганом 8 грудня 1987 року, призвів до скорочення ракет середньої (від 1000 до 5500 км) і меншої (від 500 до 1000 км) дальності. Причому на настійну вимогу американців до Договіру включили комплекс «Ока» з дальністю не більше 400 км, що не попадав під обмеження: унікальний комплекс пішов «під ніж». Але нині вже розроблено новий російський комплекс «Іскандер».

Потрапили під скорочення ракети середньої дальності досягали мети всього за 6-8 хвилин польоту, тоді як міжконтинентальні балістичні ракети, що залишилися на озброєнні, зазвичай знаходяться в дорозі 25-35 хвилин.

В американській ядерній стратегії вже років тридцять важлива роль відводиться крилатим ракетам. Їх переваги - висока точність, скритність польоту на малих висотах з огинанням рельєфу, мала помітність радіолокації і можливість нанесення масованого удару з декількох напрямків. Крилата ракета "Томагавк", що запускається з надводного корабля або підводного човна, може донести ядерну або звичайну боєголовку на дальність до 2500 км, долаючи цю відстань приблизно за 2,5 години.

Ракетодром під водою

Основу морських стратегічних сил становлять атомні підводні човни із ракетними комплексами підводного старту. Незважаючи на досконалі системи стеження за підводними човнами, рухливі «підводні ракетодроми» зберігають переваги скритності та раптовості дій. Балістична ракета підводного старту - виріб своєрідний за умовами розміщення та застосування. Велика дальність стрільби при широкій автономності плавання дозволяє човнам діяти ближче до своїх берегів, зменшуючи небезпеку того, що противник знищить човен до запуску ракет.

Можна порівняти два комплекси БРПЛ. Радянський атомний підводний човен типу «Акула» несе 20 ракет Р-39, на кожній – 10 бойових блоків індивідуального наведення потужністю по 100 кт, дальність стрілянини – 10 000 км. Американський човен типу «Огайо» несе 24 ракети «Трайдент-D5», кожен може доставити на 11 000-12 000 км 8 бойових блоків 475 кт, або 14 100-150 кт.

Нейтронна бомба
Різновидом термоядерних стали нейтронні боєприпаси, що характеризуються підвищеним виходом початкової радіації. Більшість енергії вибуху «відходить» у проникаючу радіацію, а основний внесок у неї роблять швидкі нейтрони. Так, якщо прийняти, що при повітряному вибуху звичайного ядерного боєприпасу 50% енергії «іде» в ударну хвилю, 30-35% - у світлове випромінювання та ЕМІ, 5- 10% - у проникаючу радіацію, решта - на радіоактивне зараження, то в нейтронному (для випадку, коли його ініціювальний та основний заряди вносять рівний внесок у енергоутворення) на ті ж фактори витрачається відповідно 40, 25, 30 та 5%. Результат: при надземному вибуху нейтронного боєприпасу в 1 кт руйнування споруд відбувається в радіусі до 430 м, лісові пожежі - до 340 м, натомість радіус, в якому людина миттєво «вистачає» 800 рад, становить 760 м, 100 рад (променева хвороба). 1650 м. Зона ураження живої сили зростає, зона руйнування зменшується. У США нейтронні боєприпаси зробили тактичними - у вигляді, скажімо, 203- та 155-мм снарядів потужністю від 1 до 10 кт.

Стратегія «бомберів»

Стратегічні бомбардувальники – американський В-52, радянські Ту-95 та М4 – були першим міжконтинентальним засобом ядерного нападу. МБР суттєво потіснили їх у цій ролі. Зі озброєнням стратегічних бомбардувальників крилатими ракетами - на кшталт американської AGM-86B або радянської Х-55 (обидві несуть заряд до 200 кт на дальність до 2 500 км), що дозволяють завдавати ударів, не входячи в зону дії ворожої ППО, - їх значення зросло.

На озброєнні авіації залишається і такий «простий» засіб, як ядерна авіабомба, що вільно падає, наприклад американська В-61/83 з зарядом від 0,3 до 170 кт. Ядерні бойові заряди створювали для комплексів ППО та ПРО, але з удосконаленням ракет та звичайних бойових частин від таких зарядів відмовилися. Натомість ядерні вибухові пристрої вирішили «підняти вище» – у космічний ешелон ПРО. Один із давно планованих його елементів - лазерні установки, в яких ядерний вибухслужить потужним імпульсним джерелом енергії для накачування відразу кількох лазерів рентгенівського діапазону.

Тактична ядерна зброя також є в різних видах збройних сил та пологах військ. Ядерні бомби, наприклад, можуть нести як стратегічні бомбардувальники, а й багато літаків фронтової чи палубної авіації.

У ВМС для ударів по портах, військово-морським базам, великим кораблям були ядерні торпеди, такі як радянська 533-мм Т-5 із зарядом потужністю 10 кт і рівна їй за потужністю заряду американська Mk 45 ASTOR. У свою чергу, протичовнова авіація могла нести ядерні глибинні бомби.

Російський тактичний мобільний ракетний комплекс "Точка-У" (на плаваючому шасі) доставляє ядерний або звичайний заряд на дальність "всього" до 120 км.

Першими зразками атомної артилерії були громіздка американська 280-мм гармата 1953 року і радянські 406-мм гармата і 420-мм міномет, що з'явилися трохи пізніше. Згодом вважали за краще створити «спецснаряди» до звичайних наземних артилерійських систем - до 155-мм і 203-мм гаубиць у США (потужністю від 1 до 10 кт), 152-мм гаубиць і гармат, 203-мм пм і пм . Ядерні спецснаряди створювалися і для морської артилерії, наприклад, американський 406-мм снаряд у 20 кт потужністю («одна Хіросіма» у важкому артилерійському снаряді).

Ядерний рюкзак

«Ядерні рюкзаки», які привертали так багато уваги, створювалися зовсім не для підкладання під Білий дім або Кремль. Це - інженерні фугаси, що служать для створення загороджень за рахунок утворення вирв, завалів у гірських масивах і зон руйнувань та затоплень у поєднанні з радіоактивними опадами (при наземному вибуху) або залишковою радіацією в районі вирви (при підземному вибуху). Причому в одному «рюкзаку» може перебувати як ядерний вибуховий пристрій надмалого калібру, так і частина пристрою більшої потужності. Американський рюкзак Mк-54 потужністю в 1 кілотонну при цьому важить всього 68 кг.

Розроблялися фугаси та іншого призначення. У 1960-ті роки, наприклад, американцями було висунуто ідею створення за кордоном НДР і ФРН так званого ядерно-мінного поясу. А британці збиралися у разі залишення своїх баз у ФРН закладати потужні ядерні заряди, які мали підірватись по радіосигналу вже в тилу «наступної радянської армади».

Небезпека ядерної війни породила різних країнахколосальні за розмахом та вартістю державні будівельні програми - підземні притулки, командні пункти, сховища, транспортні комунікації та системи зв'язку. Появі та розвитку ракетно-ядерної зброї людство багато в чому завдячує освоєнням навколоземного космічного простору. Так, знаменита королівська ракета Р-7, що вивела на орбіту і перший штучний супутник, і корабель "Схід-1", була розроблена для "закидання" термоядерного заряду. Значно пізніше ракета Р-36М стала основою для ракет-носіїв «Зеніт-1» та «Зеніт-2». Але вплив ядерної зброї був значно ширшим. Сама наявність ракетно-ядерних озброєнь міжконтинентальної дальності робила необхідним створення комплексу засобів розвідки та управління, що охоплюють практично всю планету та базуються на угрупованні орбітальних супутників. Роботи над термоядерною зброєю сприяли розвитку фізики високих тисків і температур, суттєво просунули астрофізику, пояснивши низку процесів, що відбуваються у Всесвіті.

2000 ядерних вибухів

Творець атомної бомби Роберт Оппенгеймер у день першого випробування свого дітища сказав: «Якби на небі разом зійшли сотні тисяч сонців, їхнє світло могло б зрівнятися з сяйвом, що походило від Верховного Господа… Я — є Смерть, великий руйнівник світів, який загинув усьому живому ». Ці слова були цитатою із «Бхагавад Гіти», яку американський фізик прочитав в оригіналі.

Фотографи з Лукаут Маунтейн стоять до пояса в пилу, піднятому ударною хвилею після ядерного вибуху (фото 1953 року).

Назва випробування: Umbrella
Дата: 8 червня 1958 року

Потужність: 8 кілотонн

Підводний ядерний вибух було здійснено в ході операції Hardtack. Як мішені використовувалися списані кораблі.

Назва випробування: Chama (в рамках проекту «Домінік»)
Дата: 18 жовтня 1962 року
Місце: Острів Джонстон
Потужність: 1.59 мегатонн

Назва випробування: Oak
Дата: 28 червня 1958 року
Місце: Лагуна Еніветок у Тихому океані
Потужність: 8.9 мегатонн

Проект "Апшот-Нотхол", випробування "Енні". Дата: 17 березня 1953 р.; проект: Апшот-Нотхол; випробування: Енні; місце: Нотхол, полігон у Неваді, сектор 4; Потужність: 16 кт. (Photo: Wikicommons)

Назва випробування: Castle Bravo
Дата: 1 березня 1954 року
Місце: атол Бікіні
Тип вибуху: на поверхні
Потужність: 15 мегатонн

Вибух водневої бомби Castle Bravo був найпотужнішим вибухом з усіх випробувань, що колись проводилися США. Потужність вибуху виявилася набагато більшою за початкові прогнози в 4-6 мегатонн.

Назва випробування: Castle Romeo
Дата: 26 березня 1954 року
Місце: на баржі в кратері Bravo, атол Бікіні
Тип вибуху: на поверхні
Потужність: 11 мегатонн

Потужність вибуху виявилася в 3 рази більшою за початкові прогнози. Romeo був першим випробуванням на баржі.

Проект «Домінік», випробування «Ацтек»

Назва випробування: Priscilla (в рамках серії випробувань «Plumbbob»)
Дата: 1957 рік

Потужність: 37 кілотонн

Саме так виглядає процес вивільнення величезної кількості променистої та теплової енергії при атомному вибуху в повітрі над пустелею. Тут ще можна розглянути військову техніку, яку за мить буде знищено ударною хвилею, що відображена у вигляді крони, що оточила епіцентр вибуху. Видно як ударна хвиля відбилася від земної поверхні і ось-ось зіллється з вогненною кулею.

Назва випробування: Grable (в рамках операції "Апшот-Нотхол")
Дата: 25 травня 1953 року
Місце: Ядерний полігон у Неваді
Потужність: 15 кілотонн

На випробувальному полігоні в пустелі Невада фотографами центру Лукаут Маунтейн у 1953 році було зроблено фотографію незвичайного явища (кільце вогню в ядерному грибі після вибуху снаряда з ядерної гармати), природа якого тривалий час займала уми вчених.

Проект "Апшот-Нотхол", випробування "Грабл". В рамках цього випробування було здійснено вибух атомної бомби потужністю 15 кілотонн, запущеної 280-міліметровою атомною гарматою. Випробування пройшло 25 травня 1953 на полігоні Невади. (Photo: National Nuclear Security Administration / Nevada Site Office)

Грибоподібна хмара, утворена внаслідок атомного вибуху випробування «Траки», що проводиться у рамках проекту «Домінік».

Проект "Бастер", випробування "Дог".

Проект "Домінік", випробування "Єсо". Випробування: Єсо; дата: 10 червня 1962; проект: Домінік; місце: 32 км на південь від острова Різдва; тип випробування: B-52, атмосферний, висота – 2,5 м; потужність: 3,0 мт; Тип заряду: атомний. (Wikicommons)

Назва випробування: YESO
Дата: 10 червня 1962 року
Місце: Острів Різдва
Потужність: 3 мегатонни

Випробування Лікорн на території Французької Полінезії. Зображення №1. (Pierre J./French Army)

Назва випробування: «Єдиноріг» (фр. Licorne)
Дата: 3 липня 1970 року
Місце: атол у Французькій Полінезії
Потужність: 914 кілотонн

Випробування Лікорн на території Французької Полінезії. Зображення №2. (Photo: Pierre J./French Army)

Випробування Лікорн на території Французької Полінезії. Зображення №3. (Photo: Pierre J./French Army)

Для отримання добрих знімків на випробувальних полігонах часто працюють цілі команди фотографів. На фото: випробувальний ядерний вибух у пустелі Невада. Справа видно ракетні шлейфи, за допомогою яких вчені визначають характеристики ударної хвилі.

Випробування Лікорн на території Французької Полінезії. Зображення №4. (Photo: Pierre J./French Army)

Проект "Кастл", випробування "Ромео". (Photo: zvis.com)

Проект «Хардтек», випробування «Амбрела». Випробування: Амбрела; дата: 8 червня 1958; проект: Хардтек I; місце: лагуна атола Еніветок; тип випробування: підводний, глибина 45 м; потужність: 8кт; Тип заряду: атомний.

Проект "Редвінг", випробування "Семінол". (Photo: Nuclear Weapons Archive)

Випробування "Рія". Атмосферне випробування атомної бомби біля Французької Полінезії у серпні 1971 року. В рамках цього випробування, яке пройшло 14 серпня 1971 року, було підірвано термоядерну боєголовку під кодовою назвою «Рія», потужністю 1000 кт. Вибух стався біля атолла Муруроа. Цей знімок було зроблено з відстані 60 км від нульової позначки. Photo: Pierre J.

Грибоподібна хмара від ядерного вибуху над Хіросимою (ліворуч) та Нагасакі (праворуч). На заключній стадії Другої світової війни, Сполучені Штати завдали 2 атомних ударів по Хіросімі та Нагасакі. Перший вибух пролунав 6 серпня 1945 року, а другий – 9 серпня 1945 року. Це був єдиний випадок, коли ядерна зброя застосовувалася у військових цілях. Згідно з наказом президента Трумена, 6 серпня 1945 року американська армія скинула ядерну бомбу «Малюк» на Хіросіму, а 9 серпня був ядерний вибух бомби «Товстун», скинутої на Нагасакі. Протягом 2-4 місяців після ядерних вибухів у Хіросімі загинуло від 90 000 до 166 000 осіб, а в Нагасакі - від 60 000 до 80 000. (Photo: Wikicommons)

Проект "Апшот-Нотхол". Полігон у Неваді, 17 березня 1953 року. Вибухова хвиля повністю зруйнувала Будівлю №1, розташовану на відстані 1,05 км від нульової позначки. Різниця між першим і другим знімком становить 21/3 секунди. Камера була поміщена у захисний футляр із товщиною стінки 5 см. Єдиним джерелом світла в даному випадку був ядерний спалах. (Photo: National Nuclear Security Administration / Nevada Site Office)

Проект "Рейнджер", 1951 рік. Назва випробування невідома. (Photo: National Nuclear Security Administration / Nevada Site Office)

Випробування "Трініті".

"Трініті" було кодовою назвою першого випробування ядерної зброї. Це випробування було проведено армією Сполучених Штатів 16 липня 1945 року, на території, розташованій приблизно за 56 км на південний схід від Сокорро, Нью-Мексико, на ракетному полігоні «Уайт Сендс». Для випробування використовувалася плутонієва бомба імплозивного типу, що отримала прізвисько "Штучка". Після детонації пролунав вибух потужністю еквівалентної 20 кілотоннам тротилу. Дата проведення цього випробування вважається початком атомної епохи. (Photo: Wikicommons)

Назва випробування: Mike
Дата: 31 жовтня 1952 року
Місце: Острів Elugelab («Flora»), атол Еневейта
Потужність: 10.4 мегатонни

Пристрій, висаджений під час випробування Майка і названий «ковбасою», був першою справжньою «водневою» бомбою мегатонного класу. Грибоподібна хмара досягла висоти 41 км при діаметрі 96 км.

АН602 (вона ж «Цар-бомба», вона ж «Кузькова мати») — термоядерна авіаційна бомба, розроблена в СРСР 1954—1961 років. групою фізиків-ядерників під керівництвом академіка Академії наук СРСР І. В. Курчатова. Найпотужніший вибуховий пристрій за всю історію людства. За різними даними мало від 57 до 58,6 мегатонн тротилового еквівалента. Випробування бомби відбулися 30 жовтня 1961 року. (Wikimedia)

Вибух "MET", здійснений у рамках Операції "Тіпіт". Примітно, що вибух "MET" за потужністю був порівнянний з плутонієвою бомбою "Товстун", скинутою на Нагасакі. 15 квітня 1955 року, 22 кт. (Wikimedia)

Один із найпотужніших вибухів термоядерної водневої бомби на рахунку США – операція “Кастл Браво”. Потужність заряду склала 10 мегатонн. Вибух був здійснений 1 березня 1954 року на атоле Бікіні, Маршаллові Острови. (Wikimedia)

Операція "Кастл Ромео" - один із найпотужніших вибухів термоядреної бомби, вироблених США. Атол Бікіні, 27 березня 1954 року, 11 мегатонн. (Wikimedia)

Вибух "Бейкер", показана біла поверхня води, потривоженою повітряною ударною хвилею, і верх порожнистої колони бризок, що утворила напівсферичну хмару Вільсона. На задньому плані – берег атола Бікіні, липень 1946 року. (Wikimedia)

Вибух американської термоядерної (водневої) бомби "Майк" потужністю 10,4 мегатонни. 1 листопада 1952 року. (Wikimedia)

Операція "Парник" (англ. Operation Greenhouse) - п'ята серія американських ядерних випробувань і друга з них за 1951 рік. У ході операції випробовувалися конструкції ядерних зарядів з використанням термоядерного синтезу збільшення виходу енергії. Крім того, досліджувався вплив вибуху на споруди, включаючи житлові будинки, корпуси заводів та бункери. Операцію проводили на Тихоокеанському ядерному полігоні. Усі пристрої були підірвані на високих металевих вежах, що імітують повітряний вибух. Вибух "Джордж", 225 кілотон, 9 травня 1951 року. (Wikimedia)

Грибоподібна хмара, у якої замість пилової ніжки водяний стовп. Праворуч на стовпі видно дірку: лінкор «Арканзас» закрив собою викид бризок. Випробування "Бейкер", потужністю заряду - 23 кілотонни у тротиловому еквіваленті, 25 липня 1946 року. (Wikimedia)

200-метрова хмара над територією Frenchman Flat після вибуху "MET" в рамках операції "Тіпіт", 15 квітня 1955, 22 кт. Цей снаряд мав рідкісну серцевину з урану-233. (Wikimedia)

Кратер був сформований, коли в 100 кілотон вибухової хвилі було підірвано під 635 футів пустелі 6 липня 1962 року, витіснивши 12 мільйонів тонн землі.

Час: 0с. Відстань: 0м.Ініціація вибуху ядерного детонатора.
Час: 0.0000001c. Відстань: 0м Температура: до 100 млн. °C. Початок і перебіг ядерних та термоядерних реакцій у заряді. Ядерний детонатор своїм вибухом створює умови для початку термоядерних реакцій. назовні.

Час: 10-7с. Відстань: 0м.До 80% і більше енергії реагуючої речовини трансформується та виділяється у вигляді м'якого рентгенівського та жорсткого УФ випромінювання з величезною енергією. Рентгенівське випромінювання формує теплову хвилю, яка нагріває бомбу, виходить назовні та починає нагрівати навколишнє повітря.

Час:< 10−7c. Расстояние: 2м Температура: 30 млн.°C. Закінчення реакції, початок розльоту речовини бомби. Бомба відразу зникає з уваги і на її місці з'являється яскрава сфера, що світиться (вогненна куля), що маскує розліт заряду. Швидкість зростання сфери перших метрах близька до швидкості світла. Щільність речовини тут за 0,01 с падає до 1% щільності навколишнього повітря; температура за 2,6 сек падає до 7-8 тис. ° C, ~ 5 секунд утримується і далі знижується з підйомом вогненної сфери; тиск через 2-3 с падає до дещо нижче атмосферного.

Час: 1.1х10-7с. Відстань: 10мТемпература: 6 млн.°C. Розширення видимої сфери до ~10 м йде рахунок свічення іонізованого повітря під рентгенівським випромінюванням ядерних реакцій, а далі за допомогою радіаційної дифузії самого нагрітого повітря. Енергія квантів випромінювання, що залишають термоядерний заряд така, що їх вільний пробіг до захоплення частинками повітря близько 10 м і спочатку можна порівняти з розмірами сфери; фотони швидко оббігають всю сферу, середня її температуру і зі швидкістю світла вилітають з неї, іонізуючи нові шари повітря, звідси однакова температура і навколосвітня швидкість зростання. Далі, від захоплення до захоплення фотони втрачають енергію і довжина їх пробігу скорочується, зростання сфери сповільнюється.

Час: 1.4х10-7с. Відстань: 16мТемпература: 4 млн. °C. Загалом від 10-7 до 0,08 секунди йде 1-я фаза світіння сфери зі швидким падінням температури і виходом ~1 % енергії випромінювання, більшою частиною у вигляді УФ-променів і яскравого світлового випромінювання, здатних пошкодити зір у далекого спостерігача без освіти опіків шкіри. Освітленість земної поверхні в ці миті на відстанях до десятків кілометрів може бути в сто і більше разів більшою за сонячну.

Час: 1.7х10-7c. Відстань: 21мТемпература: 3 млн.°C. Пари бомби у вигляді клубів, щільних згустків і струменів плазми як поршень стискають поперед себе повітря і формують ударну хвилю всередині сфери — внутрішній стрибок, що відрізняється від звичайної ударної хвилі неадіабатичними, майже ізотермічними властивостями і при тих же тисках у кілька разів більшою щільністю: стискається повітря відразу випромінює більшу частину енергії через поки що прозора для випромінювань куля.
На перших десятках метрів навколишні предмети перед нальотом на них вогневої сфери через занадто велику її швидкість не встигають ніяк зреагувати — навіть практично не нагріваються, а опинившись усередині сфери під потоком випромінювання, випаровуються миттєво.

Температура: 2 млн.°C. Швидкість 1000 км/с. Зі зростанням сфери та падінням температури енергія та щільність потоку фотонів знижуються та їх пробігу (порядку метра) вже не вистачає для навколосвітніх швидкостей розширення вогневого фронту. Нагрітий обсяг повітря почав розширюватись і формується потік його частинок від центру вибуху. Теплова хвиля при нерухомому повітрі на межі сфери сповільнюється. Нагріте повітря всередині сфери, що розширюється, наштовхується на нерухоме біля її кордону і десь починаючи з 36—37 м з'являється хвиля підвищення щільності — майбутня зовнішня повітряна ударна хвиля; Перш хвиля не встигала виникнути через величезної швидкості зростання світлової сфери.

Час: 0,000001c. Відстань: 34мТемпература: 2 млн.°C. Внутрішній стрибок і пари бомби знаходяться у шарі 8-12 м від місця вибуху, пік тиску до 17 000 МПа на відстані 10,5 м, щільність ~ у 4 рази більша за щільність повітря, швидкість ~100 км/с. Область гарячого повітря: тиск на кордоні 2500 МПа, всередині області до 5000 МПа, швидкість частинок до 16 км/с. Речовина парів бомби починає відставати від внутрішньо. стрибка в міру того, як все більше повітря в ньому залучається до руху. Щільні згустки та струмені зберігають швидкість.

Час: 0,000034c. Відстань: 42мТемпература: 1 млн.°C. Умови в епіцентрі вибуху першої радянської водневої бомби (400кт на висоті 30 м), у якому утворилася вирва близько 50 м діаметром і 8 м глибиною. За 15 м від епіцентру або за 5—6 м від основи вежі із зарядом розташовувався залізобетонний бункер зі стінами товщиною 2 м. для розміщення наукової апаратури зверху вкритий великим насипом землі завтовшки 8 м зруйнований.

Температура: 600тыс.°C.З цього моменту характер ударної хвилі перестає залежати від початкових умов ядерного вибуху і наближається до типового сильного вибуху повітря, тобто. такі параметри хвилі могли б спостерігатися під час вибуху великої масизвичайної вибухівки.

Час: 0,0036c. Відстань: 60мТемпература: 600тис.°C. Внутрішній стрибок, пройшовши всю ізотермічну сферу, наздоганяє та зливається із зовнішнім, підвищуючи його щільність та утворюючи т.з. сильний стрибок - єдиний фронт ударної хвилі. Щільність речовини у сфері падає до 1/3 атмосферної.

Час: 0,014c. Відстань: 110мТемпература: 400тис.°C. Аналогічна ударна хвиля в епіцентрі вибуху першої радянської атомної бомби потужністю 22 кт на висоті 30 м згенерувала сейсмічний зсув, що зруйнував імітацію тунелів метро з різними типами кріплення на глибинах 10 і 20 м 30 м, тварини в тунелях на глибинах 10, 20 . На поверхні з'явилося малопомітне тарілкоподібне поглиблення діаметром близько 100 м. Подібні умови були в епіцентрі вибуху "Трініті" 21 кт на висоті 30 м, утворилася вирва діаметром 80 м і глибиною 2 м.

Час: 0,004c. Відстань: 135м
Температура: 300тис.°C. Максимальна висота повітряного вибуху 1 Мт для утворення помітної вирви у землі. Фронт ударної хвилі викривлений ударами згустків пари бомби:

Час: 0,007c. Відстань: 190мТемпература: 200тис.°C. На гладкому і ніби блискучому фронті уд. хвилі утворюються великі пухирі та яскраві плями (сфера ніби кипить). Щільність речовини в ізотермічній сфері діаметром ~150 м падає нижче 10% атмосферної.
Немасивні предмети випаровуються за кілька метрів до приходу вогнів. сфери («Канатні трюки»); тіло людини з боку вибуху встигне обвалитися, а повністю випаровується вже з приходом ударної хвилі.

Час: 0,01c. Відстань: 214мТемпература: 200тис.°C. Аналогічна повітряна ударна хвиля першої радянської атомної бомби на відстані 60 м (52 м від епіцентру) зруйнувала оголовки стволів, що ведуть в імітації тунелів під епіцентром (див. вище). Кожен оголовок був потужним залізобетонним казематом, укритим невеликим ґрунтовим насипом. Уламки оголовків обвалилися в стволи, останні потім розчавлені сейсмічною хвилею.

Час: 0,015c. Відстань: 250мТемпература: 170тис.°C. Ударна хвиля сильно руйнує скельні породи. Швидкість ударної хвилі вища за швидкість звуку в металі: теоретична межа міцності вхідних дверей у притулок; танк розплющується та згоряє.

Час: 0,028c. Відстань: 320мТемпература: 110тис.°C. Людина розвіюється потоком плазми (швидкість ударної хвилі = швидкості звуку в кістках, тіло руйнується в пил і відразу згоряє). Повна руйнація найміцніших наземних споруд.

Час: 0,073c. Відстань: 400мТемпература: 80тис.°C. Нерівності у сфері зникають. Щільність речовини падає у центрі майже 1%, але в краю ізотерм. сфери діамером ~ 320 м до 2% атмосферної. у міру відходу вогняної кулі вгору.

Час: 0,079c. Відстань: 435мТемпература: 110тис.°C. Повна руйнація шосейних доріг з асфальтовим та бетонним покриттям Температурний мінімум випромінювання ударної хвилі, закінчення 1-ї фази свічення. Притулок типу метро, ​​фанерований чавунними тюбінгами та монолітним залізобетоном і заглиблений на 18 м, за розрахунком здатний витримати без руйнування вибух (40 кт) на висоті 30 м на мінімальній відстані 150 м (тиск ударної хвилі порядку 5 МПа), випробуваний 38 2 на відстані 235 м (тиск ~1,5 МПа), отримало незначні деформації, пошкодження. При температурах у фронті стиснення нижче 80тис. ° C нові молекули NO2 більше не з'являються, шар двоокису азоту поступово зникає і перестає екранувати внутрішнє випромінювання. Ударна сфера поступово стає прозорою і через неї, як через затемнене скло, якийсь час видно клуби парів бомби та ізотермічна сфера; загалом вогненна сфера схожа на феєрверк. Потім, у міру збільшення прозорості, інтенсивність випромінювання зростає і деталі ніби знову сфери, що розгорається, стають не видно. Процес нагадує закінчення ери рекомбінації та народження світла у Всесвіті через кілька сотень тисяч років після Великого вибуху.

Час: 0,1 с. Відстань: 530мТемпература: 70тис.°C. Відрив і відхід вперед фронту ударної хвилі від межі вогненної сфери, швидкість її помітно знижується. Настає 2-я фаза світіння, менш інтенсивна, але на два порядки більш тривала з виходом 99% енергії випромінювання вибуху в основному у видимому та інфрачервоному спектрі. На перших сотнях метрів людина не встигає побачити вибух і гине без мук (час зорової реакції людини 01-03 с, час реакції на опік 015-02 с).

Час: 0,15 с. Відстань: 580мТемпература: 65тис.°C. Радіація ~100 000 грн. Від людини залишаються обвуглені уламки кісток (швидкість ударної хвилі порядку швидкості звуку в м'яких тканинах: по тілу проходить руйнівний клітини та тканини гідродинамічний удар).

Час: 0,25c. Відстань: 630мТемпература: 50тис.°C. Проникаюча радіація ~40000 Гр. Людина перетворюється на обвуглені уламки: ударна хвиля викликає травматичні ампутації, що підійшла через частку сік. вогненна сфера обгортає останки. Повна руйнація танка. Повне руйнування підземних кабельних ліній, водопроводів, газопроводів, каналізації, оглядових колодязів. Руйнування підземних з/б труб діаметром 1,5м, з товщиною стінок 0,2м. Руйнування арочної бетонної греблі ГЕС. Сильне руйнування довготривалих залізобетонних споруд. Незначні ушкодження підземних споруд метро.

Час: 0,4 с. Відстань: 800мТемпература: 40тис.°C. Підігрів об'єктів до 3000 °C. Проникаюча радіація ~20000 Гр. Повна руйнація всіх захисних споруд цивільної оборони (притулків), руйнування захисних пристроїв входів у метро. Руйнування гравітаційної бетонної греблі ГЕС ДОТи стають небоєздатними дистанції 250 м.

Час: 0,73 с. Відстань: 1200мТемпература: 17тис.°C. Радіація ~5000 грн. При висоті вибуху 1200 м нагрівання приземного повітря епіцентрі перед приходом уд. хвилі до 900°C. Людина - 100% загибель від дії ударної хвилі. Руйнування сховищ, розрахованих на 200 кПа (тип А-III або клас 3). Повна руйнація залізобетонних ДОТів збірного типу на дистанції 500 м за умов наземного вибуху. Повна руйнація залізничних колій. Максимум яскравості другої фази світіння до цього часу вона виділила ~20% світлової енергії

Час: 1,4 с. Відстань: 1600мТемпература: 12тис.°C. Нагрівання об'єктів до 200°C. Радіація 500 грн. Численні опіки 3-4 ступеня до 60-90% поверхні тіла, важке променеве ураження, що поєднуються з іншими травмами, летальність одразу або до 100% у першу добу. Танк відкидається ~ на 10 м і ушкоджується. Повна руйнація металевих та залізобетонних мостів прольотом 30 - 50 м.

Час: 1,6 с. Відстань: 1750мТемпература: 10тис.°C. Радіація прибл. 70 Гр. Екіпаж танка гине протягом 2-3 тижнів від надзвичайно важкої променевої хвороби. Повне руйнування бетонних, залізобетонних монолітних (малоповерхових) та сейсмостійких будівель 0,2 МПа, притулків вбудованих та окремостоящих, розрахованих на 100 кПа (тип А-IV або клас 4), притулків у підвальних приміщеннях багатоповерхових будівель.

Час: 1,9 с. Відстань: 1900мТемпература: 9тис. ° C Небезпечні поразки людини ударною хвилею і відкид до 300 м з початковою швидкістю до 400 км / год, з них 100-150 м (0,3-0,5 шляху) вільний політ, а решта відстань - численні рикошети про ґрунт. Радіація близько 50 Гр - блискавична форма променевої хвороби [100% летальність протягом 6-9 діб. Руйнування вбудованих сховищ, розрахованих на 50 кПа. Сильна руйнація сейсмостійких будівель. Тиск 0,12 МПа і вище - вся міська забудова щільна і розряджена перетворюється на суцільні завали (окремі завали зливаються в один суцільний), висота завалів може становити 3-4 м. Вогняна сфера в цей час досягає максимальних розмірів(D~2км), підминається знизу відбитої від землі ударною хвилею і починає підйом; ізотермічна сфера в ній хлопається, утворюючи швидкий висхідний потік в епіцентрі - майбутню ніжку гриба.

Час: 2,6c. Відстань: 2200мТемпература: 7,5тис.°C. Важкі поразкилюдини ударною хвилею. Радіація ~10 Гр - вкрай важка гостра променева хвороба, по поєднанні травм 100% летальність у межах 1-2 тижнів. Безпечне знаходження в танку, в укріпленому підвалі з посиленим з/б перекриттям і в більшості сховищ Г. О. Руйнування вантажних автомобілів. 0,1 МПа - розрахунковий тиск ударної хвилі для проектування конструкцій та захисних пристроїв підземних споруд ліній дрібного закладення метрополітену.

Час: 3,8 с. Відстань: 2800мТемпература: 7,5тис.°C. Радіація 1 Гр — у мирних умовах та своєчасному лікуванні безпечна променева поразка, але при супутніх катастрофі антисанітарії та важких фізичних та психологічних навантаженнях, відсутності медичної допомоги, харчування та нормального відпочинку до половини постраждалих гинуть тільки від радіації та супутніх захворювань, а за сумою ушкоджень ( плюс травми та опіки) набагато більше. Тиск менший за 0,1 МПа — міські райони із щільною забудовою перетворюються на суцільні завали. Повна руйнація підвалів без посилення конструкцій 0,075 МПа. Середня руйнація сейсмостійких будівель 0,08-0,12 МПа. Сильні ушкодження залізобетонних ДОТів збірного типу. Детонація піротехнічних засобів.

Час: 6c. Відстань: 3600мТемпература: 4,5тис.°C. Середні поразки людини ударною хвилею. Радіація ~0,05 Гр - доза безпечна. Люди та предмети залишають «тіні» на асфальті. Повна руйнація адміністративних багатоповерхових каркасних (офісних) будівель (0,05-0,06 МПа), укриттів найпростішого типу; сильне та повне руйнування потужних промислових споруд. Практично вся міська забудова зруйнована із заснуванням місцевих завалів (один будинок — один завал). Повна руйнація легкових автомобілів, повне знищення лісу. Електромагнітний імпульс ~3 кВ/м вражає нечутливі електроприлади. Руйнування аналогічні землетрусу10 бал. Сфера перейшла в вогняний купол, як міхур, що спливає вгору, захоплюючи за собою стовп із диму та пилу з поверхні землі: росте характерний вибуховий гриб із початковою вертикальною швидкістю до 500 км/год. Швидкість вітру біля поверхні до епіцентру ~100 км/год.

Час: 10с. Відстань: 6400мТемпература: 2тис.°C. Закінчення ефективного часу другої фази світіння виділилося ~80% сумарної енергії світлового випромінювання. 20%, що залишилися, безпечно висвічуються протягом порядку хвилини з безперервним зниженням інтенсивності, поступово гублячись в клубах хмари. Руйнування укриттів найпростішого типу (0,035-0,05 МПа). На перших кілометрах людина не почує гуркоту вибуху через поразку слуху ударною хвилею. Відкидання людини ударною хвилею ~20 м із початковою швидкістю ~30 км/год. Повна руйнація багатоповерхових цегляних будинків, панельних будинків, сильна руйнація складів, середня руйнація каркасних адміністративних будівель. Руйнування аналогічні землетрусу 8 балів. Безпечно майже у будь-якому підвалі.
Світіння вогняного купола перестає бути небезпечним, він перетворюється на вогненну хмару, що з підйомом зростає в об'ємі; розжарені гази у хмарі починають обертатися в торообразном вихорі; гарячі продукти вибуху локалізуються у верхній частині хмари. Потік запиленого повітря в стовпі рухається вдвічі швидше за підйом «грибу», наздоганяє хмару, проходить крізь, розходиться і ніби намотується на нього, як на кільцеподібну котушку.

Час: 15c. Відстань: 7500м. Легкі поразки людини ударною хвилею. Опіки третього ступеня відкритих частин тіла. Повне руйнування дерев'яних будинків, сильне руйнування багатоповерхових цегляних будинків 0,02-0,03МПа, середнє руйнування цегляних складів, багатоповерхових залізобетонних, панельних будинків; слабке руйнування адміністративних будівель 0,02-0,03 МПа, потужних промислових споруд. Займистість автомобілів. Руйнування аналогічні землетрусу 6 бал., урагану 12 бал. до 39 м/с. «Гриб» виріс до 3 км над центром вибуху (справжня висота гриба більше на висоту вибуху боєголовки, приблизно на 1,5 км), у нього з'являється «спідничка» з конденсату пар води в потоці теплого повітря, що віялом затягується хмарою в холодні верхні шари атмосфери.

Час: 35c. Відстань: 14км.Опіки другого ступеня. Запалюється папір, темний брезент. Зона суцільних пожеж, в районах щільної забудови, що спалюється, можливі вогняний шторм, смерч (Хіросіма, «Операція Гоморра»). Слабка руйнація панельних будівель. Виведення з ладу авіатехніки та ракет. Руйнування аналогічні землетрусу 4-5 балів, шторму 9-11 балів V = 21 - 28,5 м / с. «Гриб» виріс до ~5 км вогняна хмара світить все слабше.

Час: 1хв. Відстань: 22км.Опіки першого ступеня – у пляжному одязі можлива загибель. Руйнування армованого скління. Корчування великих дерев. Зона окремих пожеж. «Гриб» піднявся до 7,5 км. хмара перестає випромінювати світло і тепер має червонуватий відтінок через окисли азоту, що містяться в ньому, чим різко виділятиметься серед інших хмар.

Час: 1,5 хв. Відстань: 35км. Максимальний радіус ураження незахищеної чутливої ​​електроапаратури електромагнітним імпульсом. Розбиті майже всі звичайні і частина армованих стекол у вікнах - актуально морозною зимою плюс можливість порізів осколками, що летять. "Гриб" піднявся до 10 км, швидкість підйому ~220 км/год. Вище тропопаузи хмара розвивається переважно завширшки.
Час: 4хв. Відстань: 85км. Спалах схожий на велике неприродно яскраве Сонце біля горизонту, може спричинити опік сітківки очей, приплив тепла до обличчя. Ударна хвиля, що підійшла через 4 хвилини, ще може збити з ніг людини і розбити окреме скло у вікнах. «Гриб» піднявся понад 16 км, швидкість підйому ~140 км/год.

Час: 8хв. Відстань: 145км.Спалах не видно за горизонтом, зате видно сильну заграву та вогняну хмару. Загальна висота "грибу" до 24 км, хмара 9 км у висоту і 20-30 км в діаметрі, своєю широкою частиною вона "спирається" на тропопаузу. Грибоподібна хмара виросла до максимальних розмірів і спостерігається ще близько години або більше, поки не розвіється вітрами і не перемішається зі звичайною хмарністю. З хмари протягом 10-20 годин випадають опади із відносно великими частинками, формуючи ближній радіоактивний слід.

Час: 5,5-13 годин Відстань: 300-500км.Далека межа зони помірного зараження (зона А). Рівень радіації зовнішньому кордоні зони 0,08 Гр/ч; сумарна доза випромінювання 04-4 Гр.

Час: ~10 місяців. Ефективний часполовинного осідання радіоактивних речовин для нижніх шарів тропічної стратосфери (до 21 км), випадання також у основному середніх широтах у тому півкулі, де здійснено вибух.

Пам'ятник першому випробуванню атомної бомби "Трініті". Цей пам'ятник було споруджено на полігоні «Уайт Сендс» у 1965 році, через 20 років після проведення випробування «Трініті». Меморіальна дошка пам'ятника каже: «На цьому місці 16 липня 1945 року пройшло перше у світі випробування атомної бомби». Ще одна меморіальна дошка, встановлена ​​нижче, свідчить про те, що це місце набуло статусу національної історичної пам'ятки. (Photo: Wikicommons)

Радіоактивність. Закон радіоактивного розпаду. Вплив іонізуючого випромінювання на біологічні об'єкти. Одиниця виміру радіоактивності.

Радіоактивність - це здатність атомів деяких ізотопів мимоволі розпадатися, випромінюючи випромінювання. Вперше таке випромінювання, яке випускає ураном, виявив Беккерель, тому спочатку радіоактивні випромінювання називали променями Беккереля. Основний вид радіоактивного розпаду – викидання з ядра атома альфа-частки – альфа-розпад (див. Альфа-випромінювання) або бета-частинки – бета-розпад (див. Бета-випромінювання).

Найважливішою характеристикою радіоактивності є закон радіоактивного розпаду, що показує, як з часом t змінюється (в середньому) число N радіоактивних ядер у зразку

N(t) = N 0 e-λt,

де N 0 - Число вихідних ядер в початковий момент (момент їх утворення або початку спостереження), а λ - постійна розпаду (ймовірність розпаду радіоактивного ядра в одиницю часу). Через цю постійну можна виразити середнє життя радіоактивного ядра τ = 1/λ, і навіть період напіврозпаду T 1/2 = ln2/τ. Період напіврозпаду наочно характеризує швидкість розпаду, показуючи за який час кількість радіоактивних ядер у зразку зменшиться вдвічі.

Одиниці виміру.

ОДИНИЦІ ВИМІРЮВАННЯ РАДІАКТИВНОСТІ
Бекерель (Бк, Вq); Кюрі (Кі, Сі)	1 Бк = 1розпад у сек. 1 Кі = 3,7 х 10 10 Бк	Одиниці активності радіонукліду. Є число розпадів в одиницю часу.
Ґрей (Гр, Gу); Радий (рад, rad)	1 Гр = 1 Дж/кг 1 рад = 0.01 Гр	Одиниці поглиненої дози. Є кількість енергії іонізуючого випромінювання, поглинена одиницею маси будь-якого фізичного тіла, наприклад тканинами організму.
Зіверт (Зв, Sv) Бер (бер, rem) - "біологічний еквівалент рентгена"	1 Зв = 1Гр = 1Дж/кг (для бета та гама) 1 мкЗв = 1/1000000 Зв 1 бер = 0.01 Зв = 10мЗв	Одиниці еквівалентної дози. Є одиницю поглиненої дози, помножену на коефіцієнт, що враховує неоднакову небезпеку різних видів іонізуючого випромінювання.
Грей за годину (Гр/год); Зіверт за годину (Зв/год); Рентген на годину (Р/год)	1 Гр/год = 1 Зв/год = 100 Р/год (для бета та гама) 1 мк Зв/год = 1 мкГр/год = 100 мкР/год 1 мкР/год = 1/1000000 Р/год	Одиниці потужності дози. Є дозою, отриманою організмом за одиницю часу.

Вплив іонізуючого випромінювання на біологічні об'єкти.
Внаслідок впливу іонізуючого випромінювання на організм людини в тканинах можуть відбуватися складні фізичні, хімічні та біохімічні процеси.

При потраплянні радіоактивних речовин усередину організму вражаючу дію надають переважно альфа-джерела, та був і бетта-джерела, тобто. у зворотному зовнішньому опроміненню послідовності. Альфа-частинки, що мають невелику щільність іонізації, руйнують слизову оболонку, яка є слабким захистом внутрішніх органівв порівнянні із зовнішнім шкірним покривом.

Існує три шляхи надходження радіоактивних речовин в організм: при вдиханні повітря, забрудненого радіоактивними речовинами, через заражену їжу або воду, через шкіру, а також при зараженні відкритих ран. Найбільш небезпечний перший шлях, оскільки по-перше, обсяг легеневої вентиляції дуже великий, а по-друге, значення коефіцієнта засвоєння в легенях вищі.

Пилові частинки, на яких сорбовані радіоактивні ізотопи, при вдиханні повітря через верхні дихальні шляхи частково осідають у ротовій порожнині та носоглотці. Звідси пил надходить у травний тракт. Інші частки надходять у легені. Ступінь затримки аерозолів у легенях залежить від їхньої дисперсійності. У легенях затримується близько 20% всіх частинок; при зменшенні розмірів аерозолів величина затримки збільшується до 70%.

При всмоктуванні радіоактивних речовин із шлунково-кишкового тракту має значення коефіцієнт резорбції, що характеризує частку речовини, що потрапляє зі шлунково-кишкового тракту до крові. Залежно від природи ізотопу коефіцієнт змінюється в широких межах: від сотих часток відсотка (для цирконію, ніобію), до кількох десятків відсотків (водень, лужноземельні елементи). Резорбція через неушкоджену шкіру в 200-300 разів менша, ніж через шлунково-кишковий тракт, і, як правило, не відіграє суттєвої ролі.
При попаданні радіоактивних речовин у організм будь-яким шляхом вони вже за кілька хвилин виявляються у крові. Якщо надходження радіоактивних речовин було одноразовим, концентрація їх у крові спочатку зростає до максимуму, а потім протягом 15-20 діб знижується.

Концентрації в крові довгоживучих ізотопів надалі можуть утримуватися практично на одному рівні протягом тривалого часу внаслідок зворотного вимивання речовин, що відклалися. Ефект впливу іонізуючого випромінювання на клітину – результат комплексних взаємопов'язаних та взаємозумовлених перетворень. По А.М. Кузину, радіаційне ураження клітини здійснюється у три етапи. На першому етапі випромінювання впливає на складні макромолекулярні утворення, іонізуючи та порушуючи їх. Це фізична стадія променевого впливу. Другий етап – хімічні перетворення. Вони відповідають процесам взаємодії радикалів білків, нуклеїнових кислоті ліпідів з водою, киснем, радикалами води та виникнення органічних перекисів. Радикали, що у шарах упорядковано розташованих білкових молекул, взаємодіють із заснуванням " зшивок " , у результаті порушується структура біомембран. Через пошкодження лізосомальних мембран відбувається збільшення активності та вивільнення ферментів, які шляхом дифузії досягають будь-якої органели клітини та легко в неї проникають, викликаючи її лізис.

Кінцевий ефект опромінення є результатом як первинного пошкодження клітин, а й наступних процесів відновлення. Передбачається, що значна частина первинних ушкоджень у клітині виникає у вигляді про потенційних ушкоджень, які можуть реалізовуватися у разі відсутності відновлювальних процесів. Реалізація цих процесів сприяють процесам біосинтезу білків і нуклеїнових кислот. Поки реалізації потенційних пошкоджень не відбулося, клітина може в них "відновитися". Це, як передбачається, пов'язане з ферментативними реакціями та обумовлено енергетичним обміном. Вважається, що в основі цього явища лежить діяльність систем, які у звичайних умовах регулюють інтенсивність природного мутаційного процесу.

Мутагенний вплив іонізуючого випромінювання вперше встановили російські вчені Р.А. Надсон та Р.С. Філіппов у 1925 році у дослідах на дріжджах. 1927 року це відкриття було підтверджено Р.Меллером на класичному генетичному об'єкті - дрозофілі.

Іонізуючі випромінювання здатні викликати всі види спадкових змін. Спектр мутацій, індукованих опроміненням, не відрізняється від спектра спонтанних мутацій.

Останні дослідження Київського Інституту нейрохірургії показали, що радіація навіть у малих кількостях, при дозах у десятки бер, дуже впливає на нервові клітини - нейрони. Але нейрони гинуть не від прямої дії радіації. Як з'ясувалося, внаслідок дії радіації у більшості ліквідаторів ЧАЕС спостерігається "післярадіаційна енцефлопатія". Загальні порушення в організмі під дією радіації призводить до зміни обміну речовин, які спричиняють патологічні зміни головного мозку.

2. Принципи влаштування ядерних боєприпасів. Основні можливості подальшого розвитку та вдосконалення ядерної зброї.

Ядерними боєприпасами називаються споряджені ядерними (термоядерними) зарядами бойові частини ракет, авіаційні бомби, артилерійські снаряди, торпеди та інженерні керовані міни (ядерні фугаси).

Основними елементами ядерних боєприпасів є: ядерний заряд, датчики підриву, система автоматики, джерело електричного живлення та корпус.

Корпус служить для компонування всіх елементів боєприпасу, запобігання їх від механічних та теплових пошкоджень, надання боєприпасу необхідної балістичної форми, а також підвищення коефіцієнта використання ядерного пального.

Датчики підриву (підривні пристрої) призначені для подачі сигналу на приведення в дію ядерного заряду. Вони можуть бути контактного та дистанційного (неконтактного) типів.

Контактні датчики спрацьовують на момент зустрічі боєприпасу з перешкодою, а дистанційні - на заданій висоті (глибині) від землі (води).

Дистанційні датчики в залежності від типу та призначення ядерного боєприпасу можуть бути тимчасовими, інерційними, барометричними, радіолокаційними, гідростатичними та ін.

Система автоматики включає систему запобігання, блок автоматики та систему аварійного підриву.

Система запобігання виключає можливість випадкового вибуху ядерного заряду під час проведення регламентних робіт, зберігання боєприпасу та при польоті його на траєкторії.

Блок автоматики спрацьовує за сигналами, що надходять від датчиків підриву та призначений для формування високовольтного електричного імпульсу на приведення в дію ядерного заряду.

Система аварійного підриву служить самознищення боєприпасу без ядерного вибуху у разі відхилення від заданої траєкторії.

Джерелом живлення всієї електричної системи боєприпасу є акумуляторні батареї різних типів, які мають одноразову дію і наводяться в робочий стан безпосередньо перед його бойовим застосуванням.

Ядерний заряд являє собою пристрій для ядерного вибуху Нижче будуть розглянуті існуючі типи ядерних зарядів та їх принциповий пристрій.

Ядерні заряди

Пристрої, призначені здійснення вибухового процесу вивільнення внутрішньоядерної енергії, називаються ядерними зарядами.

Розрізняють два основні види ядерних зарядів:

1 - заряди, енергія вибуху яких обумовлена ​​ланцюговою реакцією речовин, що діляться, переведених у надкритичний стан, - атомні заряди;

2-заряди, енергія вибуху яких обумовлена ​​термоядерною реакцією синтезу ядер, - термоядерні заряди.

Атомні заряди. Основним елементом атомних зарядів є речовина, що ділиться (ядерна вибухова речовина).

До вибуху маса ЯВВ перебуває у підкритичному стані. Для здійснення ядерного вибуху вона перетворюється на надкритичний стан. Використовуються два типи пристроїв, що забезпечують формування надкритичної маси: гарматний і імплозивний.

У зарядах гарматного типу ЯВВ і двох або більше частин, маса яких окремо менше критичної, що забезпечує виключення мимовільного початку ланцюгової ядерної реакції. При здійсненні ядерного вибуху окремі частини ЯВВ під дією енергії вибуху звичайної вибухової речовини з'єднуються в одне ціле та загальна маса ЯВВ стає більш критичною, що створює умови для ланцюгової реакції вибухового характеру.

Переведення заряду в надкритичне стан здійснюється дією порохового заряду. Ймовірність отримання розрахункової потужності вибуху у таких зарядах залежить від швидкості зближення частин ЯВВ. У цьому випадку реакція може розпочатися з одного початкового центру поділу під впливом, наприклад, нейтрону спонтанного поділу, внаслідок чого відбувається неповноцінний вибух з невеликим коефіцієнтом використання ядерного пального

Перевагою ядерних зарядів гарматного типу є простота конструкції, малі габарити та маса, висока механічна міцність, що дозволяє створювати на їх основі малогабаритні ядерні боєприпаси (артилерійські снаряди, ядерні міни та ін.).

У зарядах імплозивного типу до створення надкритичної маси використовується ефект імплозії - всебічного обтиснення ЯВВ силою вибуху звичайного ВР, що призводить до різкого збільшення його щільності.

Ефект імплозії створює величезну концентрацію енергії в зоні ЯВВ і дозволяє досягти тиску, що перевищує мільйони атмосфер, що призводить до збільшення щільності ЯВВ у 2 – 3 рази та зменшення критичної маси у 4 – 9 разів.

Для гарантованого імітування ланцюгової реакції поділу та її прискорення від штучного джерела нейтронів повинен бути поданий потужний імпульс нейтронів у момент найвищої імплозії Оскільки в такому стані ЯВВ знаходиться протягом кількох мікросекунд, то момент посилки імпульсу нейтронів повинен бути синхронізований з моментом досягнення найбільшої критично.

Перевагою атомних зарядів імплозивного типу є вищий коефіцієнт використання ЯВВ, і навіть можливість певних межах змінювати потужність ядерного вибуху з допомогою спеціального перемикача.

До недоліків атомних зарядів належать великі маса та габарити, низька механічна міцність та чутливість до температурного режиму.

Термоядерні заряди У зарядах цього типу умови для реакції синтезу створюються за рахунок підриву атомного заряду (детонатора) з урану-235, плутонію-239 або каліфорнію-251. Термоядерні заряди можуть бути нейтронними та комбінованими

У термоядерних нейтронних зарядах, в якості термоядерного пального використовуються дейтерій і тритій у чистому вигляді або у вигляді гідридів металів "Запалом" реакції служить високозбагачений плутоній-239 або каліфорній-251, що володіють порівняно невеликою величиною критичної маси.

У термоядерних комбінованих зарядах як термоядерне паливо використовується дейтерид літію (LiD). Для "запала" реакції синтезу служить реакція поділу урану-235. З метою отримання нейтронів високої енергії для протікання реакції (1.18) вже на самому початку ядерного процесу в ядерний заряд міститься ампула з тритієм (1Н3). нейтронів, що виділяються при реакціях синтезу дейтерію і тритію, а також поділу урану-238 (найпоширенішого та найдешевшого природного урану), яким спеціально оточується зона реакції у вигляді оболонки Наявність такої оболонки дозволяє не тільки здійснити лавиноподібну термоядерну реакцію, але й отримати додаткову енергію вибуху, так як при високій щільності потоку нейтронів з енергією більше 10 МеВ реакція поділу ядер урану-238 протікає досить ефективно а.

Класифікація ядерних боєприпасів

Ядерні боєприпаси класифікують за потужністю енергії ядерного заряду, що виділяється, а також за типом використовуваної в них ядерної реакції. Тротиловий еквівалент позначається буквою § та вимірюється в тоннах (т), тисячах тонн (кг), мільйонах тонн (Мт)

За потужністю ядерні боєприпаси умовно поділяються п'ять калібрів.

Калібр ядерного боєприпасу

Тротиловий еквівалент тис. т.

Надмалий До 1

Середня 10-100

Великий 100-1000

Надвеликий Більше 1000

Класифікація ядерних вибухів за видами та потужністю. Вражаючі чинники ядерного вибуху.

Залежно від завдань, які розв'язують із застосуванням ядерної зброї, ядерні вибухи можуть здійснюватися в повітрі, на поверхні землі та води, під землею та водою. Відповідно до цього розрізняють повітряний, наземний (надводний) та підземний (підводний) вибухи (рис. 3.1).

Повітряний ядерний вибух – це вибух, зроблений на висоті до 10 км, коли область, що світиться, не стосується землі (води). Повітряні вибухи поділяються на низькі та високі. Сильне радіоактивне зараження місцевості утворюється поблизу епіцентрів низьких повітряних вибухів. Зараження місцевості за слідом хмари суттєвого впливу на дії особового складуне надає. Найповніше при повітряному ядерному вибуху проявляються ударна хвиля, світлове випромінювання, проникаюча радіація та ЕМІ.

Наземний (надводний) ядерний вибух – це вибух, зроблений на поверхні землі (води), при якому область, що світиться, стосується поверхні землі (води), а пиловий (водяний) стовп з моменту утворення з'єднаний з хмарою вибуху. 50 Характерною особливістю наземного (надводного) ядерного вибуху є сильне радіоактивне зараження місцевості (води) як у районі вибуху, так і у напрямку руху хмари вибуху. Вражаючими чинниками цього вибуху є ударна хвиля, світлове випромінювання, радіація, що проникає, радіоактивне зараження місцевості та ЕМІ.

Підземний (підводний) ядерний вибух – це вибух, вироблений під землею (під водою) і що характеризується викидом великої кількості ґрунту (води), перемішаного з продуктами ядерної вибухової речовини (уламками розподілу урану-235 або плутонію-239) . Вражаюча та руйнівна дія підземного ядерного вибуху визначається в основному сейсмо- вибуховими хвилями (основний вражаючий фактор), утворенням вирви в ґрунті та сильним радіоактивним зараженням місцевості. Світлове випромінювання та проникаюча радіація відсутні. Характерним для підводного вибуху є утворення султана (стовпа води), базисної хвилі, що утворюється під час обвалення султану (стовпа води).

Повітряний ядерний вибух починається короткочасним сліпучим спалахом, світло від якого можна спостерігати на відстані кількох десятків і сотень кілометрів. Слідом за спалахом з'являється область, що світиться у вигляді сфери або напівсфери (при наземному вибуху), що є джерелом потужного світлового випромінювання. Одночасно із зони вибуху в довкілля поширюється потужний потік гамма-випромінювання та нейтронів, які утворюються в ході ланцюгової ядерної реакції та в процесі розпаду радіоактивних уламків поділу ядерного заряду. Гамма-кванти та нейтрони, що випускаються при ядерному вибуху, називають проникаючою радіацією. Під дією миттєвого гамма-випромінювання відбувається іонізація атомів довкілля, що призводить до виникнення електричних та магнітних полів. Ці поля, зважаючи на їх короткочасність дії, прийнято називати електромагнітним імпульсом ядерного вибуху.

У центрі ядерного вибуху температура миттєво підвищується до кількох мільйонів градусів, внаслідок чого речовина заряду перетворюється на високотемпературну плазму, що випромінює рентгенівське випромінювання. Тиск газоподібних продуктів спочатку досягає кількох мільярдів атмосфер. Сфера розжарених газів світиться, прагнучи розширитися, стискає прилеглі шари повітря, створює різкий перепад тиску на межі стисненого шару і утворює ударну хвилю, яка поширюється від центру вибуху в різних напрямках. Так як щільність газів, що становлять вогненну кулю, набагато нижче щільності навколишнього повітря, то куля швидко піднімається вгору. При цьому утворюється хмара грибоподібної форми, що містить гази, пари води, дрібні частинки ґрунту та величезну кількість радіоактивних продуктів вибуху. Після досягнення максимальної висоти хмара під дією повітряних течій переноситься на великі відстані, розсіюється і радіоактивні продукти випадають на поверхню землі, створюючи радіоактивне зараження місцевості та об'єктів.

У військових цілях;

За потужністю:

Надмалі (менше 1 тис. т. тротилу);

Малі (1 – 10 тис. т.);

Середні (10-100 тис. т);

Великі (100 тис. т. -1 Мт);

Надвеликі (понад 1 Мт).

За видом вибуху:

Висотний (понад 10 км);

Повітряний (світлова хмара не досягає поверхні Землі);

Наземний;

Надводний;

Підземний;

Підводний.

Вражаючі чинники ядерного вибуху. Вражаючими факторами ядерного вибуху є:

ударна хвиля (50% енергії вибуху);

Світлове випромінювання (35% енергії вибуху);

Проникаюча радіація (45% енергії вибуху);

Радіоактивне зараження (10% енергії вибуху);

електромагнітний імпульс (1% енергії вибуху);

На початку XX століття завдяки зусиллям Альберта Ейнштейна людство вперше дізналося про те, що на атомному рівні з невеликої кількості речовини за певних умов можна отримати величезну кількість енергії. У 30-ті роки роботу у цьому напрямі продовжили німецький фізик-ядерник Отто Хан, англієць Роберт Фріш та француз Жоліо-Кюрі. Саме їм вдалося практично відстежити результати поділу ядер атомів радіоактивних хімічних елементів. Змодельований у лабораторіях процес ланцюгової реакції підтвердив теорію Ейнштейна про здатність речовини у малих кількостях виділяти велику кількість енергії. У таких умовах народжувалась фізика ядерного вибуху – наука, яка поставила під сумнів можливість подальшого існування земної цивілізації.

Народження ядерної зброї

Ще в 1939 році французу Жоліо-Кюрі стало зрозуміло, що вплив на ядра урану в певних умовах може призвести до вибухової реакції величезної потужності. В результаті ланцюгової ядерної реакції починається спонтанне експоненційне розподіл ядер урану, відбувається виділення енергії у величезній кількості. В одну мить радіоактивна речовина вибухала, при цьому вибух володів величезним вражаючим ефектом. В результаті дослідів стало ясно, що уран (U235) можна перетворити з хімічного елементау потужну вибухівку.

У мирних цілях, під час роботи ядерного реактора, процес ядерного поділу радіоактивних компонентів має спокійний і контрольований характер. При ядерному вибуху основною відмінністю є те, що колосальний обсяг енергії виділяється миттєво і це продовжується доти, доки не вичерпається запас радіоактивної вибухівки. Вперше людина дізналася про бойові можливості нової вибухівки 16 липня 1945 року. У той час, коли в Потсдамі відбулася заключна зустріч Глав держав переможців війни з Німеччиною, на полігоні в Аламогордо штату Нью-Мексико відбулося перше випробування атомного бойового заряду. Параметри першого ядерного вибуху були скромними. Потужність атомного заряду в тротиловому еквіваленті дорівнювала масі тринітротолуолу в 21 кілотонну, проте сила вибуху та його вплив на навколишні об'єкти справили на всіх, хто спостерігав за випробуваннями, незабутнє враження.

Вибух першої атомної бомби

Спочатку всі побачили яскраву крапку, що світилася, яку було видно на відстані 290 км. від місця проведення випробувань При цьому звук від вибуху був чутний у радіусі 160 км. На місці, де було встановлено ядерний вибуховий пристрій, утворився величезний кратер. Вирва від ядерного вибуху досягала глибини понад 20 метрів, маючи зовнішній діаметр 70 м. На території полігону в радіусі 300-400 метрів від епіцентру поверхня землі була млявою місячною поверхнею.

Цікаво навести зафіксовані враження учасників першого випробування атомної бомби. «Навколишнє повітря стало щільнішим, миттєво піднялася його температура. Буквально за хвилину по окрузі прокотилася величезної сили ударна хвиля. У точці знаходження заряду утворюється величезна вогненна куля, після чого на його місці почала формуватися хмара ядерного вибуху грибоподібної форми. Стовп диму та пилу, увінчаний масивною головою ядерного гриба, піднявся на висоту 12 км. Усіх присутніх укриття уражали масштаби вибуху. Ніхто не міг уявити, з якою силою і силою ми зіткнулися», — писав згодом керівник Манхеттенського проекту Леслі Гровз.

Ніхто ні до, ні після не мав у своєму розпорядженні зброї такої величезної сили. Це при тому, що на той момент вчені та військові ще не мали уявлення про всі вражаючі фактори нової зброї. Враховувалися лише видимі основні вражаючі чинники ядерного вибуху, такі як:

• ударна хвиля ядерного вибуху;
• світлове та теплове випромінювання ядерного вибуху.

Про те, що вбивчими для живого є проникаюча радіація і подальше радіоактивне зараження при ядерному вибуху, тоді ще не мали чіткого уявлення. Виявилося, що саме ці два фактори після ядерного вибуху стануть для людини згодом найнебезпечнішими. Зона повного руйнування і спустошення досить низька за площею проти зоною зараження території продуктами радіаційного розпаду. Заражена територія може мати площу у сотні кілометрів. До опромінення, отриманого в перші хвилини після вибуху, і рівня радіації згодом додається зараження великих територій радіаційними опадами. Масштаби катастрофи стають апокаліптичними.

Тільки потім, значно пізніше, коли атомні бомби були використані у військових цілях, стало ясно, наскільки потужною є нова зброя і наскільки важкими для людей будуть наслідки застосування ядерної бомби.

Механізм атомного заряду та принцип дії

Якщо не вдаватися до докладних описів і технології створення атомної бомби, коротко описати ядерний заряд можна буквально трьома фразами:

• є докритична маса радіоактивної речовини (уран U235 або плутоній Pu239);
• створення певних умов для початку ланцюгової реакції розподілу ядер радіоактивних елементів(Детонація);
• створення критичної маси речовини, що ділиться.

Весь механізм можна зобразити на простому і зрозумілому малюнку, де всі частини та деталі перебувають у сильній та тісній взаємодії один з одним. В результаті підриву хімічного або електричного детонатора, запускається детонаційна сферична хвиля, що стискає речовину, що ділиться до критичної маси. Ядерний заряд є багатошаровою конструкцією. Уран або плутоній використовується як основна вибухівка. Детонатором може бути певна кількість тротилу або гексогену. Далі процес стиснення набуває некерованого характеру.

Швидкість процесів, що протікають, величезна і порівнянна зі швидкістю світла. Проміжок часу від початку детонації до запуску незворотної ланцюгової реакції займає трохи більше 10-8 з. Іншими словами, щоб привести в дію 1 кг збагаченого урану, потрібно всього 10-7 секунд. Цією величиною позначається час ядерного вибуху. З аналогічною швидкістю протікає реакція термоядерного синтезу, що лежить в основі термоядерної бомби з тією різницею, що ядерний заряд приводить у дію ще потужніший — термоядерний заряд. Термоядерна бомба має інший принцип дії. Тут ми маємо справу з реакцією синтезу легких елементів у більш важкі, в результаті яких знову ж таки виділяється величезна кількість енергії.

У процесі розподілу ядер урану чи плутонію виникає дуже багато енергії. У центрі ядерного вибуху температура становить 107 Кельвінів. У таких умовах виникає колосальний тиск – 1000 атм. Атоми речовини, що ділиться, перетворюються на плазму, яка і стає головним результатом ланцюгової реакції. Під час аварії на 4-му реакторі Чорнобильської АЕС ядерного вибуху не було, оскільки розподіл радіоактивного палива здійснювався повільно та супроводжувався лише інтенсивним виділенням тепла.

Висока швидкість процесів, що відбуваються всередині заряду, призводить до стрімкого стрибка температури і зростання тиску. Саме ці складові формують характер, фактори та потужність ядерного вибуху.

Види та типи ядерних вибухів

Запущена ланцюгова реакція не може бути зупинена. У тисячні частки секунди ядерний заряд, що складається з радіоактивних елементів, перетворюється на потік плазми, що розривається високим тиском на частини. Починається послідовний ланцюжок цілого ряду інших факторів, що вражають на навколишнє середовище, об'єкти інфраструктури і живі організми. Різниця в шкоді, що завдається, полягає лише в тому, що маленька ядерна бомба (10-30 кілотонн) тягне за собою менший масштаб руйнувань і менш важкі наслідки, ніж приносить великий ядерний вибух потужністю в 100 мегатонн.

Вражаючі чинники залежить не тільки від потужності заряду. Для оцінки наслідків важливими є умови підриву ядерного боєприпасу, який у даному випадку спостерігається тип ядерного вибуху. Підрив заряду може бути здійснений на поверхні землі, під землею або під водою, відповідно до умов застосування маємо справу з такими видами:

• повітряні ядерні вибухи, які здійснюються на певних висотах над поверхнею землі;
• висотні вибухи в атмосфері планети на висотах понад 10 км;
• наземні (надводні) ядерні вибухи, які здійснюються безпосередньо над поверхнею землі або над водяною гладдю;
• підземні чи підводні вибухи, які проводять у поверхневій товщі земної кори або під водою, на певній глибині.

У кожному окремому випадку певні фактори, що вражають, мають свою силу, інтенсивність та особливості дії, що призводять до певних результатів. В одному випадку відбувається точкове знищення мети з мінімальними руйнуваннями та радіоактивним зараженням території. В інших випадках доводиться мати справу з масштабним спустошенням місцевості та руйнуванням об'єктів, відбувається миттєве знищення всього живого, спостерігається сильне радіоактивне зараження великих територій.

Повітряний ядерний вибух, наприклад, відрізняється від наземного методу підриву тим, що вогненна куля не стикається з поверхнею грунту. При такому вибуху пил та інші дрібні фрагменти з'єднуються в пиловий стовп, що існує окремо від вибуху. Відповідно від висоти підриву залежить і площа поразки. Такі вибухи можуть бути високими та низькими.

Перші випробування атомних бойових зарядів й у США та СРСР були переважно трьох видів, наземними, повітряними і підводними. Тільки після того, як набрав чинності Договір про обмеження ядерних випробувань, ядерні вибухи в СРСР, США, Франції, Китаї та Великобританії стали здійснюватися тільки під землею. Це дозволило мінімізувати забруднення навколишнього середовища радіоактивними продуктами, зменшити площу зон відчуження, що виникали поряд із військовими полігонами.

Найпотужніший ядерний вибух, здійснений за історію ядерних випробувань, відбувся 30 жовтня 1961 року у Радянському Союзі. Бомбу, загальною вагою 26 тонн і потужністю 53 мегатонн, було скинуто в районі архіпелагу Нова Земля з борту стратегічного бомбардувальника Ту-95. Це приклад типового високого повітряного вибуху, оскільки підрив заряду стався висоті 4 км.

Слід зазначити, що вибух ядерного боєзаряду в повітрі відрізняється сильним впливом світлового випромінювання і проникаючою радіацією. Спалах ядерного вибуху добре видно за десятки та сотні кілометрів від епіцентру. Крім потужного світлового випромінювання і сильної ударної хвилі, що розходиться навколо на 3600 повітряний вибух стає джерелом сильного електромагнітного обурення. Електромагнітний імпульс, що утворюється при повітряному ядерному вибуху, в радіусі 100-500 км. здатний вивести з ладу всю наземну електротехнічну інфраструктуру та електроніку.

Яскравим прикладом низького повітряного вибуху стало атомне бомбардування у серпні 1945 року японських міст Хіросіми та Нагасакі. Бомби «Товстун» та «Малюк» спрацювали на висоті півкілометра, тим самим накривши ядерним вибухом практично всю територію цих міст. Більшість жителів Хіросіми загинули в перші секунди після вибуху, внаслідок впливу інтенсивного світлового, теплового та гамма-випромінювання. Ударна хвиля повністю зруйнувала міські споруди. У разі бомбардування міста Нагасакі ефект від вибуху був послаблений особливостями рельєфу. Горбиста місцевість дозволила деяким районам міста уникнути прямої дії світлових променів, знизила силу удару вибухової хвилі. Натомість під час такого вибуху спостерігалося велике радіоактивне зараження місцевості, що спричинило надалі тяжкі наслідки для населення знищеного міста.

Низькі та високі повітряні вибухи – найпоширеніший сучасний засіб зброї масового знищення. Такі заряди застосовуються для знищення накопичення військ та техніки, міст та об'єктів наземної інфраструктури.

Висотний ядерний вибух відрізняється способом застосування та характером дії. Підрив ядерного боєприпасу здійснюється на висоті понад 10 км у стратосфері. При подібному вибуху високо в небі спостерігається яскравий сонцеподібний спалах великого діаметру. Замість хмар пилу і диму, на місці вибуху незабаром утворюється хмара, що складається з молекул водню, що випарувалися під впливом високих температур, Вуглекислий газта азоту.

В даному випадку основним вражаючими факторами є ударна хвиля, світлове випромінювання, радіація, що проникає, і ЕМІ ядерного вибуху. Чим вища висота підриву заряду, тим менша сила ударної хвилі. Радіація та світлове випромінювання, навпаки, зі зростанням висоти лише посилюються. Зважаючи на відсутність значного переміщення повітряних мас на великих висотах, радіоактивне зараження територій у цьому випадку практично зводиться до нуля. Вибухи на висотах, зроблені в межах іоносфери, порушують поширення радіохвиль в ультразвуковому діапазоні.

Такі вибухи, в основному спрямовані на знищення цілей, що високолітають. Це може бути розвідувальні літаки, крилаті ракети, боєголовки стратегічних ракет, штучні супутники та інші космічні засоби нападу.

Наземний ядерний вибух — це зовсім інше явище у військовій тактиці та стратегії. Тут поразка піддається безпосередньо певна область поверхні землі. Підрив боєзаряду може бути здійснений над об'єктом або водою. Перші випробування атомної зброї у США та СРСР відбувалися саме в такому вигляді.

Відмінна риса цього виду ядерного вибуху — наявність яскраво вираженої грибоподібної хмари, яка формується за рахунок величезних обсягів піднятих вибухом частинок ґрунту та породи. У перший момент дома вибуху утворюється полусфера, що світиться, нижнім краєм що стосується поверхні землі. При контактному підриві в епіцентрі вибуху, де вибухнув ядерний заряд, утворюється вирва. Глибина та діаметр воронки залежить від потужності самого вибуху. При використанні невеликих тактичних боєприпасів діаметр вирви може досягати двох, трьох десятків метрів. При вибуху ядерної бомби великою потужністю розміри кратера нерідко сягають сотень метрів.

Наявність потужної грязево-пилової хмари сприяє тому, що основна маса радіоактивних продуктів вибуху випадає назад на поверхню, роблячи її повністю зараженою. Дрібніші частинки пилу потрапляють у приземний шар атмосфери і разом з повітряними масами розлітаються на великі відстані. Якщо на поверхні землі підірвати атомний заряд, радіоактивний слід від наземного вибуху, може простягтися на сотні і тисячі кілометрів. Під час аварії на Чорнобильській АЕС радіоактивні частки, що потрапили в атмосферу, випали разом з опадами на території Скандинавських країн, що знаходяться в 1000 км від місця катастрофи.

Наземні вибухи можуть здійснюватися для знищення та руйнування об'єктів великої міцності. Подібні вибухи можуть бути використані і в тому випадку, якщо має на меті створити велику зону радіоактивного зараження місцевості. В даному випадку діють усі п'ять вражаючих факторів ядерного вибуху. Після термодинамическим ударом і світловим випромінюванням у справу вступає електромагнітний імпульс. Довершує знищення об'єкта та живої сили в радіусі дії ударна хвиля та проникаюча радіація. Насамкінець залишається радіоактивне зараження. На відміну від наземного способу підриву, надводний ядерний вибух піднімає повітря величезні маси води, як у рідкому вигляді, і у пароподібному стані. Руйнівний ефект досягається за рахунок удару повітряної ударної хвилі та великим хвилюванням, що утворюється внаслідок вибуху. Піднята повітря повітря перешкоджає поширенню світлового випромінювання і проникаючої радіації. Зважаючи на те, що частинки води набагато важчі і є природним нейтралізатором активності елементів, інтенсивність поширення радіоактивних частинок у повітряному просторі незначна.

Підземний вибух ядерного боєприпасу складає певній глибині. На відміну від наземних вибухів тут відсутня область, що світиться. Всю величезну силу удару перебирає земна порода. Ударна хвиля розходиться у товщі землі, викликаючи локальний землетрус. Величезний тиск, створюваний у процесі вибуху, утворює стовп обвалення ґрунту, що йде на велику глибину. Внаслідок просідання породи на місці вибуху утворюється вирва, розміри якої залежать від потужності заряду та глибини вибуху.

Такий вибух не супроводжується грибоподібною хмарою. Стовп пилу, що піднявся у місці підриву заряду, має висоту всього кілька десятків метрів. Ударна хвиля, що перетворюється на сейсмічні хвилі, і місцеве поверхневе радіоактивне зараження є головними факторами, що вражають при проведенні таких вибухів. Як правило, такий вид підриву ядерного заряду має економічне та прикладне значення. Сьогодні більшість ядерних випробувань здійснюється підземним способом. У 70-80 роки подібним чиномвирішували народногосподарські завдання, використовуючи колосальну енергію ядерного вибуху для руйнування гірських масивів та утворення штучних водойм.

На карті ядерних полігонів у Семипалатинську (нині Республіка Казахстан) та у штаті Невада (США) є величезна кількість кратерів, слідів проведення підземних ядерних випробувань.

Підводний підрив ядерного заряду складає заданої глибині. В даному випадку під час вибуху світловий спалах відсутній. На поверхні води в місці підриву виникає водяний стовп заввишки 200-500 метрів, який вінчає хмару бризок та пари. Утворення ударної хвилі відбувається відразу після вибуху, викликаючи обурення у товщі води. Основним вражаючим фактором вибуху є ударна хвиля, що трансформується на хвилі великої висоти. При вибуху зарядів великої потужності висота хвиль може сягати 100 і більше метрів. Надалі на місці вибуху та на прилеглій території спостерігається сильне радіоактивне зараження.

Способи захисту від факторів ядерного вибуху.

Внаслідок вибухової реакції ядерного заряду утворюється величезна кількість теплової та світлової енергії, здатної не тільки зруйнувати та знищити неживі об'єкти, але й вбити все живе на значній площі. В епіцентрі вибуху та в безпосередній близькості від нього внаслідок інтенсивного впливу проникаючої радіації, світлового, теплового випромінювання та ударної хвилі гине все живе, знищується військова техніка, руйнуються будівлі та споруди. З віддаленням від епіцентру вибуху і з часом сила факторів, що вражають, зменшується, поступаючись місцем останньому згубному фактору — радіоактивному зараженню.

Шукати порятунку тим, хто потрапив до епіцентру ядерного апокаліпсису, марно. Тут не врятує ні міцне бомбосховище, ні засоби особистого захисту. Травми та опіки, отримані людиною в таких ситуаціях, несумісні з життям. Руйнування об'єктів інфраструктури мають тотальний характер і не підлягають відновленню. У свою чергу, тим, хто опинився на значній відстані від місця вибуху, можна розраховувати на порятунок, використовуючи певні навички та спеціальні способи захисту.

Основний фактор, що вражає при ядерному вибуху, — це ударна хвиля. Область високого тиску, що утворюється в епіцентрі, впливає на повітряну масу, створюючи ударну хвилю, яка поширюється на всі боки з надзвуковою швидкістю.

Швидкість розповсюдження вибухової хвилі така:

• на рівній місцевості 1000 метрів від епіцентру вибуху ударна хвиля долає за 2 сек.;
• на відстані 2000 м. від епіцентру ударна хвиля вас наздожене через 5 секунд;
• перебуваючи від вибуху на дистанції 3 км, на ударну хвилю слід очікувати через 8 секунд.

Після проходження вибухової хвилі з'являється область низького тиску. Прагнучи заповнити розріджений простір, повітря йде у зворотному напрямку. Вакуумний ефект, що створюється, викликає чергову хвилю руйнувань. Побачивши спалах, до приходу вибухової хвилі можна спробувати знайти укриття, зменшивши наслідки впливу ударної хвилі.

Світлове і теплове випромінювання на великій відстані від епіцентру вибуху втрачають свою силу, тому якщо людина змогла сховатися побачивши спалах, можна розраховувати на порятунок. Набагато страшніша проникаюча радіація, що представляє собою стрімкий потік гамма променів і нейтронів, які поширюються зі швидкістю світла з області вибуху, що світиться. Найпотужніший вплив проникаючої радіації відбувається у перші секунди після вибуху. Перебуваючи в притулку або в укритті, висока можливість уникнути прямого влучення смертоносного гамма-випромінювання. Проникаюча радіація завдає тяжких уражень живим організмам, викликаючи променеву хворобу.

Якщо всі попередні перелічені фактори ядерного вибуху, що вражають, носять короткочасний характер, то радіоактивне зараження є найбільш підступним і небезпечним фактором. Його згубна дія на організм людини відбувається поступово, з часом. Величина залишкової радіації та інтенсивність радіоактивного зараження залежить від потужності вибуху, умов місцевості та кліматичних факторів. Радіоактивні продукти вибуху, змішуючись з пилом, дрібними фрагментами та уламками потрапляють у приземний повітряний шар, після чого разом з опадами або самостійно випадають на поверхню землі. Радіаційний фон у зоні застосування ядерної зброї у сотні разів перевищує природне радіаційне тло, створюючи загрозу всьому живому. Перебуваючи на території, яка зазнала ядерного удару, слід уникати контакту з будь-якими предметами. Засоби індивідуального захисту та дозиметр дозволять знизити ймовірність радіоактивного зараження.