Ядрено оръжие. Ядрена експлозия: описание, класификация Ядрената експлозия има
Ядрените оръжия имат огромна мощност. при деленето на уран
маса от порядъка на килограм освобождава същото количество енергия като
при експлозията на тротил с тегло около 20 хиляди тона. Реакциите на термоядрен синтез са още по-енергийно интензивни. Силата на експлозия на ядрените оръжия обикновено се измерва в единици тротилов еквивалент. Еквивалентът на TNT е масата на тринитротолуен, която би осигурила експлозия, еквивалентна по мощност на експлозията на дадено ядрено оръжие. Обикновено се измерва в килотони (kT) или мегатони (MgT).
В зависимост от мощността ядрените оръжия са разделени на калибри:
Изключително малък (по-малко от 1 kT)
Малък (от 1 до 10 kT)
Среден (от 10 до 100 kT)
Голям (от 100 kT до 1 MgT)
Изключително голям (над 1 MgT)
Термоядрените заряди са оборудвани с боеприпаси за супер големи, големи
и средни калибри; ядрени-ултрамалки, малки и средни калибри,
неутрон-ултра-малки и малки калибри.
1.5 Видове ядрени експлозии
В зависимост от задачите, решавани от ядрените оръжия, от вида и местоположението
обекти, по които се планират ядрени удари, както и природата
предстоящи военни действия могат да бъдат извършени ядрени експлозии
въздух, на повърхността на земята (вода) и под земята (вода). Според
По този начин се разграничават следните видове ядрени експлозии:
Въздух (висок и нисък)
земя (повърхност)
Под земята (под вода)
1.6 Увреждащи фактори на ядрена експлозия.
Ядрената експлозия е в състояние незабавно да унищожи или да обезсили
незащитени хора, открито стояща техника, конструкции и разн
материални ресурси. Основните увреждащи фактори на ядрена експлозия са:
ударна вълна
светлинно излъчване
проникваща радиация
Радиоактивно замърсяване на района
електромагнитен импулс
Помислете за тях:
а) Ударната вълна в повечето случаи е основната повреда
фактор за ядрена експлозия. По природа е подобен на ударна вълна.
конвенционална експлозия, но продължава по-дълго и има
много по-разрушителна сила. Ударна вълна от ядрена експлозия
може да нанесе щети на значително разстояние от центъра на експлозията
хора, унищожават структури и повреждат военно оборудване.
Ударната вълна е област на силно компресиране на въздуха,
разпространяващ се с висока скорост във всички посоки от центъра на експлозията.
Скоростта му на разпространение зависи от налягането на въздуха в предната част
ударна вълна; близо до центъра на експлозията, той е няколко пъти по-голям от
скоростта на звука, но намалява рязко с увеличаване на разстоянието от мястото на експлозията.
През първите 2 секунди ударната вълна преминава около 1000 m, за 5 секунди - 2000 m,
за 8 секунди - около 3000 м. Това служи като оправдание за стандарта N5 ZOMP
"Действия при избухване на ядрена експлозия": отлично - 2 сек., добро - 3 сек.,
Задоволително - 4 сек.
Увреждащият ефект на ударната вълна върху хората и разрушителният ефект върху
военна техника, инженерни съоръжения и техника
всичко се определя от свръхналягането и скоростта на въздуха в
нейната предна част. Свръхналягането е разликата между максималното налягане в предната част на ударната вълна и нормалното атмосферно налягане пред нея. Измерва се в нютони на квадратен метър (N/m2). Тази единица за налягане се нарича паскал (Pa). 1 N / m 2 \u003d 1 Pa (1 kPa 0,01 kgf / cm 2).
При свръхналягане от 20-40 kPa, незащитени хора могат да получат леки наранявания (леки натъртвания и сътресения). Въздействието на ударна вълна със свръхналягане 40-60 kPa води до умерени наранявания: загуба на съзнание, увреждане на органите на слуха, тежка дислокация на крайниците, кървене от носа и ушите. Тежките наранявания възникват при свръхналягане над 60 kPa и се характеризират с тежки контузии на цялото тяло, фрактури на крайници и увреждане на вътрешните органи. При свръхналягане над 100 kPa се наблюдават изключително тежки лезии, често фатални.
В допълнение, незащитените хора могат да бъдат ударени от летене
с голяма скорост с фрагменти от стъкло и фрагменти от разрушими сгради,
падащи дървета, както и разпръснати части от военна техника,
буци пръст, камъни и други предмети, пуснати в движение
скорост на ударната вълна. Най-големи косвени щети ще се наблюдават в населените места и в гората; в тези случаи загубата на войски може да бъде по-голяма, отколкото от прякото действие на ударната вълна.
Ударната вълна е в състояние да нанесе щети в затворени пространства,
проникване през пукнатини и дупки.
С увеличаване на калибъра на ядреното оръжие, радиусите на унищожаване от ударна вълна
нарастват пропорционално на кубичния корен от силата на експлозията. При подземна експлозия се получава ударна вълна в земята, а при подводна експлозия във водата.
Освен това при тези видове експлозии част от енергията се изразходва за създаване
ударна вълна и във въздуха. Ударната вълна, разпространяваща се в земята
причинява повреди на подземни конструкции, канализация, водоснабдяване;
при разпространението му във вода се наблюдава увреждане на подводната част
кораби, разположени дори на значително разстояние от мястото на експлозията.
б) Светлинното излъчване на ядрен взрив е поток
лъчиста енергия, включително ултравиолетова, видима и инфрачервена
радиация. Източникът на светлинно излъчване е светеща област,
състояща се от горещи продукти на експлозията и горещ въздух. Яркост
светлинното излъчване през първата секунда е няколко пъти по-голямо от яркостта
Погълнатата светлинна енергия се превръща в топлинна енергия
води до нагряване на повърхностния слой на материала. Отоплението може да бъде
достатъчно силен, за да овъгли или запали горивото
материал и напукване или топене на незапалими материали, което може да доведе до
до огромни пожари. В този случай действието на светлинно излъчване от ядрена експлозия
еквивалентно на масовата употреба на запалително оръжие, което
дискутирани в четвъртия въпрос от проучването.
Човешката кожа също поглъща енергията на светлинното лъчение, за
поради което може да се нагрее до висока температура и да се изгори. AT
на първо място, изгаряния се появяват на открити участъци на тялото, обърнати
страна на експлозията. Ако погледнете в посоката на експлозията с незащитени очи, тогава
възможно увреждане на очите, водещо до пълна загуба на зрението.
Изгарянията, причинени от светлинно излъчване, не се различават от обикновените,
причинени от огън или вряща вода. Те са по-силни, колкото по-късо е разстоянието до
експлозия и толкова по-голяма е мощността на боеприпасите. При въздушна експлозия вредното въздействие на светлинното излъчване е по-голямо, отколкото при земна експлозия със същата мощност.
В зависимост от възприемания светлинен импулс изгарянията се разделят на три
степен. Изгарянията от първа степен се проявяват в повърхностни кожни лезии: зачервяване, подуване, болезненост. Изгарянията от втора степен причиняват образуване на мехури по кожата. Изгарянията от трета степен причиняват некроза на кожата и язви.
При въздушна експлозия на боеприпас с мощност 20 kT и прозрачност на атмосферата около 25 km ще се наблюдават изгаряния от първа степен в радиус от 4,2
км от центъра на експлозията; при експлозия на заряд с мощност 1 MgT, това разстояние
ще се увеличи до 22,4 км. Изгаряния от втора степен се появяват на разстояние
2,9 и 14,4 км и изгаряния трета степен - на разстояния 2,4 и 12,8 км
съответно за боеприпаси с капацитет 20 kT и 1MgT.
в) Проникващата радиация е невидим поток от гама лъчи
кванти и неутрони, излъчени от зоната на ядрена експлозия. Гама кванти
а неутроните се разпространяват във всички посоки от центъра на експлозията за стотици
метра. С увеличаване на разстоянието от експлозията, броят на гама квантите и
неутроните, преминаващи през единична повърхност, намаляват. В
подземни и подводни ядрени експлозии ефектът от проникваща радиация
се простира на разстояния, които са много по-къси, отколкото при наземните и
въздушни експлозии, което се обяснява с поглъщането на неутронния поток и гама
квантова вода.
Зони, засегнати от проникваща радиация по време на експлозии на ядрени оръжия
средна и висока мощност са малко по-малки от зоните, засегнати от ударната вълна и светлинното лъчение. За боеприпаси с малък тротилов еквивалент (1000 тона или по-малко), напротив, зоните на увреждащо въздействие на проникващата радиация превишават зоните на увреждане от ударни вълни и светлинно излъчване.
Увреждащият ефект на проникващата радиация се определя от способността
гама лъчите и неутроните йонизират атомите на средата, в която се разпространяват. Преминавайки през жива тъкан, гама квантите и неутроните йонизират атомите и молекулите, които изграждат клетките, което води до
нарушение на жизнените функции на отделните органи и системи. Под влиянието
йонизация в организма, протичат биологични процеси на клетъчна смърт и разлагане. В резултат на това засегнатите хора развиват специфично заболяване, наречено лъчева болест.
г) Основните източници на радиоактивно замърсяване са продуктите на делене на ядрен заряд и радиоактивни изотопи, образувани в резултат на въздействието на неутрони върху материалите, от които е направено ядреното оръжие, и върху някои елементи, изграждащи почвата при експлозията ■ площ.
При наземна ядрена експлозия светещата област докосва земята. Вътре в него се изтеглят маси от изпаряваща се почва, които се издигат нагоре. При охлаждане изпаренията от продуктите на делене на почвата кондензират върху твърди частици. Образува се радиоактивен облак. Той се издига на височина от много километри и след това се движи с вятъра със скорост 25-100 км / ч. Радиоактивните частици, падащи от облака на земята, образуват зона на радиоактивно замърсяване (пътека), чиято дължина може да достигне няколкостотин километра.
Радиоактивно замърсяване на хора, военна техника, терен и различни
обекти в ядрена експлозия се причинява от фрагменти на делене на материя
заряд и нереагиралата част от заряда, падаща от експлозивния облак,
както и индуцирана радиоактивност.
С течение на времето активността на фрагментите на делене намалява бързо,
особено в първите часове след експлозията. Например цялостната дейност
фрагменти на делене по време на експлозия на ядрено оръжие с мощност 20 kT
един ден ще бъде няколко хиляди пъти по-малко от една минута след това
По време на експлозията на ядрено оръжие част от веществото на заряда не е изложено
разделяне, но изпада в обичайната си форма; разпадането му е придружено от образуване на алфа частици. Индуцираната радиоактивност се дължи на радиоактивни изотопи, образувани в почвата в резултат на нейното облъчване с неутрони, излъчени в момента на експлозията от ядрата на атомите на химическите елементи, които изграждат почвата. Получените изотопи обикновено са
бета-активни, разпадането на много от тях е придружено от гама лъчение.
Времето на полуразпад на повечето от получените радиоактивни изотопи е сравнително кратък, от една минута до един час. В тази връзка предизвиканата активност може да бъде опасна само в първите часове след експлозията и само в района близо до нейния епицентър.
Основната част от дългоживеещите изотопи е концентрирана в радиоактивните
облакът, който се образува след експлозията. Височина на облака за
боеприпаси с капацитет 10 kT е 6 km, за боеприпаси с капацитет 10 MgT
е на 25 км. С напредването на облаците те първи падат от него
най-големите частици, а след това все по-малки и по-малки, образуващи
пътят на движение на зоната на радиоактивно замърсяване, така наречената следа от облака.
Размерът на следата зависи главно от мощността на ядреното оръжие,
както и на скоростта на вятъра и може да достигне няколкостотин дължина и
широки няколко десетки километра.
Наранявания поради вътрешна експозиция възникват в резултат на
радиоактивни вещества, попадащи в тялото през дихателната система и
стомашно-чревния тракт. В този случай влизат радиоактивни емисии
в пряк контакт с вътрешните органи и може да причини
тежка лъчева болест; естеството на заболяването ще зависи от количеството радиоактивни вещества, които са влезли в тялото.
За въоръжение, военна техника и инженерни съоръжения, радиоактивни
веществата не са вредни.
д) Електромагнитен импулс е краткотрайно електромагнитно поле, което възниква по време на експлозия на ядрено оръжие в резултат на взаимодействието на гама лъчи и неутрони, излъчени след ядрена експлозия, с атомите на околната среда. Последицата от неговото въздействие е изгаряне или повреда на отделни елементи на радиоелектронното и електрическото оборудване.
Поражението на хората е възможно само в случаите, когато те влязат в контакт с удължени кабелни линии по време на експлозията.
Най-надеждното средство за защита срещу всички увреждащи фактори на ядрена експлозия са защитните конструкции. На полето човек трябва да се прикрива зад силни местни обекти, обратни склонове на височини, в гънките на терена.
При работа в замърсени зони се използват средства за защита на дихателните пътища (гази, респиратори, маски против прах и памучно-марлени превръзки), както и средства за защита на кожата, за защита на дихателните органи, очите и открити участъци на тялото от радиоактивни вещества.
Характеристики на увреждащото действие на неутронните боеприпаси.
Неутронните боеприпаси са вид ядрени боеприпаси. Те се основават на термоядрени заряди, които използват реакции на ядрено делене и синтез. Експлозията на такъв боеприпас има пагубен ефект преди всичко върху хората поради мощния поток от проникваща радиация, при която значителна част (до 40%) попада върху така наречените бързи неутрони.
По време на експлозията на неутронен боеприпас площта на зоната, засегната от проникваща радиация, превишава няколко пъти площта на зоната, засегната от ударната вълна. В тази зона оборудването и конструкциите могат да останат невредими, а хората да получат фатални наранявания.
За защита срещу неутронни боеприпаси се използват същите средства и методи като за защита срещу конвенционални ядрени боеприпаси. Освен това, когато се изграждат навеси и навеси, се препоръчва уплътняване и навлажняване на почвата, положена над тях, увеличаване на дебелината на таваните и осигуряване на допълнителна защита на входовете и изходите. Защитните свойства на оборудването се подобряват чрез използването на комбинирана защита, състояща се от водород-съдържащи вещества (например полиетилен) и материали с висока плътност (олово).
Радиоактивност. Закон за радиоактивния разпад. Въздействие на йонизиращи лъчения върху биологични обекти. Мерна единица за радиоактивност.
Радиоактивността е способността на атомите на определени изотопи да се разпадат спонтанно чрез излъчване на радиация. За първи път такава радиация, излъчвана от уран, беше открита от Бекерел, следователно отначало радиоактивното излъчване се наричаше лъчи на Бекерел. Основният вид радиоактивен разпад е изхвърлянето на алфа частици от ядрото на атома - алфа разпад (виж Алфа радиация) или бета частици - бета разпад (виж Бета радиация).
Най-важната характеристика на радиоактивността е законът за радиоактивния разпад, който показва как (средно) броят N радиоактивни ядра в пробата се променя с времето t
N(t) \u003d N 0 e -λt,
където N 0 е броят на изходните ядра в началния момент (момента на тяхното образуване или началото на наблюдение), а λ е константата на разпада (вероятността за разпад на радиоактивно ядро за единица време). Тази константа може да се използва за изразяване на средния живот на радиоактивно ядро τ = 1/λ, както и на полуразпада T 1/2 = ln2/τ. Времето на полуразпад ясно характеризира скоростта на разпадане, като показва колко време е необходимо, за да се намали наполовина броят на радиоактивните ядра в пробата.
Единици.
| ЕДИНИЦИ ЗА РАДИОАКТИВНОСТ | ||
| Бекерел (Bq, Vq); Кюри (Ки, Си) | 1 Bq = 1 разпадане в секунда. 1 Ki \u003d 3,7 x 10 10 Bq | Единици за радионуклидна активност. Представете броя на разпаданията за единица време. |
| Сив (Gr, Gu); Радвам се (рад, рад) | 1 Gy = 1 J/kg 1 rad = 0,01 Gy | единици абсорбирана доза. Те представляват количеството енергия на йонизиращо лъчение, абсорбирано от единица маса на физическо тяло, например телесни тъкани. |
| Sievert (Sv, Sv) Rem (ber, rem) - "Рентгенов биологичен еквивалент" | 1 Sv = 1Gy = 1J/kg (за бета и гама) 1 µSv = 1/1000000 Sv 1 ber = 0,01 Sv = 10 mSv | Единици за еквивалентна доза. Те са единица за погълната доза, умножена по коефициент, който отчита неравномерната опасност от различните видове йонизиращи лъчения. |
| Сиво на час (Gy/h); Сиверт на час (Sv/h); Рентген на час (R/h) | 1 Gy/h = 1 Sv/h = 100 R/h (за бета и гама) 1 µ Sv/h = 1 µGy/h = 100 µR/h 1 µR/h = 1/1000000 R/h | Дозови единици. Представлява дозата, получена от тялото за единица време. |
Въздействие на йонизиращи лъчения върху биологични обекти.
В резултат на въздействието на йонизиращите лъчения върху човешкото тяло в тъканите могат да възникнат сложни физични, химични и биохимични процеси.
Когато радиоактивните вещества попаднат в тялото, увреждащият ефект се произвежда главно от алфа източници, а след това от бета източници, т.е. в обратен ред на външното облъчване. Алфа-частиците, които имат ниска йонизационна плътност, разрушават лигавицата, което е слаба защита на вътрешните органи в сравнение с външната кожа.
Има три начина, по които радиоактивните вещества влизат в тялото: чрез вдишване на въздух, замърсен с радиоактивни вещества, чрез замърсена храна или вода, през кожата и чрез инфекция на отворени рани. Първият начин е най-опасен, тъй като, първо, обемът на белодробната вентилация е много голям, и второ, стойностите на коефициента на асимилация в белите дробове са по-високи.
Праховите частици, върху които се сорбират радиоактивни изотопи, частично се утаяват в устната кухина и назофаринкса при вдишване на въздух през горните дихателни пътища. Оттук прахът навлиза в храносмилателния тракт. Останалите частици влизат в белите дробове. Степента на задържане на аерозолите в белите дробове зависи от тяхната дисперсия. Около 20% от всички частици се задържат в белите дробове; тъй като размерът на аерозолите намалява, забавянето се увеличава до 70%.
Когато радиоактивните вещества се абсорбират от стомашно-чревния тракт, важен е коефициентът на резорбция, който характеризира съотношението на веществото, което влиза в кръвта от стомашно-чревния тракт. В зависимост от естеството на изотопа, коефициентът варира в широк диапазон: от стотни от процента (за цирконий, ниобий) до няколко десетки процента (водород, алкалоземни елементи). Резорбцията през непокътната кожа е 200-300 пъти по-малка, отколкото през стомашно-чревния тракт, и като правило не играе значителна роля.
Когато радиоактивните вещества попаднат в тялото по някакъв начин, те се откриват в кръвта за няколко минути. Ако приемът на радиоактивни вещества е бил еднократен, тогава концентрацията им в кръвта първо се увеличава до максимум и след това намалява в рамките на 15-20 дни.
Концентрациите на дългоживеещи изотопи в кръвта могат впоследствие да се поддържат на почти същото ниво за дълго време поради обратното отмиване на отложените вещества. Ефектът на йонизиращото лъчение върху клетката е резултат от сложни взаимосвързани и взаимозависими трансформации. Според A.M. Кузин, радиационното увреждане на клетките протича на три етапа. На първия етап радиацията засяга сложни макромолекулни образувания, йонизирайки ги и ги възбуждайки. Това е физическият етап на излагане на радиация. Вторият етап е химически трансформации. Те съответстват на процесите на взаимодействие на радикалите на протеини, нуклеинови киселини и липиди с вода, кислород, водни радикали и образуването на органични пероксиди. Радикалите, които се появяват в слоевете на подредени протеинови молекули, взаимодействат с образуването на „омрежи“, в резултат на което се нарушава структурата на биомембраните. Поради увреждане на лизозомните мембрани се наблюдава повишаване на активността и освобождаване на ензими, които чрез дифузия достигат до всяка клетъчна органела и лесно проникват в нея, причинявайки нейния лизис.
Крайният ефект от облъчването е резултат не само от първичното увреждане на клетките, но и от последващите възстановителни процеси. Предполага се, че значителна част от първичното увреждане в клетката възниква под формата на т. нар. потенциално увреждане, което може да се реализира при липса на възстановителни процеси. Осъществяването на тези процеси се улеснява от процесите на биосинтеза на протеини и нуклеинови киселини. Докато не настъпи осъзнаването на потенциалните щети, клетката може да се "поправи" в тях. Смята се, че това е свързано с ензимни реакции и се задвижва от енергийния метаболизъм. Смята се, че това явление се основава на дейността на системи, които при нормални условия регулират интензивността на естествения мутационен процес.
Мутагенният ефект на йонизиращото лъчение е установен за първи път от руски учени R.A. Надсън и Р.С. Филипов през 1925 г. в опити върху дрожди. През 1927 г. това откритие е потвърдено от Р. Мелер върху класически генетичен обект - Drosophila.
Йонизиращото лъчение е в състояние да причини всякакви наследствени промени. Спектърът на мутациите, предизвикани от облъчване, не се различава от спектъра на спонтанните мутации.
Последните изследвания на Киевския институт по неврохирургия показват, че радиацията, дори и в малки количества, в дози от десетки rem, има най-силен ефект върху нервните клетки – невроните. Но невроните не умират от директно излагане на радиация. Както се оказа, в резултат на излагане на радиация, по-голямата част от ликвидаторите на Чернобилската АЕЦ наблюдават „пострадиационна енцефалопатия“. Общите нарушения в организма под въздействието на радиация водят до промяна в метаболизма, което води до патологични промени в мозъка.
2. Принципи за проектиране на ядрени оръжия. Основните възможности за по-нататъшно развитие и усъвършенстване на ядрените оръжия.
Ядрените боеприпаси се наричат ракетни бойни глави, оборудвани с ядрени (термоядрени) заряди, въздушни бомби, артилерийски снаряди, торпеда и инженерни управляеми мини (ядрени противопехотни мини).
Основните елементи на ядреното оръжие са: ядрен заряд, детонационни сензори, система за автоматизация, източник на електричество и тяло.
Корпусът служи за подреждане на всички елементи на боеприпаса, защитата им от механични и термични повреди, придаване на боеприпаса необходимата балистична форма, а също и за увеличаване на коефициента на използване на ядреното гориво.
Детонационните сензори (взривни устройства) са предназначени да подават сигнал за активиране на ядрен заряд. Те могат да бъдат контактни и дистанционни (безконтактни) видове.
Контактните сензори се задействат в момента, в който боеприпасите срещнат препятствие, а дистанционните сензори се задействат на определена височина (дълбочина) от повърхността на земята (вода).
Дистанционните сензори, в зависимост от вида и предназначението на ядреното оръжие, могат да бъдат временни, инерционни, барометрични, радарни, хидростатични и др.
Системата за автоматизация включва система за безопасност, блок за автоматизация и система за аварийна детонация.
Системата за безопасност елиминира възможността от случайна експлозия на ядрен заряд по време на рутинна поддръжка, съхранение на боеприпаси и по време на полета им по траектория.
Блокът за автоматизация се задейства от сигнали от детонационни сензори и е проектиран да генерира електрически импулс с високо напрежение за задействане на ядрен заряд.
Аварийната детонационна система служи за самоунищожаване на боеприпаса без ядрен взрив в случай, че той се отклони от дадена траектория.
Източникът на захранване на цялата електрическа система на боеприпаса са различни видове акумулатори, които имат еднократно действие и се привеждат в работно състояние непосредствено преди бойното му използване.
Ядреният заряд е устройство за осъществяване на ядрена експлозия По-долу ще разгледаме съществуващите видове ядрени заряди и тяхната основна структура.
Ядрени заряди
Устройствата, предназначени да извършват експлозивния процес на освобождаване на вътрешноядрена енергия, се наричат ядрени заряди.
Има два основни типа ядрени оръжия:
1 - заряди, чиято енергия на експлозия се дължи на верижна реакция на делящи се вещества, прехвърлени в свръхкритично състояние - атомни заряди;
2 - заряди, чиято енергия на експлозия се дължи на реакцията на термоядрен синтез на ядрата, - термоядрени заряди.
Атомни заряди. Основният елемент на атомните заряди е делящ се материал (ядрен експлозив).
Преди експлозията масата на ядрените експлозиви е в подкритично състояние. За да се извърши ядрен взрив, той се прехвърля в свръхкритично състояние. За осигуряване на образуването на свръхкритична маса се използват два вида устройства: оръдие и имплозивни.
При зарядите от оръдния тип ядреният експлозив се състои от две или повече части, чиято маса поотделно е по-малка от критичната, което гарантира изключване на спонтанното начало на ядрена верижна реакция. Когато се извърши ядрена експлозия, отделни части на ядрения взривен блок под действието на енергията на експлозията на конвенционален взривен материал се обединяват в едно цяло и общата маса на ядрения взривен материал става по-критична, което създава условия за експлозивна верижна реакция.
Прехвърлянето на заряда в свръхкритично състояние се осъществява чрез действието на прахов заряд. Вероятността за получаване на изчислената мощност на експлозия в такива заряди зависи от скоростта на приближаване на частите на ядрения експлозив. Ако скоростта на приближаване е недостатъчна, коефициентът на критичност може да стане малко по-голям от единица дори преди момента на пряк контакт на частите на ядрения експлозив. В този случай реакцията може да започне от един начален център на делене под въздействието, например, на спонтанен неутрон на делене, което води до по-ниска експлозия с малък коефициент на използване на ядрено гориво.
Предимството на ядрените заряди от оръдния тип е простотата на конструкцията, малките размери и тегло, високата механична якост, което прави възможно създаването на ядрени боеприпаси с малки размери (артилерийски снаряди, ядрени мини и др.) на тяхна основа.
При заряди от имплозионен тип за създаване на свръхкритична маса се използва ефектът на имплозия - всестранното компресиране на ядрен експлозив от силата на експлозия на конвенционален експлозив, което води до рязко увеличаване на неговата плътност.
Ефектът на имплозия създава огромна концентрация на енергия в зоната на NHE и прави възможно достигането на налягане над милиони атмосфери, което води до увеличаване на NHE плътността с коефициент 2-3 и намаляване на критичната маса с коефициент 4-9.
За гарантирана имитация на верижна реакция на делене и нейното ускорение трябва да се приложи мощен неутронен импулс от изкуствен неутронен източник в момента на най-високата имплозия.
Предимството на атомните заряди от имплозионен тип е по-високата степен на използване на ядрените експлозиви, както и възможността да се променя силата на ядрена експлозия в определени граници с помощта на специален превключвател.
Недостатъците на атомните заряди включват голяма маса и размери, ниска механична якост и чувствителност към температурни условия.
Термоядрени заряди При заряди от този тип условията за реакцията на синтез се създават чрез детониране на атомен заряд (детонатор) от уран-235, плутоний-239 или калифорний-251.Термоядрените заряди могат да бъдат неутронни и комбинирани
В термоядрените неутронни заряди като термоядрено гориво се използват деутерий и тритий в чист вид или под формата на метални хидриди. „Безтимът“ на реакцията е силно обогатен плутоний-239 или калифорний-251, които имат относително малка критична маса. Това ви позволява да увеличите коефициента на термоядрени боеприпаси.
Термоядрените комбинирани заряди използват литиев деутерид (LiD) като термоядрено гориво. За "предпазителя" на реакцията на синтез е реакцията на делене на уран-235. За да се получат високоенергийни неутрони за реакцията (1.18), още в самото начало на ядрения процес, в ядрения заряд се поставя ампула с тритий (1H3).Неутроните на делене са необходими за получаване на тритий от литий в начален период на реакцията неутрони, освободени по време на реакциите на синтез на деутерий и тритий, както и деленето на уран-238 (най-разпространеният и най-евтиният природен уран), който специално обгражда реакционната зона под формата на обвивка. наличието на такава обвивка позволява не само да се извърши лавинообразна термоядрена реакция, но и да се получи допълнителна енергийна експлозия, тъй като при висока плътност на потока от неутрони с енергия над 10 MeV, реакцията на делене на уран-238 ядрата протича доста ефективно. В същото време количеството освободена енергия става много голямо и в боеприпасите от големи и изключително големи калибри може да бъде до 80% от общата енергия на комбиниран термоядрен боеприпас а.
Класификация на ядрените оръжия
Ядрените боеприпаси се класифицират по мощността на освободената енергия на ядрения заряд, както и по вида на използваната в тях ядрена реакция.За характеризиране на мощността на боеприпаса се използва понятието "тротилов еквивалент" - това е такова маса TNT, чиято енергия на експлозия е рояк енергия, освободен по време на въздушна експлозия на ядрена бойна глава (заряд) Еквивалентът на TNT се обозначава с буквата § и се измерва в тонове (t), хиляди тона (kg) , милиона тона (Mt)
По отношение на мощността ядрените оръжия са условно разделени на пет калибъра.
калибър на ядрено оръжие
хиляда тона в тротилов еквивалент
Ултра малък до 1
Средно 10-100
Големи 100-1000
Изключително голям над 1000
Класификация на ядрените експлозии по вид и мощност. Увреждащи фактори на ядрена експлозия.
В зависимост от задачите, които се решават с използването на ядрено оръжие, ядрените експлозии могат да се извършват във въздуха, на повърхността на земята и водата, под земята и водата. В съответствие с това се разграничават въздушни, земни (повърхностни) и подземни (подводни) експлозии (фигура 3.1).
Въздушна ядрена експлозия е експлозия, произведена на височина до 10 km, когато светещата площ не докосва земята (вода). Въздушните експлозии се делят на ниски и високи. Силно радиоактивно замърсяване на района се образува само в близост до епицентрите на ниски въздушни експлозии. Замърсяването на района по пътя на облака не оказва съществено влияние върху действията на личния състав. Ударната вълна, светлинното излъчване, проникващата радиация и EMP се проявяват най-пълно във въздушна ядрена експлозия.
Наземната (повърхностна) ядрена експлозия е експлозия, произведена на повърхността на земята (вода), при която светещата област докосва повърхността на земята (вода), а праховият (водният) стълб от момента на образуване е свързан с експлозивния облак. 50 Характерна особеност на наземната (повърхностна) ядрена експлозия е силното радиоактивно замърсяване на терена (водата) както в зоната на експлозията, така и в посоката на експлозивния облак. Увреждащите фактори на тази експлозия са ударната вълна, светлинното излъчване, проникващата радиация, радиоактивното замърсяване на района и ЕМИ.
Подземна (подводна) ядрена експлозия е експлозия, произведена под земята (под вода) и се характеризира с отделяне на голямо количество почва (вода), смесено с ядрени експлозивни продукти (фрагменти от делене на уран-235 или плутоний-239). Увреждащият и разрушителен ефект на подземния ядрен взрив се обуславя главно от сеизмично-експлозивни вълни (основен увреждащ фактор), образуването на фуния в земята и силното радиоактивно замърсяване на района. Светлинно излъчване и проникваща радиация липсват. Характерно за подводната експлозия е образуването на султан (колона от вода), основната вълна, образувана по време на срутването на султана (колона от вода).
Въздушна ядрена експлозия започва с кратка ослепителна светкавица, светлината от която може да се наблюдава на разстояние от няколко десетки и стотици километри. След светкавицата се появява светеща област под формата на сфера или полукълбо (със земна експлозия), която е източник на мощно светлинно излъчване. В същото време от зоната на експлозия в околната среда се разпространява мощен поток от гама лъчение и неутрони, които се образуват по време на ядрена верижна реакция и по време на разпадането на радиоактивни фрагменти от делене на ядрен заряд. Гама лъчите и неутроните, излъчени по време на ядрена експлозия, се наричат проникваща радиация. Под действието на мигновено гама-лъчение атомите на околната среда се йонизират, което води до появата на електрически и магнитни полета. Тези полета, поради кратката им продължителност на действие, обикновено се наричат електромагнитен импулс на ядрена експлозия.
В центъра на ядрена експлозия температурата моментално се повишава до няколко милиона градуса, в резултат на което веществото на заряда се превръща във високотемпературна плазма, излъчваща рентгенови лъчи. Налягането на газообразните продукти първоначално достига няколко милиарда атмосфери. Сферата от нажежени газове на светещата област, стремейки се да се разшири, компресира съседните слоеве въздух, създава рязък спад на налягането на границата на компресирания слой и образува ударна вълна, която се разпространява от центъра на експлозията в различни посоки . Тъй като плътността на газовете, които съставляват огненото кълбо, е много по-ниска от плътността на околния въздух, топката се издига бързо. В този случай се образува облак с форма на гъба, съдържащ газове, водни пари, малки частици почва и огромно количество радиоактивни продукти от експлозията. При достигане на максималната височина облакът се пренася на големи разстояния под действието на въздушни течения, разсейва се и радиоактивните продукти падат върху земната повърхност, създавайки радиоактивно замърсяване на района и обектите.
За военни цели;
По мощност:
Ултрамалки (по-малко от 1 хил. тона тротил);
Малък (1 - 10 хиляди тона);
Среден (10-100 хиляди тона);
Голям (100 хиляди тона -1 Mt);
Супер голям (над 1 Mt).
вид експлозия:
Висока (над 10 км);
Въздух (лекият облак не достига повърхността на Земята);
смлян;
повърхност;
Под земята;
Под вода.
Увреждащи фактори на ядрена експлозия. Увреждащите фактори на ядрена експлозия са:
Ударна вълна (50% от енергията на експлозията);
Светлинно излъчване (35% от енергията на експлозията);
Проникваща радиация (45% от енергията на експлозията);
Радиоактивно замърсяване (10% от енергията на експлозията);
Електромагнитен импулс (1% от енергията на експлозията);
От курса на физиката е известно, че нуклоните в ядрото - протони и неутрони - се държат заедно чрез силно взаимодействие. Той значително надвишава силите на кулоново отблъскване, така че ядрото като цяло е стабилно. През 20-ти век великият учен Алберт Айнщайн открива, че масата на отделните нуклони е малко по-голяма от тяхната маса в свързано състояние (когато образуват ядро). Къде отива част от масата? Оказва се, че преминава в енергията на свързване на нуклоните и благодарение на нея могат да съществуват ядра, атоми и молекули.
Повечето от известните ядра са стабилни, но има и радиоактивни. Те непрекъснато излъчват енергия, тъй като са подложени на радиоактивен разпад. Ядрата на такива химични елементи не са безопасни за хората, но те не излъчват енергия, способна да унищожи цели градове.
Колосална енергия се появява в резултат на ядрена верижна реакция. Изотопът на уран-235, както и плутоният, се използват като ядрено гориво в атомна бомба. Когато един неутрон удари ядрото, то започва да се дели. Неутронът, като частица без електрически заряд, може лесно да проникне в структурата на ядрото, заобикаляйки действието на силите на електростатичното взаимодействие. В резултат на това тя ще започне да се разтяга. Силното взаимодействие между нуклоните ще започне да отслабва, докато кулоновите сили ще останат същите. Ядрото на уран-235 ще се раздели на два (рядко три) фрагмента. Ще се появят два допълнителни неутрона, които след това могат да влязат в подобна реакция. Затова се нарича верига: това, което причинява реакцията на делене (неутрон), е нейният продукт.
В резултат на ядрена реакция се освобождава енергия, която свързва нуклони в изходното ядро на уран-235 (енергия на свързване). Тази реакция е в основата на работата на ядрените реактори и експлозиите. За неговото изпълнение трябва да бъде изпълнено едно условие: масата на горивото трябва да бъде подкритична. Когато плутоний се комбинира с уран-235, настъпва експлозия.
Ядрена експлозия
След сблъсъка на ядрата на плутоний и уран се образува мощна ударна вълна, която засяга целия живот в радиус от около 1 км. Огненото кълбо, което се появи на мястото на експлозията, постепенно се разширява до 150 метра. Температурата му пада до 8 хиляди Келвина, когато ударната вълна се придвижи достатъчно далеч. Загрятият въздух пренася радиоактивен прах на големи разстояния. Ядрената експлозия е придружена от мощно електромагнитно излъчване.
Това е един от най-удивителните, мистериозни и ужасни процеси. Принципът на действие на ядрените оръжия се основава на верижна реакция. Това е процес, чийто ход инициира неговото продължаване. Принципът на действие на водородната бомба се основава на синтез.
Атомна бомбаЯдрата на някои изотопи на радиоактивни елементи (плутоний, калифорний, уран и други) могат да се разпадат, като същевременно улавят неутрон. След това се отделят още два-три неутрона. Разрушаването на ядрото на един атом при идеални условия може да доведе до разпадането на още два или три, което от своя страна може да инициира други атоми. И така нататък. Настъпва лавинообразен процес на разрушаване на все по-голям брой ядра с освобождаване на гигантско количество енергия за разрушаване на атомните връзки. По време на експлозията се освобождават огромни енергии за ултра кратък период от време. Това се случва в един момент. Ето защо експлозията на атомната бомба е толкова мощна и разрушителна.
За да започне верижна реакция, е необходимо количеството радиоактивен материал да надвишава критичната маса. Очевидно трябва да вземете няколко части уран или плутоний и да ги комбинирате в едно. Въпреки това, за да предизвикате експлозия на атомна бомба, това не е достатъчно, защото реакцията ще спре, преди да се освободи достатъчно енергия, или процесът ще продължи бавно. За да се постигне успех, е необходимо не само да се превиши критичната маса на дадено вещество, но да се направи това за изключително кратък период от време. Най-добре е да използвате няколко. Това се постига чрез използването на други. Освен това те редуват бързи и бавни експлозиви.
Първият ядрен опит е извършен през юли 1945 г. в САЩ близо до град Алмогордо. През август същата година американците използват това оръжие срещу Хирошима и Нагасаки. Експлозията на атомна бомба в града доведе до ужасни разрушения и смърт на по-голямата част от населението. В СССР атомните оръжия са създадени и тествани през 1949 г.
водородна бомба
Това е оръжие с много висока разрушителна сила. Принципът на неговото действие се основава на синтеза на тежки хелиеви ядра от по-леки водородни атоми. Това освобождава много голямо количество енергия. Тази реакция е подобна на процесите, които протичат на Слънцето и други звезди. Най-лесният начин е с използването на изотопи на водород (тритий, деутерий) и литий.
Тестът на първата водородна бойна глава е извършен от американците през 1952 г. В съвременния смисъл това устройство трудно може да се нарече бомба. Беше триетажна сграда, пълна с течен деутерий. Първата експлозия на водородна бомба в СССР е извършена шест месеца по-късно. Съветският термоядрен боеприпас РДС-6 е взривен през август 1953 г. близо до Семипалатинск. Най-голямата водородна бомба с капацитет 50 мегатона (Цар Бомба) е изпитана от СССР през 1961 г. Вълната след експлозията на боеприпасите обиколи планетата три пъти.
Ядрено оръжие
Ядрени оръжия - набор от ядрени оръжия, средствата им за доставка до целта и средства за управление. Отнася се до оръжия за масово унищожение (заедно с биологични и химически оръжия). Ядреното оръжие е експлозивно устройство, което използва ядрена енергия - енергия, освободена в резултат на лавинообразна ядрена верижна реакция на делене на тежки ядра и/или термоядрена реакция на синтез на леки ядра.
Действието на ядреното оръжие се основава на използването на енергията на експлозия на ядрено взривно устройство, освободена в резултат на неконтролирана лавинообразна верижна реакция на делене на тежки ядра и / или термоядрена реакция на синтез.
Ядрените експлозии могат да бъдат от следните видове:
въздух - в тропосферата
на голяма надморска височина - в горните слоеве на атмосферата и близо до планетарното пространство
пространство - в дълбоко околопланетно пространство и всяка друга област от открития космос
земна експлозия - близо до земята
подземна експлозия (под повърхността на земята)
повърхност (близо до повърхността на водата)
под вода (под вода)
Увреждащите фактори на ядрена експлозия:
ударна вълна
светлинно излъчване
проникваща радиация
радиоактивно замърсяване
електромагнитен импулс (EMP)
Съотношението на силата на въздействието на различни увреждащи фактори зависи от специфичната физика на ядрената експлозия. Например термоядрен взрив се характеризира с по-силен от т.нар. атомна експлозия светлинно излъчване, гама-лъчева компонента на проникващата радиация, но много по-слаба корпускуларна компонента на проникваща радиация и радиоактивно замърсяване на района.
Хората, директно изложени на увреждащите фактори на ядрена експлозия, освен физически щети, които често са фатални за хората, изпитват мощно психологическо въздействие от ужасяващата картина на експлозията и разрушението. Електромагнитният импулс (EMP) не засяга пряко живите организми, но може да наруши работата на електронното оборудване (тръбната електроника и фотонното оборудване са относително нечувствителни към EMP).
Класификация на ядрените оръжия
Всички ядрени оръжия могат да бъдат разделени на две основни категории:
"атомни" - еднофазни или едностепенни експлозивни устройства, в които основната изходна енергия идва от реакцията на ядрено делене на тежки ядра (уран-235 или плутоний) с образуването на по-леки елементи
термоядрен (също "водород") - двуфазни или двустепенни взривни устройства, в които последователно се развиват два физически процеса, локализирани в различни области на пространството: на първия етап основният източник на енергия е реакцията на делене на тежки ядра, и във втория, реакциите на делене и термоядрен синтез се използват в различни пропорции, в зависимост от вида и настройката на боеприпаса
Мощността на ядрения заряд се измерва в тротилов еквивалент - количеството тринитротолуен, което трябва да се взриви, за да се получи същата енергия. Обикновено се изразява в килотони (kt) и мегатони (Mt). Еквивалентът на TNT е условен: първо, разпределението на енергията на ядрена експлозия върху различни увреждащи фактори зависи значително от вида на боеприпасите и във всеки случай е много различно от химическата експлозия. Второ, просто е невъзможно да се постигне пълно изгаряне на подходящо количество химически експлозив.
Обичайно е ядрените оръжия да се разделят по мощност на пет групи:
ултра малък (по-малко от 1 kt)
малък (1 - 10 ct)
средно (10 - 100 kt)
голям (висока мощност) (100 kt - 1 Mt)
супер голям (изключително висока мощност) (над 1 Mt)
Опции за взривяване на ядрени оръжия
оръдие схема
„Схемата на оръдията“ е използвана в някои модели ядрени оръжия от първо поколение. Същността на схемата на оръдието е да се изстрелва със заряд от барут един блок делящ се материал с подкритична маса („куршум“) в друг – неподвижен („цел“).
Класически пример за схема с оръдия е бомбата Little Boy, хвърлена над Хирошима на 6 август 1945 г.
имплозивна схема
Схемата за имплозивна детонация използва компресия на делящ се материал чрез фокусирана ударна вълна, създадена от експлозия на химически експлозиви. За фокусиране на ударната вълна се използват така наречените експлозивни лещи, като експлозията се извършва едновременно в много точки с висока точност. Образуването на сближаваща се ударна вълна се осигурява от използването на експлозивни лещи от "бързи" и "бавни" експлозиви - TATV (триаминотринитробензен) и баратол (смес от тринитротолуен с бариев нитрат) и някои добавки (вижте анимацията). Създаването на такава система за локализиране на експлозиви и детонация по едно време беше една от най-трудните и отнемащи време задачи. За решаването му беше необходимо да се извърши огромно количество сложни изчисления в хидро- и газовата динамика.
По същата схема е екзекутирана и втората от използваните атомни бомби - "Дебелия човек" - хвърлена върху Нагасаки на 9 август 1945 г.
