Jaderná zbraň. Jaderný výbuch: popis, klasifikace Jaderný výbuch má
Jaderné zbraně mají obrovskou sílu. při štěpení uranu
hmotnost v řádu kilogramů uvolňuje stejné množství energie jako
při explozi TNT o hmotnosti asi 20 tisíc tun. Reakce termonukleární fúze jsou ještě energeticky náročnější. Síla výbuchu jaderných zbraní se obvykle měří v jednotkách ekvivalentu TNT. Ekvivalent TNT je množství trinitrotoluenu, které by poskytlo explozi ekvivalentní v síle výbuchu dané jaderné zbraně. Obvykle se měří v kilotunách (kT) nebo megatunách (MgT).
V závislosti na síle jsou jaderné zbraně rozděleny do ráží:
Ultra malý (méně než 1 kT)
Malé (od 1 do 10 kT)
Střední (od 10 do 100 kT)
Velké (od 100 kT do 1 MgT)
Extra velké (přes 1 MgT)
Termonukleární nálože jsou vybaveny municí pro supervelké, velké
a střední ráže; jaderné ultra-malé, malé a střední ráže,
neutronové-ultra-malé a malé ráže.
1.5 Druhy jaderných výbuchů
V závislosti na úkolech řešených jadernými zbraněmi, na typu a umístění
objekty, na které se plánují jaderné útoky, a také příroda
v nadcházejících nepřátelských akcích mohou být provedeny jaderné výbuchy
vzduch, na povrchu země (voda) a pod zemí (voda). Podle
Díky tomu se rozlišují následující typy jaderných výbuchů:
Vzduch (vysoký a nízký)
Země (povrch)
Podzemí (pod vodou)
1.6 Škodlivé faktory jaderného výbuchu.
Jaderný výbuch je schopen okamžitě zničit nebo zneschopnit
nechráněné osoby, otevřeně stojící zařízení, konstrukce a různé
materiální zdroje. Mezi hlavní škodlivé faktory jaderného výbuchu patří:
rázová vlna
vyzařování světla
pronikající záření
Radioaktivní kontaminace oblasti
elektromagnetický impuls
Zvažte je:
a) Rázová vlna je ve většině případů hlavním poškozením
faktorem jaderného výbuchu. Povahou je podobný rázové vlně.
konvenční výbuch, ale trvá déle a má
mnohem ničivější síla. Rázová vlna jaderného výbuchu
může způsobit poškození ve značné vzdálenosti od středu exploze
lidi, ničit stavby a poškozovat vojenskou techniku.
Rázová vlna je oblast silné komprese vzduchu,
šířící se vysokou rychlostí všemi směry z centra exploze.
Jeho rychlost šíření závisí na tlaku vzduchu v přední části
rázová vlna; blízko středu exploze je několikrát větší než
rychlost zvuku, ale s rostoucí vzdáleností od místa výbuchu prudce klesá.
V prvních 2 sekundách rázová vlna urazí asi 1000 m, za 5 sekund - 2000 m,
po dobu 8 sekund - asi 3000 m. To slouží jako ospravedlnění pro standard N5 ZOMP
"Akce při vypuknutí jaderného výbuchu": výborný - 2 s, dobrý - 3 s,
Uspokojivé - 4 sec.
Škodlivý účinek rázové vlny na lidi a destruktivní účinek na
vojenské techniky, ženijních konstrukcí a materiálu
vše je určeno přetlakem a rychlostí vzduchu v
její přední strana. Přetlak je rozdíl mezi maximálním tlakem na čele rázové vlny a normálním atmosférickým tlakem před ní. Měří se v newtonech na metr čtvereční (N/m2). Tato jednotka tlaku se nazývá pascal (Pa). 1 N / m 2 \u003d 1 Pa (1 kPa 0,01 kgf / cm 2).
Při přetlaku 20-40 kPa mohou nechráněné osoby utrpět lehká poranění (lehké pohmožděniny a otřesy mozku). Dopad rázové vlny o přetlaku 40-60 kPa vede ke středně těžkým poraněním: ztrátě vědomí, poškození sluchových orgánů, těžké luxaci končetin, krvácení z nosu a uší. Těžká poranění vznikají při přetlaku nad 60 kPa a jsou charakterizována těžkými pohmožděními celého těla, zlomeninami končetin a poškozením vnitřních orgánů. Extrémně závažné léze, často fatální, jsou pozorovány při přetlaku nad 100 kPa.
Nechráněné osoby mohou být navíc zasaženy létáním
velkou rychlostí s úlomky skla a úlomky zničitelných budov,
padající stromy a také rozházené části vojenské techniky,
hroudy země, kameny a další předměty se daly do pohybu
rychlost rázové vlny. Největší nepřímé škody budou pozorovány v sídlech a v lese; v těchto případech mohou být ztráty vojáků větší než z přímého působení rázové vlny.
Rázová vlna je schopna způsobit poškození v uzavřených prostorách,
proniká přes trhliny a díry.
S nárůstem ráže jaderné zbraně se poloměry ničení rázovou vlnou
rostou v poměru k odmocnině síly výbuchu. Při podzemní explozi vzniká rázová vlna v zemi a při podvodní explozi ve vodě.
Navíc u těchto typů výbuchů se část energie vynakládá na tvorbu
rázová vlna a ve vzduchu. Rázová vlna šířící se v zemi
poškozuje podzemní stavby, kanalizaci, vodovody;
když se šíří ve vodě, je pozorováno poškození podvodní části
lodě umístěné i ve značné vzdálenosti od místa výbuchu.
b) Světelné záření jaderného výbuchu je proud
zářivá energie, včetně ultrafialové, viditelné a infračervené
záření. Zdrojem světelného záření je svítící plocha,
skládající se z horkých produktů výbuchu a horkého vzduchu. Jas
emise světla v první sekundě je několikrát větší než jas
Absorbovaná světelná energie se přemění na tepelnou energii
vede k ohřevu povrchové vrstvy materiálu. Vytápění může být
dostatečně silné, aby zuhelnatělo nebo zapálilo palivo
materiálu a praskání nebo tavení nehořlavých materiálů, což může vést k
k velkým požárům. V tomto případě působením světelného záření z jaderného výbuchu
ekvivalentní masivnímu použití zápalných zbraní, které
diskutováno ve čtvrté studijní otázce.
Lidská kůže také absorbuje energii světelného záření, pro
díky čemuž se může zahřát na vysokou teplotu a spálit se. V
v první řadě dochází k popáleninám na otevřených částech těla
straně výbuchu. Pokud se podíváte nechráněnýma očima ve směru výbuchu, pak
možné poškození očí, což vede k úplné ztrátě zraku.
Popáleniny způsobené světelným zářením se neliší od běžných,
způsobené ohněm nebo vařící vodou. Jsou tím silnější, čím kratší je vzdálenost
výbuch a tím větší je síla střeliva. Při výbuchu vzduchu je škodlivý účinek světelného záření větší než při pozemním výbuchu stejné síly.
Podle vnímaného světelného impulsu se popáleniny dělí na tři
stupeň. Popáleniny I. stupně se projevují povrchovými kožními lézemi: zarudnutí, otok, bolestivost. Popáleniny druhého stupně způsobují tvorbu puchýřů na kůži. Popáleniny třetího stupně způsobují kožní nekrózu a ulceraci.
Při vzdušném výbuchu munice o síle 20 kT a atmosférické průhlednosti asi 25 km budou pozorovány popáleniny 1. stupně v okruhu 4,2
km od středu exploze; při výbuchu nálože o síle 1 MgT tato vzdálenost
se zvýší na 22,4 km. Popáleniny druhého stupně se objevují na dálku
2,9 a 14,4 km a popáleniny třetího stupně - na vzdálenosti 2,4 a 12,8 km
respektive pro střelivo o kapacitě 20 kT a 1MgT.
c) Pronikající záření je neviditelný tok gama záření
kvanta a neutrony emitované ze zóny jaderného výbuchu. Gama kvanta
a neutrony se šíří všemi směry z centra exploze po stovky
metrů. S rostoucí vzdáleností od výbuchu se zvyšuje počet gama kvant a
neutronů procházejících jednotkovým povrchem klesá. V
podzemní a podvodní jaderné výbuchy účinek pronikavého záření
sahá na vzdálenosti, které jsou mnohem kratší než u pozemských a
výbuchy vzduchu, což se vysvětluje absorpcí toku neutronů a gama
kvantová voda.
Zóny ovlivněné pronikající radiací při explozích jaderných zbraní
střední a vysoký výkon jsou poněkud menší než zóny ovlivněné rázovou vlnou a světelným zářením. U munice s malým ekvivalentem TNT (1000 tun nebo méně) naopak zóny škodlivých účinků pronikajícího záření převyšují zóny poškození rázovými vlnami a světelným zářením.
Škodlivý účinek pronikajícího záření je určen schopností
gama záření a neutrony ionizují atomy prostředí, ve kterém se šíří. Při průchodu živou tkání, gama kvanta a neutrony ionizují atomy a molekuly, které tvoří buňky, což vede k
porušení životních funkcí jednotlivých orgánů a systémů. Pod vlivem
ionizace v těle, dochází k biologickým procesům buněčné smrti a rozkladu. V důsledku toho se u postižených lidí rozvine specifická nemoc zvaná nemoc z ozáření.
d) Hlavními zdroji radioaktivní kontaminace jsou štěpné produkty jaderné nálože a radioaktivní izotopy vzniklé v důsledku dopadu neutronů na materiály, ze kterých je jaderná zbraň vyrobena, a na některé prvky, které tvoří půdu při výbuchu. plocha.
Při pozemním jaderném výbuchu se svítící plocha dotýká země. Uvnitř se vtahují masy vypařující se zeminy, které stoupají vzhůru. Chlazení, páry štěpných produktů půdy kondenzují na pevných částicích. Vzniká radioaktivní mrak. Stoupá do výšky mnoha kilometrů a poté se pohybuje s větrem rychlostí 25-100 km / h. Radioaktivní částice, padající z mraku na zem, tvoří zónu radioaktivní kontaminace (stopu), jejíž délka může dosáhnout několika set kilometrů.
Radioaktivní kontaminace lidí, vojenské techniky, terénu a různé
objektů při jaderném výbuchu je způsoben štěpnými úlomky hmoty
nálož a nezreagovaná část nálože vypadávající z mraku výbuchu,
stejně jako indukovaná radioaktivita.
V průběhu času aktivita štěpných fragmentů rychle klesá,
zejména v prvních hodinách po výbuchu. Například celková aktivita
štěpné úlomky při výbuchu jaderné zbraně o síle 20 kT průchozí
jeden den bude několik tisíckrát kratší než jedna minuta poté
Při výbuchu jaderné zbraně není část látky nálože vystavena
rozdělení, ale vypadává ve své obvyklé podobě; jeho rozpad je doprovázen tvorbou alfa částic. Indukovaná radioaktivita je způsobena radioaktivními izotopy vzniklými v půdě v důsledku jejího ozáření neutrony emitovanými v době výbuchu jádry atomů chemických prvků tvořících půdu. Výsledné izotopy jsou obvykle
beta-aktivní, rozpad mnoha z nich je doprovázen gama zářením.
Poločasy většiny výsledných radioaktivních izotopů jsou relativně krátké, od jedné minuty do hodiny. V tomto ohledu může být indukovaná aktivita nebezpečná pouze v prvních hodinách po výbuchu a pouze v oblasti blízko jeho epicentra.
Hlavní část dlouhověkých izotopů je soustředěna v radioaktivních
mrak, který se vytvoří po výbuchu. Výška oblačnosti pro
munice s kapacitou 10 kT je 6 km, pro střelivo s kapacitou 10 MgT
je to 25 km. Jak mraky postupují, vypadnou z něj jako první
největší částice a pak se tvoří menší a menší
dráha pohybu zóny radioaktivní kontaminace, tzv. stopa oblaku.
Velikost stopy závisí především na síle jaderné zbraně,
stejně jako na rychlosti větru a může dosáhnout několika stovek délky a
široký několik desítek kilometrů.
V důsledku toho dochází k poraněním způsobeným vnitřní expozicí
radioaktivní látky vstupující do těla dýchacím systémem a
gastrointestinální trakt. V tomto případě vstupují radioaktivní emise
v přímém kontaktu s vnitřními orgány a může způsobit
těžká nemoc z ozáření; povaha onemocnění bude záviset na množství radioaktivních látek, které se dostaly do těla.
Pro výzbroj, vojenskou techniku a ženijní stavby, radioaktivní
látky nejsou škodlivé.
e) Elektromagnetický impuls je krátkodobé elektromagnetické pole, které vzniká při výbuchu jaderné zbraně v důsledku interakce gama záření a neutronů emitovaných po jaderném výbuchu s atomy prostředí. Důsledkem jeho působení je vyhoření nebo poruchy jednotlivých prvků radioelektronického a elektrického zařízení.
Porážka lidí je možná pouze v případech, kdy se v době výbuchu dostanou do kontaktu s prodlouženým drátěným vedením.
Nejspolehlivějším prostředkem ochrany proti všem škodlivým faktorům jaderného výbuchu jsou ochranné konstrukce. V terénu je třeba se krýt za silnými místními objekty, obrácenými svahy výšek, v záhybech terénu.
Při práci v kontaminovaných oblastech se k ochraně dýchacích orgánů, očí a otevřených částí těla před radioaktivní látky.
Vlastnosti škodlivého účinku neutronové munice.
Neutronová munice je druh jaderné munice. Jsou založeny na termonukleárních nábojích, které využívají jaderné štěpení a fúzní reakce. Výbuch takové munice má škodlivý vliv především na lidi kvůli silnému toku pronikavého záření, ve kterém značná část (až 40 %) dopadá na tzv. rychlé neutrony.
Při výbuchu neutronové munice plocha zóny zasažené pronikavým zářením několikrát převyšuje plochu zóny zasažené rázovou vlnou. V této zóně mohou zařízení a konstrukce zůstat nepoškozené a lidé utrpí smrtelná zranění.
Pro ochranu před neutronovou municí se používají stejné prostředky a metody jako pro ochranu před klasickou jadernou municí. Kromě toho se při stavbě přístřešků a přístřešků doporučuje zhutnit a navlhčit půdu položenou nad nimi, zvýšit tloušťku stropů a poskytnout dodatečnou ochranu vchodů a východů. Ochranné vlastnosti zařízení jsou zvýšeny použitím kombinované ochrany, skládající se z látek obsahujících vodík (například polyethylen) a materiálů s vysokou hustotou (olovo).
Radioaktivita. Zákon radioaktivního rozpadu. Vliv ionizujícího záření na biologické objekty. Jednotka měření radioaktivity.
Radioaktivita je schopnost atomů určitých izotopů samovolně se rozkládat vyzařováním záření. Poprvé takové záření vyzařované uranem objevil Becquerel, proto se nejprve radioaktivní záření nazývalo Becquerelovy paprsky. Hlavním typem radioaktivního rozpadu je vyvržení částic alfa z jádra atomu – rozpad alfa (viz záření Alfa) nebo beta částic – rozpad beta (viz záření Beta).
Nejdůležitější charakteristikou radioaktivity je zákon radioaktivního rozpadu, který ukazuje, jak se (v průměru) počet N radioaktivních jader ve vzorku mění s časem t
N(t) \u003d N 0 e -λt,
kde N 0 je počet počátečních jader v počátečním okamžiku (okamžik jejich vzniku nebo počátek pozorování) a λ je rozpadová konstanta (pravděpodobnost rozpadu radioaktivního jádra za jednotku času). Tato konstanta může být použita k vyjádření průměrné doby života radioaktivního jádra τ = 1/λ, stejně jako poločasu T 1/2 = ln2/τ. Poločas jasně charakterizuje rychlost rozpadu a ukazuje, jak dlouho trvá, než se počet radioaktivních jader ve vzorku sníží na polovinu.
Jednotky.
| JEDNOTKY RADIOAKTIVITY | ||
| Becquerel (Bq, Vq); Curie (Ki, Si) | 1 Bq = 1 rozpad za sekundu. 1 Ki \u003d 3,7 x 10 10 Bq | Jednotky radionuklidové aktivity. Představuje počet rozpadů za jednotku času. |
| Gray (Gr, Gu); rád (rad, rad) | 1 Gy = 1 J/kg 1 rad = 0,01 Gy | jednotky absorbované dávky. Představují množství energie ionizujícího záření absorbovaného jednotkou hmotnosti fyzického těla, například tělesných tkání. |
| Sievert (Sv, Sv) Rem (ber, rem) - "Rentgenový biologický ekvivalent" | 1 Sv = 1 Gy = 1 J/kg (pro beta a gama) 1 µSv = 1/1000000 Sv 1 ber = 0,01 Sv = 10 mSv | Jednotky ekvivalentní dávky. Jsou jednotkou absorbované dávky násobenou faktorem, který zohledňuje nestejnou nebezpečnost různých druhů ionizujícího záření. |
| Šedá za hodinu (Gy/h); Sievert za hodinu (Sv/h); Roentgen za hodinu (R/h) | 1 Gy/h = 1 Sv/h = 100 R/h (pro beta a gama) 1 µ Sv/h = 1 µGy/h = 100 µR/h 1 µR/h = 1/1000000 R/h | Jednotky dávkového příkonu. Představují dávku přijatou tělem za jednotku času. |
Vliv ionizujícího záření na biologické objekty.
V důsledku dopadu ionizujícího záření na lidský organismus mohou v tkáních probíhat složité fyzikální, chemické a biochemické procesy.
Při vstupu radioaktivních látek do těla mají škodlivý účinek především zdroje alfa a poté zdroje beta, tzn. v opačném pořadí než vnější ozařování. Alfa částice, které mají nízkou hustotu ionizace, ničí sliznici, což je ve srovnání s vnější kůží slabá ochrana vnitřních orgánů.
Existují tři způsoby, jak se radioaktivní látky dostávají do těla: vdechováním vzduchu kontaminovaného radioaktivními látkami, kontaminovaným jídlem nebo vodou, kůží a infekcí otevřených ran. První způsob je nejnebezpečnější, protože za prvé je objem plicní ventilace velmi velký a za druhé jsou hodnoty asimilačního koeficientu v plicích vyšší.
Prachové částice, na kterých jsou sorbovány radioaktivní izotopy, se při vdechování vzduchu horními dýchacími cestami částečně usazují v dutině ústní a nosohltanu. Odtud se prach dostává do trávicího traktu. Zbytek částic vstupuje do plic. Stupeň retence aerosolů v plicích závisí na jejich rozptylu. Asi 20 % všech částic je zadrženo v plicích; jak se velikost aerosolů zmenšuje, zpoždění se zvyšuje na 70 %.
Při vstřebávání radioaktivních látek z trávicího traktu je důležitý resorpční koeficient, který charakterizuje podíl látky, která se z trávicího traktu dostává do krve. V závislosti na povaze izotopu se koeficient mění v širokém rozmezí: od setin procenta (pro zirkonium, niob) až po několik desítek procent (vodík, prvky alkalických zemin). Resorpce přes neporušenou kůži je 200-300krát menší než přes gastrointestinální trakt a zpravidla nehraje významnou roli.
Když se radioaktivní látky jakýmkoliv způsobem dostanou do těla, za pár minut se najdou v krvi. Pokud byl příjem radioaktivních látek jednorázový, pak se jejich koncentrace v krvi nejprve zvýší na maximum a poté během 15-20 dnů klesá.
Koncentrace izotopů s dlouhou životností v krvi mohou být následně dlouhodobě udržovány na téměř stejné úrovni díky zpětnému vymývání usazených látek. Účinek ionizujícího záření na buňku je výsledkem složitých vzájemně souvisejících a vzájemně závislých transformací. Podle A.M. Kuzin, radiační poškození buněk probíhá ve třech fázích. V první fázi záření ovlivňuje složité makromolekulární útvary, ionizuje je a vzrušuje. Toto je fyzická fáze vystavení záření. Druhou fází jsou chemické přeměny. Odpovídají procesům interakce radikálů proteinů, nukleových kyselin a lipidů s vodou, kyslíkem, vodními radikály a vzniku organických peroxidů. Radikály, které se objevují ve vrstvách uspořádaných molekul proteinů, interagují s tvorbou „příčných vazeb“, v důsledku čehož dochází k narušení struktury biomembrán. Vlivem poškození lysozomálních membrán dochází ke zvýšení aktivity a uvolňování enzymů, které se difúzí dostanou do jakékoli buněčné organely a snadno do ní proniknou a způsobí její lýzu.
Konečný efekt ozáření je výsledkem nejen primárního poškození buněk, ale i následných reparačních procesů. Předpokládá se, že značná část primárního poškození v buňce se vyskytuje ve formě tzv. potenciálního poškození, které lze realizovat při absenci regeneračních procesů. Realizace těchto procesů je usnadněna procesy biosyntézy proteinů a nukleových kyselin. Dokud nedojde k realizaci potenciálního poškození, může se v nich buňka „opravovat“. Předpokládá se, že to souvisí s enzymatickými reakcemi a je řízeno energetickým metabolismem. Předpokládá se, že tento jev je založen na aktivitě systémů, které za normálních podmínek regulují intenzitu přirozeného mutačního procesu.
Mutagenní účinek ionizujícího záření poprvé prokázali ruští vědci R.A. Nadson a R.S. Filippov v roce 1925 v pokusech na kvasinkách. V roce 1927 tento objev potvrdil R. Meller na klasickém genetickém objektu – Drosophila.
Ionizující záření je schopné způsobit všechny druhy dědičných změn. Spektrum mutací vyvolaných ozářením se neliší od spektra spontánních mutací.
Nedávné studie Kyjevského neurochirurgického institutu ukázaly, že záření, i v malém množství, v dávkách desítek rem, má nejsilnější účinek na nervové buňky - neurony. Neurony však neumírají přímým vystavením záření. Jak se ukázalo, v důsledku vystavení radiaci většina likvidátorů JE Černobyl pozorovala „postradiační encefalopatii“. Celkové poruchy v těle pod vlivem záření vedou ke změně metabolismu, což má za následek patologické změny v mozku.
2. Zásady pro konstrukci jaderných zbraní. Hlavní příležitosti pro další vývoj a zdokonalování jaderných zbraní.
Jaderná munice se nazývá raketové hlavice vybavené jadernými (termonukleárními) náplněmi, leteckými bombami, dělostřeleckými granáty, torpédy a inženýrsky naváděnými minami (nukleární pozemní miny).
Hlavní prvky jaderných zbraní jsou: jaderná nálož, detonační senzory, automatizační systém, zdroj elektrické energie a tělo.
Pouzdro slouží k uspořádání všech prvků munice, jejich ochraně před mechanickým a tepelným poškozením, dodává munici potřebný balistický tvar a také ke zvýšení koeficientu využití jaderného paliva.
Detonační senzory (výbušná zařízení) jsou navrženy tak, aby daly signál k aktivaci jaderné nálože. Mohou být kontaktního a vzdáleného (bezkontaktního) typu.
Kontaktní senzory se spouštějí v okamžiku, kdy munice narazí na překážku, a vzdálené senzory se spouštějí v dané výšce (hloubce) od povrchu země (vody).
Dálkové senzory, v závislosti na typu a účelu jaderné zbraně, mohou být dočasné, inerciální, barometrické, radarové, hydrostatické atd.
Automatizační systém zahrnuje bezpečnostní systém, automatizační jednotku a nouzový detonační systém.
Bezpečnostní systém eliminuje možnost náhodného výbuchu jaderné nálože při běžné údržbě, skladování munice a při jejím letu po trajektorii.
Automatizační jednotka je spouštěna signály z detonačních senzorů a je navržena tak, aby generovala vysokonapěťový elektrický impuls k aktivaci jaderné nálože.
Nouzový detonační systém slouží k sebedestrukci munice bez jaderného výbuchu v případě, že se vychýlí z dané trajektorie.
Zdrojem energie celého elektrického systému munice jsou baterie různých typů, které mají jednorázový účinek a jsou uvedeny do provozuschopného stavu bezprostředně před bojovým použitím.
Jaderná nálož je zařízení pro provedení jaderného výbuchu Níže se budeme zabývat existujícími typy jaderných náloží a jejich základní strukturou.
Jaderné nálože
Zařízení určená k provádění výbušného procesu uvolňování intranukleární energie se nazývají jaderné nálože.
Existují dva hlavní typy jaderných zbraní:
1 - náboje, jejichž energie výbuchu je způsobena řetězovou reakcí štěpných látek převedených do nadkritického stavu - atomové náboje;
2 - náboje, jejichž energie výbuchu je způsobena termojadernou fúzní reakcí jader, - termojaderné náboje.
Atomové náboje. Hlavním prvkem atomových nábojů je štěpný materiál (jaderná trhavina).
Před explozí je množství jaderných výbušnin v podkritickém stavu. K provedení jaderného výbuchu se převede do superkritického stavu. K zajištění tvorby nadkritické hmoty se používají dva typy zařízení: dělo a implozivní.
U náloží dělového typu se jaderná trhavina skládá ze dvou nebo více částí, jejichž hmotnost je jednotlivě menší než kritická, což zajišťuje vyloučení samovolného nástupu jaderné řetězové reakce. Při jaderném výbuchu se jednotlivé části jaderné výbušné jednotky působením energie výbuchu konvenčního výbušného materiálu spojí do jednoho celku a celková hmotnost jaderného výbušného materiálu se stává kritičtější, což vytváří podmínky pro výbušnou řetězovou reakci.
Převod náplně do superkritického stavu se provádí působením práškové náplně. Pravděpodobnost získání vypočítané síly výbuchu u takových náloží závisí na rychlosti přiblížení částí jaderné trhaviny.Pokud je rychlost přiblížení nedostatečná, může být koeficient kritičnosti poněkud větší než jedna ještě před okamžikem přímého dotyku výbušniny. části jaderné výbušniny. V tomto případě může reakce začít z jednoho počátečního štěpného centra pod vlivem např. spontánního štěpného neutronu, což má za následek podřadnou explozi s malým faktorem využití jaderného paliva.
Výhodou jaderných náloží dělového typu je jednoduchost konstrukce, malé rozměry a hmotnost, vysoká mechanická pevnost, která umožňuje na jejich základě vytvářet jadernou munici malých rozměrů (dělostřelecké granáty, jaderné miny atd.).
U náloží implozního typu se k vytvoření nadkritické hmoty využívá efekt imploze - všestranné stlačení jaderné trhaviny silou výbuchu konvenční trhaviny, což vede k prudkému nárůstu její hustoty.
Efekt imploze vytváří obrovskou koncentraci energie v zóně NHE a umožňuje dosáhnout tlaku přesahujícího miliony atmosfér, což vede ke zvýšení hustoty NHE faktorem 2–3 a snížení kritické hmotnosti. faktorem 4–9.
Pro zaručenou imitaci štěpné řetězové reakce a její urychlení musí být v okamžiku nejvyšší imploze aplikován silný neutronový puls z umělého neutronového zdroje.
Výhodou atomových náloží implozního typu je vyšší míra využití jaderných výbušnin a také možnost měnit sílu jaderného výbuchu v určitých mezích pomocí speciálního spínače.
Mezi nevýhody atomových nábojů patří velká hmotnost a rozměry, malá mechanická pevnost a citlivost na teplotní podmínky.
Termonukleární nálože U náloží tohoto typu se vytvářejí podmínky pro fúzní reakci odpálením atomové nálože (rozbušky) z uranu 235, plutonia 239 nebo kalifornia 251. Termonukleární nálože mohou být neutronové a kombinované
V termojaderných neutronových náložích se jako termonukleární palivo používá deuterium a tritium v čisté formě nebo ve formě hydridů kovů.„Pojistkou“ reakce je vysoce obohacené plutonium-239 nebo kalifornium-251, které mají relativně malou kritickou hmotnost. To umožňuje zvýšit koeficient termonukleární munice.
Termonukleární kombinované nálože využívají jako termonukleární palivo deuterid lithný (LiD). Pro "pojistku" fúzní reakce je štěpná reakce uranu-235. Pro získání vysokoenergetických neutronů pro reakci (1.18) se již na samém začátku jaderného procesu vloží do jaderné nálože ampule s tritiem (1H3) Štěpné neutrony jsou nutné pro získání tritia z lithia v počáteční období reakce neutrony uvolněné během fúzních reakcí deuteria a tritia a také štěpení uranu-238 (nejběžnější a nejlevnější přírodní uran), který speciálně obklopuje reakční zónu ve formě obalu. přítomnost takového pláště umožňuje nejen provést termonukleární reakci podobnou lavině, ale také získat další energetickou explozi, protože při vysoké hustotě toku neutronů s energií více než 10 MeV dochází k štěpné reakci uranu-238 jádra postupují poměrně efektivně, zároveň se množství uvolněné energie velmi zvětší a u střeliva velkých a extra velkých ráží může být až 80 % celkové energie kombinované termonukleární munice A.
Klasifikace jaderných zbraní
Jaderná munice je klasifikována podle síly uvolněné energie jaderné nálože a také podle typu jaderné reakce v ní použité. Pro charakterizaci síly munice se používá pojem „ekvivalent TNT“ - to je takový hmotnost TNT, jejíž energie výbuchu je roj energie uvolněný při vzdušném výbuchu jaderné hlavice (náboje) Ekvivalent TNT se označuje písmenem § a měří se v tunách (t), tisících tunách (kg) , miliony tun (Mt)
Z hlediska síly jsou jaderné zbraně konvenčně rozděleny do pěti ráží.
ráže jaderné zbraně
TNT ekvivalent tisíc tun
Ultra malý Do 1
Průměr 10-100
Velké 100-1000
Extra velké nad 1000
Klasifikace jaderných výbuchů podle typu a výkonu. Škodlivé faktory jaderného výbuchu.
V závislosti na úkolech řešených s použitím jaderných zbraní mohou být jaderné výbuchy prováděny ve vzduchu, na povrchu země a ve vodě, pod zemí a ve vodě. V souladu s tím se rozlišují vzdušné, pozemní (povrchové) a podzemní (podvodní) výbuchy (obrázek 3.1).
Vzdušný jaderný výbuch je výbuch produkovaný ve výšce do 10 km, kdy se svítící plocha nedotýká země (vody). Výbuchy vzduchu se dělí na nízké a vysoké. Silná radioaktivní kontaminace oblasti se tvoří pouze v blízkosti epicenter výbuchů nízkého vzduchu. Kontaminace oblasti podél stopy mraku nemá významný dopad na jednání personálu. Rázová vlna, světelné záření, pronikavé záření a EMP se nejplněji projeví při vzdušném jaderném výbuchu.
Pozemní (povrchový) jaderný výbuch je výbuch vzniklý na povrchu země (voda), při kterém se svítící plocha dotýká povrchu země (vody) a prachový (vodní) sloupec je od okamžiku vzniku spojen s mrak výbuchu. 50 Charakteristickým znakem pozemního (povrchového) jaderného výbuchu je silná radioaktivní kontaminace terénu (vody) jak v oblasti výbuchu, tak ve směru výbuchového mraku. Škodlivými faktory tohoto výbuchu jsou rázová vlna, světelné záření, pronikavé záření, radioaktivní zamoření prostoru a EMP.
Podzemní (podvodní) jaderný výbuch je exploze produkovaná pod zemí (pod vodou) a je charakterizována uvolněním velkého množství půdy (vody) smíchané s jadernými výbušnými produkty (fragmenty štěpení uranu-235 nebo plutonia-239). Na ničivém a ničivém účinku podzemního jaderného výbuchu mají vliv zejména seismicko-výbušné vlny (hlavní škodlivý faktor), tvorba trychtýře v zemi a silná radioaktivní kontaminace oblasti. Chybí emise světla a pronikající záření. Charakteristický pro podvodní výbuch je vznik sultána (sloupec vody), základní vlna vzniklá při zhroucení sultána (sloupec vody).
Vzdušný jaderný výbuch začíná krátkým oslepujícím zábleskem, jehož světlo lze pozorovat na vzdálenost několika desítek a stovek kilometrů. Po záblesku se objeví svítící plocha v podobě koule nebo polokoule (s pozemní explozí), která je zdrojem silného světelného záření. Z výbušné zóny se přitom do okolí šíří mohutný tok gama záření a neutronů, které vznikají při řetězové jaderné reakci a při rozpadu radioaktivních fragmentů štěpení jaderné nálože. Gama záření a neutrony emitované během jaderného výbuchu se nazývají pronikavé záření. Působením okamžitého gama záření jsou atomy prostředí ionizovány, což vede ke vzniku elektrických a magnetických polí. Tato pole se kvůli krátké době působení běžně nazývají elektromagnetický puls jaderného výbuchu.
V centru jaderného výbuchu teplota okamžitě stoupne na několik milionů stupňů, v důsledku čehož se látka náboje změní na vysokoteplotní plazmu emitující rentgenové záření. Tlak plynných produktů zpočátku dosahuje několika miliard atmosfér. Koule žhavých plynů žhnoucí oblasti, která se snaží expandovat, stlačuje sousední vrstvy vzduchu, vytváří prudký pokles tlaku na hranici stlačené vrstvy a vytváří rázovou vlnu, která se šíří z centra exploze v různých směrech. . Protože hustota plynů, které tvoří ohnivou kouli, je mnohem nižší než hustota okolního vzduchu, koule rychle stoupá. V tomto případě se vytvoří hřibovitý mrak obsahující plyny, vodní páru, malé částice půdy a obrovské množství radioaktivních produktů výbuchu. Po dosažení maximální výšky se oblak působením vzdušných proudů transportuje na velké vzdálenosti, rozptýlí se a radioaktivní produkty dopadají na zemský povrch a vytvářejí radioaktivní kontaminaci oblasti a objektů.
Pro vojenské účely;
Podle síly:
Ultra malý (méně než 1 tisíc tun TNT);
Malé (1 - 10 tisíc tun);
Střední (10-100 tisíc tun);
Velký (100 tisíc tun -1 Mt);
Super velký (přes 1 Mt).
Typ výbuchu:
Výškové (přes 10 km);
Vzduch (lehký mrak nedosáhne povrchu Země);
přízemní;
Povrch;
Podzemí;
Pod vodou.
Škodlivé faktory jaderného výbuchu. Škodlivé faktory jaderného výbuchu jsou:
Rázová vlna (50 % energie výbuchu);
Světelné záření (35 % energie výbuchu);
Pronikající záření (45 % energie výbuchu);
Radioaktivní kontaminace (10 % energie výbuchu);
Elektromagnetický impuls (1 % energie výbuchu);
Z průběhu fyziky je známo, že nukleony v jádře – protony a neutrony – drží pohromadě silná interakce. Velmi převyšuje Coulombovy odpudivé síly, takže jádro jako celek je stabilní. Ve 20. století velký vědec Albert Einstein objevil, že hmotnost jednotlivých nukleonů je poněkud větší než jejich hmotnost ve vázaném stavu (když tvoří jádro). Kam jde část hmoty? Ukazuje se, že přechází do vazebné energie nukleonů a díky ní mohou existovat jádra, atomy a molekuly.
Většina známých jader je stabilních, existují však i radioaktivní. Neustále vyzařují energii, protože podléhají radioaktivnímu rozpadu. Jádra takových chemických prvků nejsou pro člověka bezpečná, ale nevyzařují energii schopnou zničit celá města.
Kolosální energie se objevuje jako výsledek jaderné řetězové reakce. Izotop uranu-235, stejně jako plutonium, se používají jako jaderné palivo v atomové bombě. Když jeden neutron zasáhne jádro, začne se dělit. Neutron, jakožto částice bez elektrického náboje, může snadno proniknout do struktury jádra a obejít tak působení sil elektrostatické interakce. V důsledku toho se začne protahovat. Silná interakce mezi nukleony začne slábnout, zatímco Coulombovy síly zůstanou stejné. Jádro uranu-235 se rozdělí na dva (zřídka tři) fragmenty. Objeví se dva další neutrony, které pak mohou vstoupit do podobné reakce. Proto se nazývá řetězec: to, co způsobuje štěpnou reakci (neutron), je jeho produkt.
V důsledku jaderné reakce se uvolňuje energie, která váže nukleony v mateřském jádru uranu-235 (vazebná energie). Tato reakce je základem provozu jaderných reaktorů a výbuchů. Pro jeho realizaci musí být splněna jedna podmínka: množství paliva musí být podkritické. Když se plutonium spojí s uranem-235, dojde k explozi.
Jaderný výbuch
Po srážce jader plutonia a uranu vzniká silná rázová vlna, která ovlivňuje veškerý život v okruhu asi 1 km. Ohnivá koule, která se objevila na místě výbuchu, se postupně rozšíří až na 150 metrů. Jeho teplota klesne na 8 tisíc Kelvinů, když se rázová vlna pohne dostatečně daleko. Ohřátý vzduch unáší radioaktivní prach na velké vzdálenosti. Jaderný výbuch je doprovázen silným elektromagnetickým zářením.
Je to jeden z nejúžasnějších, nejzáhadnějších a nejstrašnějších procesů. Princip fungování jaderných zbraní je založen na řetězové reakci. Jde o proces, jehož samotný průběh iniciuje jeho pokračování. Princip fungování vodíkové bomby je založen na fúzi.
Atomová bombaJádra některých izotopů radioaktivních prvků (plutonium, kalifornium, uran a další) se mohou rozpadat, přičemž zachycují neutron. Poté se uvolní další dva nebo tři neutrony. Zničení jádra jednoho atomu za ideálních podmínek může vést k rozpadu dvou nebo tří dalších, které zase mohou iniciovat další atomy. A tak dále. Nastává lavinový proces destrukce stále většího počtu jader s uvolněním gigantického množství energie pro rozbití atomových vazeb. Při explozi se v ultra krátkém časovém úseku uvolní obrovské energie. Stává se to v jednu chvíli. Proto je výbuch atomové bomby tak silný a ničivý.
Pro zahájení řetězové reakce je nutné, aby množství radioaktivního materiálu přesáhlo kritickou hmotnost. Je zřejmé, že musíte vzít několik částí uranu nebo plutonia a spojit je do jedné. K explozi atomové bomby to však nestačí, protože reakce se zastaví dříve, než se uvolní dostatek energie, nebo proces bude probíhat pomalu. K dosažení úspěchu je nutné nejen překročit kritické množství látky, ale udělat to v extrémně krátkém čase. Nejlepší je použít několik.Toho je dosaženo použitím dalších.Navíc se střídají rychlé a pomalé výbušniny.
První jaderný test byl proveden v červenci 1945 ve Spojených státech u města Almogordo. V srpnu téhož roku použili Američané tuto zbraň proti Hirošimě a Nagasaki. Výbuch atomové bomby ve městě vedl k hroznému zničení a smrti většiny obyvatel. V SSSR byly atomové zbraně vytvořeny a testovány v roce 1949.
H-bomba
Je to zbraň s velmi vysokou ničivou silou. Princip jeho činnosti je založen na syntéze těžkých jader helia z lehčích atomů vodíku. Tím se uvolňuje velmi velké množství energie. Tato reakce je podobná procesům, které probíhají na Slunci a jiných hvězdách. Nejjednodušší způsob je s využitím izotopů vodíku (tritium, deuterium) a lithia.
Test první vodíkové hlavice provedli Američané v roce 1952. V moderním pojetí lze toto zařízení jen stěží nazvat bombou. Byla to třípatrová budova naplněná kapalným deuteriem. První výbuch vodíkové bomby v SSSR byl proveden o šest měsíců později. Sovětská termonukleární munice RDS-6 byla vyhozena do povětří v srpnu 1953 poblíž Semipalatinska. Největší vodíkovou bombu s kapacitou 50 megatun (Car Bomba) testoval SSSR v roce 1961. Vlna po výbuchu munice třikrát obletěla planetu.
Jaderná zbraň
Jaderné zbraně – soubor jaderných zbraní, jejich prostředky doručování k cíli a ovládací prvky. Týká se zbraní hromadného ničení (spolu s biologickými a chemickými zbraněmi). Jaderná zbraň je výbušné zařízení, které využívá jadernou energii - energii uvolněnou v důsledku lavinovité jaderné řetězové reakce štěpení těžkých jader a/nebo termonukleární fúzní reakce lehkých jader.
Působení jaderné zbraně je založeno na využití energie výbuchu jaderného výbušného zařízení, uvolněného v důsledku nekontrolované lavinové řetězové reakce štěpení těžkých jader a / nebo termonukleární fúzní reakce.
Jaderné výbuchy mohou být následujících typů:
vzduch - v troposféře
ve vysokých nadmořských výškách – v horních vrstvách atmosféry a v blízkosti planetárního prostoru
vesmír - v hlubokém cirkuplanetárním prostoru a jakékoli jiné oblasti vesmíru
pozemní exploze - blízko země
podzemní exploze (pod povrchem země)
povrch (blízko hladiny vody)
pod vodou (pod vodou)
Škodlivé faktory jaderného výbuchu:
rázová vlna
světelné záření
pronikající záření
radioaktivní kontaminace
elektromagnetický impuls (EMP)
Poměr síly dopadu různých škodlivých faktorů závisí na konkrétní fyzice jaderného výbuchu. Například termonukleární výbuch se vyznačuje silnějšími než tkz. atomový výbuch světelné záření, gama složka pronikajícího záření, ale mnohem slabší korpuskulární složka pronikajícího záření a radioaktivní kontaminace oblasti.
Lidé, kteří jsou přímo vystaveni škodlivým faktorům jaderného výbuchu, kromě fyzických škod, které jsou pro člověka často smrtelné, zažijí silný psychologický dopad z děsivého obrazu výbuchu a destrukce. Elektromagnetický impuls (EMP) neovlivňuje přímo živé organismy, ale může narušit činnost elektronických zařízení (elektronová elektronika a fotonická zařízení jsou vůči EMP relativně necitlivé).
Klasifikace jaderných zbraní
Všechny jaderné zbraně lze rozdělit do dvou hlavních kategorií:
"atomový" - jednofázová nebo jednostupňová výbušná zařízení, ve kterých hlavní energetický výstup pochází z jaderné štěpné reakce těžkých jader (uranu-235 nebo plutonia) za vzniku lehčích prvků
termonukleární (také "vodík") - dvoufázová nebo dvoustupňová výbušná zařízení, ve kterých se postupně vyvíjejí dva fyzikální procesy lokalizované v různých oblastech vesmíru: v první fázi je hlavním zdrojem energie štěpná reakce těžkých jader, a ve druhém se používají štěpné a termonukleární fúzní reakce v různém poměru v závislosti na typu a nastavení munice
Síla jaderné nálože se měří v ekvivalentu TNT – množství trinitrotoluenu, které musí explodovat, aby se získala stejná energie. Obvykle se vyjadřuje v kilotunách (kt) a megatunách (Mt). Ekvivalent TNT je podmíněný: za prvé, rozložení energie jaderného výbuchu na různé škodlivé faktory výrazně závisí na typu munice a v každém případě je velmi odlišné od chemického výbuchu. Za druhé, je prostě nemožné dosáhnout úplného spálení vhodného množství chemické výbušniny.
Je obvyklé rozdělit jaderné zbraně podle síly do pěti skupin:
ultra malý (méně než 1 kt)
malý (1-10 ct)
střední (10–100 kt)
velký (vysoký výkon) (100 kt - 1 Mt)
super velký (extra vysoký výkon) (přes 1 Mt)
Možnosti detonace jaderných zbraní
schéma děla
"Schéma děla" bylo použito v některých modelech jaderných zbraní první generace. Podstatou kanónového schématu je střílet s náloží střelného prachu jeden blok štěpného materiálu podkritické hmotnosti („kulka“) na druhý – nehybný („cíl“).
Klasickým příkladem kanónového schématu je bomba Little Boy svržená na Hirošimu 6. srpna 1945.
implozivní schéma
Schéma implozivní detonace využívá stlačení štěpného materiálu soustředěnou rázovou vlnou vytvořenou explozí chemických výbušnin. K zaostření rázové vlny se používají tzv. výbušné čočky a exploze probíhá současně v mnoha bodech s vysokou přesností. Vznik sbíhající se rázové vlny zajistilo použití výbušných čoček z „rychlých“ a „pomalých“ trhavin – TATV (triaminotrinitrobenzen) a baratol (směs trinitrotoluenu s dusičnanem barnatým), a některých přísad (viz animace). Vytvoření takového systému pro lokalizaci výbušnin a detonaci bylo svého času jedním z nejobtížnějších a časově nejnáročnějších úkolů. K jeho vyřešení bylo nutné provést obrovské množství složitých výpočtů v dynamice hydro- a plynů.
Druhá z použitých atomových bomb – „Fat Man“ – svržená na Nagasaki 9. srpna 1945, byla popravena podle stejného schématu.
