Ядерное оружие. Ядерный взрыв: описание, классификация Ядерный взрыв имеет

Ядерное оружие обладает колоссальной мощностью. При делении урана

массой порядка килограмма освобождается такое же количество энергии, как

при взрыве тротила массой около 20 тысяч тонн. Термоядерные реакции синтеза являются еще более энергоемкими. Мощность взрыва ядерных боеприпасов принято измерять в единицах тротилового эквивалента. Тротиловый эквивалент-это масса тринитротолуола, которая обеспечила бы взрыв, по мощности эквивалентный взрыву данного ядерного боеприпаса. Обычно он измеряется в килотоннах (кТ) или в мегатоннах (МгТ).

В зависимости от мощности ядерные боеприпасы делят на калибры:

Сверхмалый (менее 1кТ)

Малый (от 1 до 10 кТ)

Средний (от 10 до 100 кТ)

Крупный (от 100 кТ до 1 МгТ)

Сверхкрупный (свыше 1 МгТ)

Термоядерными зарядами комплектуются боеприпасы сверхкрупного, крупного

и среднего калибров; ядерными-сверхмалого, малого и среднего калибров,

нейтронными-сверхмалого и малого калибров.

1.5 Виды ядерных взрывов

В зависимости от задач, решаемых ядерным оружием, от вида и расположения

объектов, по которым планируются ядерные удары, а также от характера

предстоящих боевых действий ядерные взрывы могут быть осуществлены в

воздухе, у поверхности земли (воды) и под землей (водой). В соответствии

с этим различают следующие виды ядерных взрывов:

Воздушный (высокий и низкий)

Наземный (надводный)

Подземный (подводный)

1.6 Поражающие факторы ядерного взрыва.

Ядерный взрыв способен мгновенно уничтожить или вывести из строя

незащищенных людей, открыто стоящую технику, сооружения и различные

материальные средства. Основными поражающими факторами ядерного взрыва являются:

Ударная волна

Световое излучение

Проникающая радиация

Радиоактивное заражение местности

Электромагнитный импульс

Рассмотрим их:

а) Ударная волна в большинстве случаев является основным поражающим

фактором ядерного взрыва. По своей природе она подобна ударной волне

обычного взрыва, но действует более продолжительное время и обладает

гораздо большей разрушительной силой. Ударная волна ядерного взрыва

может на значительном расстоянии от центра взрыва наносить поражения

людям, разрушать сооружения и повреждать боевую технику.

Ударная волна представляет собой область сильного сжатия воздуха,

распространяющуюся с большой скоростью во все стороны от центра взрыва.

Скорость распространения ее зависит от давления воздуха во фронте

ударной волны; вблизи центра взрыва она в несколько раз превышает

скорость звука, но с увеличением расстояния от места взрыва резко падает.

За первые 2 сек ударная волна проходит около 1000 м, за 5 сек-2000 м,

за 8 сек - около 3000 м. Это служит обоснованием норматива N5 ЗОМП

"Действия при вспышке ядерного взрыва": отлично - 2 сек, хорошо - 3 сек,

удовлетврительно-4 сек.

Поражающее действие ударной волны на людей и разрушающее действие на

боевую технику, инженерные сооружения и материальные средства прежде

всего определяются избыточным давлением и скоростью движения воздуха в

ее фронте. Избыточное давление - это разность между максимальным давлением во фронте ударной волны и нормальным атмосферным давлением перед ним. Оно измеряется в ньютонах на квадратный метр (Н/м 2). Эта единица давления называется паскалем (Па). 1 Н/м 2 =1 Па (1 кПа0,01 кгс/см 2).

При избыточном давлении 20-40 кПа незащищенные люди могут получить легкие поражения (легкие ушибы и контузии). Воздействие ударной волны с избыточным давлением 40-60 кПа приводит к поражениям средней тяжести: потеря сознания, повреждению органов слуха, сильным вывихам конечностей, кровотечению из носа и ушей. Тяжелые травмы возникают при избыточном давлении свыше 60 кПа и характеризуются сильными контузиями всего организма, переломами конечностей повреждением внутренних органов. Крайне тяжелые поражения, нередко со смертельным исходом, наблюдаются при избыточном давлении свыше 100 кПа.

Незащищенные люди могут, кроме того, поражаться летящими с

огромной скоростью осколками стекла и обломками разрушаемых зданий,

падающими деревьями, а также разбрасываемыми частями боевой техники,

комьями земли, камнями и другими предметами, приводимыми в движение

скоростным напором ударной волны. Наибольшие косвенные поражения будут наблюдаться в населенных пунктах и в лесу; в этих случаях потери войск могут оказаться большими, чем от непосредственного действия ударной волны.

Ударная волна способна наносить поражения и в закрытых помещениях,

проникая туда через щели и отверстия.

С ростом калибра ядерного боеприпаса радиусы поражения ударной волной

растут пропорционально корню кубическому из мощности взрыва. При подземном взрыве возникает ударная волна в грунте, а при подводном - в воде.

Кроме того, при этих видах взрывов часть энергии расходуется на создание

ударной волны и в воздухе. Ударная волна, распространяясь в грунте,

вызывает повреждения подземных сооружений, канализации, водопровода;

при распространении ее в воде наблюдается повреждение подводной части

кораблей, находящихся даже на значительном расстоянии от места взрыва.

б) Световое излучение ядерного взрыва представляет собой поток

лучистой энергии, включающей ультрафиолетовое, видимое и инфракрасное

излучение. Источником светового излучения является светящаяся область,

состоящая из раскаленных продуктов взрыва и раскаленного воздуха. Яркость

светового излучения в первую секунду в несколько раз превосходит яркость

Поглощенная энергия светового излучения переходит в тепловую, что

приводит к разогреву поверхностного слоя материала. Нагрев может быть

настолько сильным, что возможно обугливание или воспламенение горючего

материала и растрескивание или оплавление негорючего, что может приводить

к огромным пожарам. При этом действие светового излучения ядерного взрыва

эквивалентно массированному применению зажигательного оружия, которое

рассматривается в четвертом учебном вопросе.

Кожный покров человека также поглощает энергию светового излучения, за

счет чего может нагреваться до высокой температуры и получать ожоги. В

первую очередь ожоги возникают на открытых участках тела, обращенных в

сторону взрыва. Если смотреть в сторону взрыва незащищенными глазами, то

возможно поражение глаз, приводящее к полной потере зрения.

Ожоги, вызываемые световым излучением, не отличаются от обычных,

вызываемых огнем или кипятком. Они тем сильнее, чем меньше расстояние до

взрыва и чем больше мощность боеприпаса. При воздушном взрыве поражающее действие светового излучения больше, чем при наземном той же мощности.

В зависимости от воспринятого светового импульса ожоги делятся на три

степени. Ожоги первой степени проявляются в поверхностном поражении кожи: покраснении, припухлости, болезненности. При ожогах второй степени на коже появляются пузыри. При ожогах третьей степени наблюдается омертвление кожи и образование язв.

При воздушном взрыве боеприпаса мощностью 20 кТ и прозрачности атмосферы порядка 25 км ожоги первой степени будут наблюдаться в радиусе 4,2

км от центра взрыва; при взрыве заряда мощностью 1 МгТ это расстояние

увеличится до 22,4 км. Ожоги второй степени проявляются на расстояниях

2,9 и 14,4 км и ожоги третьей степени ­­­­­- на расстояниях 2,4 и 12,8 км

соответственно для боеприпасов мощностью 20 кТ и 1МгТ.

в) Проникающая радиация представляет собой невидимый поток гамма-

квантов и нейтронов, испускаемых из зоны ядерного взрыва. Гамма-кванты

и нейтроны распространяются во все стороны от центра взрыва на сотни

метров. С увеличением расстояния от взрыва количество гамма-квантов и

нейтронов, проходящее через единицу поверхности, уменьшается. При

подземном и подводном ядерных взрывах действие проникающей радиации

распространяется на расстояния, значительно меньшие, чем при наземных и

воздушных взрывах, что объясняется поглощением потока нейтронов и гамма-

квантов водой.

Зоны поражения проникающей радиацией при взрывах ядерных боеприпасов

средней и большой мощности несколько меньше зон поражения ударной волной и световым излучением. Для боеприпасов с небольшим тротиловым эквивалентом (1000 тонн и менее) наоборот, зоны поражающего действия проникающей радиацией превосходят зоны поражения ударной волной и световым излучением.

Поражающее действие проникающей радиации определяется способностью

гамма-квантов и нейтронов ионизировать атомы среды, в которой они распространяются. Проходя через живую ткань, гамма-кванты и нейтроны ионизируют атомы и молекулы, входящие в состав клеток, которые приводят к

нарушению жизненных функций отдельных органов и систем. Под влиянием

ионизации в организме возникают биологические процессы отмирания и разложения клеток. В результате этого у пораженных людей развивается специфическое заболевание, называемое лучевой болезнью.

г) Основными источниками радиоактивного заражения являются продукты деления ядерного заряда и радиоактивные изотопы, образующиеся в результате воздействия нейтронов на материалы, из которых изготовлен ядерный боеприпас, и на некоторые элементы, входящие в состав грунта в районе взрыва.

При наземном ядерном взрыве светящаяся область касается земли. Внутрь ее затягиваются массы испаряющегося грунта, которые поднимаются вверх. Охлаждаясь, пары продуктов деления грунта конденсируются на твердых частицах. Образуется радиоактивное облако. Оно поднимается на многокилометровую высоту, а затем со скоростью 25-100 км/ч движется по ветру. Радиоактивные частицы, выпадая из облака на землю, образуют зону радиоактивного заражения (след), длина которой может достигать нескольких сот километров.

Радиоактивное заражение людей, боевой техники, местности и различных

объектов при ядерном взрыве обусловливается осколками деления вещества

заряда и непрореагировавшей частью заряда, выпадающими из облака взрыва,

а также наведенной радиоактивностью.

С течением времени активность осколков деления быстро уменьшается,

особенно в первые часы после взрыва. Так, например, общая активность

осколков деления при взрыве ядерного боеприпаса мощностью 20 кТ через

один день будет в несколько тысяч раз меньше, чем через одну минуту после

При взрыве ядерного боеприпаса часть вещества заряда не подвергается

делению, а выпадает в обычном своем виде; распад ее сопровождается образованием альфа-частиц. Наведенная радиоактивность обусловлена радиоактивными изотопами, образующимися в грунте в результате облучения его нейтронами, испускаемыми в момент взрыва ядрами атомов химических элементов, входящих в состав грунта. Образовавшиеся изотопы, как правило,

бета-активны, распад многих из них сопровождается гамма-излучением.

Периоды полураспада большинства из образующихся радиоактивных изотопов, сравнительно невелики-от одной минуты до часа. В связи с этим наведенная активность может представлять опасность лишь в первые часы после взрыва и только в районе, близком к его эпицентру.

Основная часть долгоживущих изотопов сосредоточена в радиоактивном

облаке, которое образуется после взрыва. Высота поднятия облака для

боеприпаса мощностью 10 кТ равна 6 км, для боеприпаса мощностью 10 МгТ

она составляет 25 км. По мере продвижения облака из него выпадают сначала

наиболее крупные частицы, а затем все более и более мелкие, образуя по

пути движения зону радиоактивного заражения, так называемый след облака.

Размеры следа зависят главным образом от мощности ядерного боеприпаса,

а также от скорости ветра и могут достигать в длину несколько сотен и в

ширину нескольких десятков километров.

Поражения в результате внутреннего облучения появляются в результате

попадания радиоактивных веществ внутрь организма через органы дыхания и

желудочно-кишечный тракт. В этом случае радиоактивные излучения вступают

в непосредственный контакт с внутренними органами и могут вызвать

сильную лучевую болезнь; характер заболевания будет зависеть от количества радиоактивных веществ, попавших в организм.

На вооружение, боевую технику и инженерные сооружения радиоактивные

вещества не оказывают вредного воздействия.

д) Электромагнитный импульс - это кратковременное электромагнитное поле, возникающее при взрыве ядерного боеприпаса в результате взаимодействия гамма-лучей и нейтронов, испускаемых пои ядерном взрыве, с атомами окружающей среды. Следствием его воздействия перегорание или пробои отдельных элементов радиоэлектронной и электротехнической аппаратуры.

Поражение людей возможно только в тех случаях, когда они в момент взрыва соприкасаются с протяженными проводными линиями.

Наиболее надежным средством защиты от всех поражающих факторов ядерного взрыва являются защитные сооружения. В поле следует укрываться за прочными местными предметами, обратными скатами высот, в складках местности.

При действиях в зонах заражения для защиты органов дыхания, глаз и открытых участков тела от радиоактивных веществ используются средства защиты органов дыхания (противогазы, респираторы, противопыльные тканевые маски и ватно-марлевые повязки), а также средства защиты кожи.

Особенности поражающего действия нейтронных боеприпасов.

Нейтронные боеприпасы являются разновидностью ядерных боеприпасов. Их основу составляют термоядерные заряды, в которых используются ядерные реакции деления и синтеза. Взрыв такого боеприпаса оказывает поражающее воздействие прежде всего на людей за счет мощного потока проникающей радиации, в котором значительная часть (до 40%) приходится на так называемые быстрые нейтроны.

При взрыве нейтронного боеприпаса площадь зоны поражения проникающей радиацией превосходит площадь зоны поражения ударной волной в несколько раз. В этой зоне техника и сооружения могут оставаться невредимыми, а люди получают смертельные поражения.

Для защиты от нейтронных боеприпасов используются те же средства и способы, что и для защиты от обычных ядерных боеприпасов. Кроме того, при сооружении убежищ и укрытий рекомендуется уплотнять и увлажнять грунт, укладываемый над ними, увеличивать толщину перекрытий, устраивать дополнительную защиту входов и выходов. Защитные свойства техники повышаются применением комбинированной защиты, состоящей из водородосодержащих веществ (например, полиэтилена) и материалов с высокой плотностью (свинец).

Радиоактивность. Закон радиоактивного распада. Воздействие ионизирующего излучения на биологические объекты. Единица измерения радиоактивности.

Радиоактивность - это способность атомов некоторых изотопов самопроизвольно распадаться, испуская излучение. Впервые такое излучение, испускаемое ураном, обнаружил Беккерель, поэтому вначале радиоактивные излучения называли лучами Беккереля. Основной вид радиоактивного распада - выбрасывание из ядра атома альфа-частицы - альфа-распад (см. Альфа-излучение) или бета-частицы - бета-распад (см. Бета-излучение).

Важнейшей характеристикой радиоактивности является закон радиоактивного распада, показывающий как со временем t изменяется (в среднем) число N радиоактивных ядер в образце

N(t) = N 0 e –λt ,

где N 0 – число исходных ядер в начальный момент (момент их образования или начала наблюдения), а λ – постоянная распада (вероятность распада радиоактивного ядра в единицу времени). Через эту постоянную можно выразить среднее время жизни радиоактивного ядра τ = 1/λ, а также период полураспада T 1/2 = ln2/τ. Период полураспада наглядно характеризует скорость распада, показывая за какое время число радиоактивных ядер в образце уменьшится вдвое.

Единицы измерения.

ЕДИНИЦЫ ИЗМЕРЕНИЯ РАДИАКТИВНОСТИ
Беккерель (Бк, Вq); Кюри (Ки, Си)	1 Бк = 1распад в сек. 1 Ки = 3,7 х 10 10 Бк	Единицы активности радионуклида. Представляют собой число распадов в единицу времени.
Грей (Гр, Gу); Рад (рад, rad)	1 Гр = 1 Дж/кг 1 рад = 0.01 Гр	Единицы поглощённой дозы. Представляют собой количество энергии ионизирующего излучения, поглощенное единицей массы какого-либо физического тела, например тканями организма.
Зиверт (Зв, Sv) Бэр (бер, rem) - "биологический эквивалнт рентгена"	1 Зв = 1Гр = 1Дж/кг (для бета и гамма) 1 мкЗв = 1/1000000 Зв 1 бер = 0.01 Зв = 10мЗв	Единицы эквивалентной дозы. Представляют собой единицу поглощенной дозы, умноженную на коэффициент, учитывающий неодинаковую опасность разных видов ионизирующего излучения.
Грей в час (Гр/ч); Зиверт в час (Зв/ч); Рентген в час (Р/ч)	1 Гр/ч = 1 Зв/ч = 100 Р/ч (для бета и гамма) 1 мк Зв/ч = 1 мкГр/ч = 100 мкР/ч 1 мкР/ч = 1/1000000 Р/ч	Единицы мощности дозы. Представляют собой дозу полученную организмом за единицу времени.

Воздействие ионизирующего излучения на биологические объекты.
В результате воздействия ионизирующего излучения на организм человека в тканях могут происходить сложные физические, химические и биохимические процессы.

При попадание радиоактивных веществ внутрь организма поражающее действие оказывают в основном альфа-источники, а затем и бетта-источники, т.е. в обратной наружному облучению последовательности. Альфа-частицы, имеющие небольшую плотность ионизации, разрушают слизистую оболочку, которая является слабой защитой внутренних органов по сравнению с наружным кожным покровом.

Существует три пути поступления радиоактивных веществ в организм: при вдыхание воздуха, загрязненного радиоактивными веществами, через зараженную пищу или воду, через кожу, а также при заражении открытых ран. Наиболее опасен первый путь, поскольку во-первых, объем легочной вентиляции очень большой, а во-вторых, значения коэффициента усвоения в легких более высоки.

Пылевые частицы, на которых сорбированы радиоактивные изотопы, при вдыхании воздуха через верхние дыхательные пути частично оседают в полости рта и носоглотке. Отсюда пыль поступает в пищеварительный тракт. Остальные частицы поступают в легкие. Степень задержки аэрозолей в легких зависит от их дисперсионности. В легких задерживается около 20% всех частиц; при уменьшении размеров аэрозолей величина задержки увеличивается до 70%.

При всасывании радиоактивных веществ из желудочно-кишечного тракта имеет значение коэффициент резорбции, характеризующий долю вещества, попадающего из желудочно-кишечного тракта в кровь. В зависимости от природы изотопа коэффициент изменяется в широких пределах: от сотых долей процента(для циркония, ниобия), до нескольких десятков процентов (водород, щелочно-земельные элементы). Резорбция через неповрежденную кожу в 200-300 раз меньше, чем через желудочно-кишечный тракт, и, как правило, не играет существенной роли.
При попадании радиоактивных веществ в организм любым путем они уже через несколько минут обнаруживаются в крови. Если поступление радиоактивных веществ было однократным, то концентрация их в крови вначале возрастает до максимума, а затем в течение 15-20 суток снижается.

Концентрации в крови долгоживущих изотопов в дальнейшем могут удерживаться практически на одном уровне в течение длительного времени вследствие обратного вымывания отложившихся веществ. Эффект воздействия ионизирующего излучения на клетку - результат комплексных взаимосвязанных и взаимообусловленных преобразований. По А.М. Кузину, радиационное поражение клетки осуществляется в три этапа. На первом этапе излучение воздействует на сложные макромолекулярные образования, ионизируя и возбуждая их. Это физическая стадия лучевого воздействия. Второй этап - химические преобразования. Они соответствуют процессам взаимодействия радикалов белков, нуклеиновых кислот и липидов с водой, кислородом, радикалами воды и возникновению органических перекисей. Радикалы, возникающие в слоях упорядоченно расположенных белковых молекул, взаимодействуют с образованием "сшивок", в результате чего нарушается структура биомембран. Из-за повреждения лизосомальных мембран происходит увеличение активности и высвобождение ферментов, которые путем диффузии достигают любой органеллы клетки и легко в нее проникают, вызывая ее лизис.

Конечный эффект облучения является результатом не только первичного повреждения клеток, но и последующих процессов восстановления. Предполагается, что значительная часть первичных повреждений в клетке возникает в виде так называемых потенциальных повреждений, которые могут реализовываться в случае отсутствия восстановительных процессов. Реализация этих процессов способствуют процессы биосинтеза белков и нуклеиновых кислот. Пока реализация потенциальных повреждений не произошло, клетка может в них "восстановиться". Это, как предполагается, связано с ферментативными реакциями и обусловлено энергетическим обменом. Считается, что в основе этого явления лежит деятельность систем, которые в обычных условиях регулируют интенсивность естественного мутационного процесса.

Мутагенное воздействие ионизирующего излучения впервые установили русские ученые Р.А. Надсон и Р.С. Филиппов в 1925 году в опытах на дрожжах. В 1927 году это открытие было подтверждено Р.Меллером на классическом генетическом объекте - дрозофиле.

Ионизирующие излучения способны вызывать все виды наследственных перемен. Спектр мутаций, индуцированных облучением, не отличается от спектра спонтанных мутаций.

Последние исследования Киевского Института нейрохирургии показали, что радиация даже в малых количествах, при дозах в десятки бэр, сильнейшим образом воздействует на нервные клетки - нейроны. Но нейроны гибнут не от прямого воздействия радиации. Как выяснилось, в результате воздействия радиации у большинства ликвидаторов ЧАЭС наблюдается "послерадиационная энцефлопатия". Общие нарушения в организме под действием радиации приводит к изменению обмена веществ, которые влекут за собой патологические изменения головного мозга.

2. Принципы устройства ядерных боеприпасов . Основные возможности дальнейшего развития и совершенствования ядерного оружия.

Ядерными боеприпасами называются снаряженные ядерными (термоядерными) зарядами боевые части ракет, авиационные бомбы, артиллерийские снаряды, торпеды и инженерные управляемые мины (ядерные фугасы).

Основными элементами ядерных боеприпасов являются: ядерный заряд, датчики подрыва, система автоматики, источник электрического питания и корпус.

Корпус служит для компоновки всех элементов боеприпаса, предохранения их от механических и тепловых повреждений, придания боеприпасу необходимой баллистической формы, а также для повышения коэффициента использования ядерного горючего.

Датчики подрыва (взрывательные устройства) предназначены для подачи сигнала на приведение в действие ядерного заряда. Они могут быть контактного и дистанционного (неконтактного) типов.

Контактные датчики срабатывают в момент встречи боеприпаса с преградой, а дистанционные - на заданной высоте (глубине) от поверхности земли (воды).

Дистанционные датчики в зависимости от типа и назначе­ния ядерного боеприпаса могут быть временными, инерционны­ми, барометрическими, радиолокационными, гидростатическими и др.

Система автоматики включает систему предохранения, блок автоматики и систему аварийного подрыва.

Система предохранения исключает возможность случайного взрыва ядерного заряда при проведении регламентных работ, хра­нении боеприпаса и при полете его на траектории.

Блок автоматики срабатывает по сигналам, поступающим от датчиков подрыва и предназначен для формирования высоковольтного электрического импульса на приведение в действие ядерного заряда.

Система аварийного подрыва служит для самоуничтожения бое­припаса без ядерного взрыва в случае его отклонения от заданной траектории.

Источником питания всей электрической системы боеприпаса являются аккумуляторные батареи различных типов, которые обла­дают одноразовым действием и приводятся в рабочее состояние непосредственно перед его боевым применением.

Ядерный заряд представляет собой устройство для осуществле­ния ядерного взрыва Ниже будут рассмотрены существующие ти­пы ядерных зарядов и их принципиальное устройство.

Ядерные заряды

Устройства, предназначенные для осуществления взрывного процесса высвобождения внутриядерной энергии, называются ядерными зарядами.

Различают два основных вида ядерных зарядов:

1 - заряды, энергия взрыва которых обусловлена цепной реакци­ей делящихся веществ, переведенных в надкритическое состояние, - атомные заряды;

2 -заряды, энергия взрыва которых обусловлена термоядернойреакцией синтеза ядер, - термоядерные заряды.

Атомные заряды. Основным элементом атомных зарядов явля­ется делящееся вещество (ядерное взрывчатое вещество).

До взрыва масса ЯВВ находится в подкритическом состоянии. Для осуществления ядерного взрыва она переводится в надкритическое состояние. Используются два типа устройств, обеспечивающих формирование надкритической массы: пушечный н имплозивный.

В зарядах пушечного типа ЯВВ состоит из двух или бо­лее частей, масса которых в отдельности меньше критической, что обеспечивает исключение самопроизвольного начала цепной ядер­ной реакции. При осуществлении ядерного взрыва отдельные части ЯВВ под действием энергии взрыва обычного взрывного вещества соединяются в одно целое и общая масса ЯВВ становится больше критической, что создает условия для цепной реакции взрывного характера.

Перевод заряда в надкритическое состояние осуществляется действием порохового заряда. Вероятность получения расчетной мощности взрыва в таких зарядах зависит от скорости сближения частей ЯВВ При недостаточных скоростях сближения коэффици­ент критичности может стать несколько больше единицы еще до момента непосредственного контакта частей ЯВВ. В этом случае реакция может начаться с одного начального центра деления под воздействием, например, нейтрона спонтанного деления, в резуль­тате чего происходит неполноценный взрыв с небольшим коэффи­циентом использования ядерного горючего

Преимуществом ядерных зарядов пушечного типа являются про­стота конструкции, малые габариты и масса, высокая механическая прочность, что позволяет создавать на их основе малогабаритные ядерные боеприпасы (артиллерийские снаряды, ядерные мины и др.).

В зарядах имплозивного типа для создания надкритической массы используется эффект имплозии - всестороннего обжа­тия ЯВВ силой взрыва обычного ВВ, которая приводит к резкому увеличению его плотности.

Эффект имплозии создает огромную концентрацию энергии в зоне ЯВВ и позволяет достичь давления, превышающего миллионы атмосфер, что приводит к увеличению плотности ЯВВ в 2 - 3 раза и уменьшению критической массы в 4 - 9 раз.

Для гарантированного имитирования цепной реакции деления и ее ускорения от искусственного источника нейтронов должен быть подан мощный импульс нейтронов в момент наивысшей имплозии Поскольку в таком состоянии ЯВВ находится в течение нескольких микросекунд, то момент посылки импульса нейтронов должен быть синхронизирован с моментом достижения наибольшей критичности.

Преимуществом атомных зарядов имплозивного типа является более высокий коэффициент использования ЯВВ, а также возмож­ность в определенных пределах менять мощность ядерного взрыва с помощью специального переключателя.

К недостаткам атомных зарядов относятся большие масса и га­бариты, низкая механическая прочность и чувствительность к тем­пературному режиму

Термоядерные заряды В зарядах этого типа условия для реак­ции синтеза создаются за счет подрыва атомного заряда (детонато­ра) из урана-235, плутония-239 или калифорния-251 Термоядерные заряды могут быть нейтронными и комбинированными

В термоядерных нейтронных зарядах, в качестве термо­ядерного горючего используются дейтерий и тритий в чистом виде или в виде гидридов металлов "Запалом" реакции служит высоко­обогащенный плутоний-239 или калифорний-251, обладающие сравнительно небольшой величиной критической массы Это по­зволяет увеличить коэффициент термоядерности боеприпаса.

В термоядерных комбинированных зарядах в качестве термоядерного горючего используется дейтерид лития (LiD). Для "запала" реакции синтеза служит реакция деления урана-235. В це­лях получения нейтронов высокой энергии для протекания реакции (1.18) уже в самом начале ядерного процесса в ядерный заряд по­мещается ампула с тритием (1Н3).Нейтроны же деления необходи­мы для получения трития из лития в начальный период реакции В последующем воспроизводство трития будет происходить за счет нейтронов, выделяющихся при реакциях синтеза дейтерия и трития, а также деления урана-238 (самого распространенного и наи­более дешевого природного урана), которым специально окружа­ется зона реакции в виде оболочки Наличие такой оболочки по­зволяет не только осуществить лавинообразную термоядерную реакцию, но и получить дополнительную энергию взрыва, так как при высокой плотности потока нейтронов с энергией более 10 МэВ реакция деления ядер урана-238 протекает достаточно эффектив­но При этом количество высвобождаемой энергии становится очень большим и в боеприпасах крупного и сверхкрупного калиб­ров может составить до 80 % всей энергии комбинированного термоядерного боеприпаса.

Классификация ядерных боеприпасов

Ядерные боеприпасы классифицируют по мощности выделяемой энергии ядерного заряда, а также по типу используемой в них ядерной реакции Для характеристики мощности боеприпаса применяется поня­тие "тротиловый эквивалент" -это такая масса тротила, энергия взрыва которого роена энергии, выделяемой при воздушном взрыве ядерного боеприпжа (заряда) Тротиловый эквивалент обозначается буквой § и измеряется в тоннах (т), тысячах тонн (кг), миллионах тонн (Мт)

По мощности ядерные боеприпасы условно подразделяются на пять калибров.

Калибр ядерного боеприпаса

Тротиловый эквивалент тыс. т.

Сверхмалый До 1

Средний 10-100

Крупный 100-1000

Сверхкрупный Более 1000

Классификация ядерных взрывов по видам и мощности. Поражающие факторы ядерного взрыва.

В зависимости от задач, решаемых с применением ядерного оружия, ядерные взрывы могут производиться в воздухе, на по- верхности земли и воды, под землей и водой. В соответствии с этим различают воздушный, наземный (надводный) и подземный (подводный) взрывы (рисунок. 3.1).

Воздушный ядерный взрыв – это взрыв, произведенный на высоте до 10 км, когда светящаяся область не касается земли (во- ды). Воздушные взрывы подразделяются на низкие и высокие. Сильное радиоактивное заражение местности образуется только вблизи эпицентров низких воздушных взрывов. Заражение местно- сти по следу облака существенного влияния на действия личного состава не оказывает. Наиболее полно при воздушном ядерном взрыве проявляются ударная волна, световое излучение, проника- ющая радиация и ЭМИ.

Наземный (надводный) ядерный взрыв – это взрыв, произве- денный на поверхности земли (воды), при котором светящаяся об- ласть касается поверхности земли (воды), а пылевой (водяной) столб с момента образовании соединен с облаком взрыва. 50 Характерной особенностью наземного (надводного) ядерного взрыва является сильное радиоактивное заражение местности (во- ды) как в районе взрыва, так и по направлению движения облака взрыва. Поражающими факторами этого взрыва являются ударная волна, световое излучение, проникающая радиация, радиоактивное заражение местности и ЭМИ.

Подземный (подводный) ядерный взрыв – это взрыв, про- изведенный под землей (под водой) и характеризующийся выбро- сом большого количества грунта (воды), перемешанного с продук- тами ядерного взрывчатого вещества (осколками деления урана- 235 или плутония-239). Поражающее и разрушающее действие подземного ядерного взрыва определяется в основном сейсмо- взрывными волнами (основной поражающий фактор), образовани- ем воронки в грунте и сильным радиоактивным заражением мест- ности. Световое излучение и проникающая радиация отсутствуют. Характерным для подводного взрыва является образование султана (столба воды), базисной волны, образующейся при обрушении сул- тана (столба воды).

Воздушный ядерный взрыв начинается кратковременной осле- пительной вспышкой, свет от которой можно наблюдать на рассто- янии нескольких десятков и сот километров. Вслед за вспышкой появляется светящаяся область в виде сферы или полусферы (при наземном взрыве), являющаяся источником мощного светового излучения. Одновременно из зоны взрыва в окружающую среду распространяется мощный поток гамма-излучения и нейтронов, которые образуются в ходе цепной ядерной реакции и в процессе распада радиоактивных осколков деления ядерного заряда. Гамма- кванты и нейтроны, испускаемые при ядерном взрыве, называют проникающей радиацией. Под действием мгновенного гамма- излучения происходит ионизация атомов окружающей среды, ко- торая приводит к возникновению электрических и магнитных по- лей. Эти поля, ввиду их кратковременности действия, принято называть электромагнитным импульсом ядерного взрыва.

В центре ядерного взрыва температура мгновенно повышается до нескольких миллионов градусов, в результате чего вещество за- ряда превращается в высокотемпературную плазму, испускающую рентгеновское излучение. Давление газообразных продуктов вна- чале достигает нескольких миллиардов атмосфер. Сфера раскален- ных газов светящейся области, стремясь расшириться, сжимает прилегающие слои воздуха, создает резкий перепад давления на границе сжатого слоя и образует ударную волну, которая распро- 51 страняется от центра взрыва в различных направлениях. Так как плотность газов, составляющих огненный шар, намного ниже плотности окружающего воздуха, то шар быстро поднимается вверх. При этом образуется облако грибовидной формы, содержа- щее газы, пары воды, мелкие частицы грунта и огромное количе- ство радиоактивных продуктов взрыва. По достижении максималь- ной высоты облако под действием воздушных течений переносится на большие расстояния, рассеивается и радиоактивные продукты выпадают на поверхность земли, создавая радиоактивное зараже- ние местности и объектов.

В военных целях;

По мощности:

Сверхмалые (менее 1 тыс. т. тротила);

Малые (1 - 10 тыс. т.);

Средние (10-100 тыс. т);

Крупные (100 тыс. т. -1 Мт);

Сверхкрупные (свыше 1 Мт).

По виду взрыва:

Высотный (свыше 10 км);

Воздушный (световая облако не достигает поверхности Земли);

Наземный;

Надводный;

Подземный;

Подводный.

Поражающее факторы ядерного взрыва. Поражающими факторами ядерного взрыва являются:

Ударная волна (50 % энергии взрыва);

Световое излучение (35 % энергии взрыва);

Проникающая радиация (45 % энергии взрыва);

Радиоактивное заражение (10 % энергии взрыва);

Электромагнитный импульс (1% энергии взрыва);

Из курса физики известно, что нуклоны в ядре - протоны и нейтроны - удерживаются вместе сильным взаимодействием. Оно значительно превосходит силы кулоновского отталкивания, поэтому ядро в целом стабильно. В 20 веке великий ученый Альберт Эйнштейн обнаружил, что масса отдельно взятых нуклонов несколько больше, чем их же масса в связанном состоянии (когда они образуют ядро). Куда девается часть массы? Оказывается, она переходит в энергию связи нуклонов и благодаря ей могут существовать ядра, атомы и молекулы.

Большинство известных ядер стабильные, но встречаются и радиоактивные. Они непрерывно излучают энергию, так как подвержены радиоактивному распаду. Ядра таких химических элементов небезопасны для человека, но энергию, способную разрушить целые города, они не выделяют.

Колоссальная энергия появляется в результате цепной ядерной реакции. В качестве ядерного горючего в атомной бомбе используют изотоп урана-235, а также плутоний. При попадании в ядро одного нейтрона оно начинает делиться. Нейтрон, будучи частицей без электрического заряда, может легко проникнуть в структуру ядра, минуя действие сил электростатического взаимодействия. В результате оно начнет растягиваться. Сильное взаимодействие между нуклонами начнет ослабевать, кулоновские силы же останутся прежними. Ядро урана-235 разделится на два (реже три) осколка. Появятся два дополнительных нейтрона, которые затем могут вступить в подобную реакцию. Поэтому она называется цепной: то, что вызывает реакцию деления (нейтрон), является ее продуктом.

В результате ядерной реакции выделяется энергия, которая связывала нуклоны в материнском ядре урана-235 (энергия связи). Эта реакция лежит в основе работы ядерных реакторов и взрыве . Для ее осуществления необходимо выполнение одного условия: масса горючего должна быть подкритической. В момент соединения плутония с ураном-235 происходит взрыв.

Ядерный взрыв

После столкновения ядер плутония и урана образуется мощная ударная волна, поражающая все живое в радиусе около 1 км. Огненный шар, появившийся в месте взрыва, постепенно расширяется до 150 метров. Его температура опускается до 8 тысяч Кельвин, когда ударная волна отойдет достаточно далеко. Нагретый воздух переносит радиоактивную пыль на огромные расстояния. Ядерный взрыв сопровождается мощным электромагнитным излучением.

Является одним из самых удивительных, загадочных и страшных процессов. Принцип действия ядерного оружия основан на цепной реакции. Это такой процесс, сам ход которого инициирует его продолжение. Принцип действия водородной бомбы основывается на синтеза.

Атомная бомба

Ядра некоторых изотопов радиоактивных элементов (плутоний, калифорний, уран и других) способны распадаться, при этом захватывая нейтрон. После этого выделяется ещё два или три нейтрона. Разрушение ядра одного атома при идеальных условиях может привести к распаду ещё двух или трех, которые, в свою очередь, могут инициировать другие атомы. И так далее. Происходит лавинообразный процесс разрушения все большего числа ядер с высвобождением гигантского количества энергии разрыва атомных связей. При взрыве огромные энергии высвобождаются за сверхмалый промежуток времени. Происходит это в одной точке. Поэтому взрыв атомной бомбы является настолько мощным и разрушительным.

Чтобы инициировать начало цепной реакции, необходимо, чтобы количество радиоактивного вещества превысило критическую массу. Очевидно, что нужно взять несколько частей урана или плутония и соединить в одно целое. Однако чтобы вызвать взрыв атомной бомбы, этого недостаточно, потому что реакция прекратится раньше, чем выделится достаточное количество энергии, или процесс будет протекать медленно. Для того чтобы достичь успеха, необходимо не просто превысить критическую массу вещества, а сделать это в крайне малый промежуток времени. Лучше всего использовать несколько Этого достигают с помощью применения других Причем чередуют быструю и медленную взрывчатки.

Первое ядерное испытание было проведено в июле 1945 года в США недалеко от местечка Алмогордо. В августе того же года американцы применили это оружие против Хиросима и Нагасаки. Взрыв атомной бомбы в городе привел к ужасным разрушениям и гибели большей части населения. В СССР атомное оружие было создано и испытано в 1949 году.

Водородная бомба

Является оружием с очень большой разрушительной силой. Принцип её действия основывается на которая представляет собой синтез из более легких атомов водорода тяжелых ядер гелия. При этом происходит высвобождение очень большого количества энергии. Эта реакция аналогична процессам, которые протекают на Солнце и других звездах. легче всего проходит с использованием изотопов водорода (трития, дейтерия) и лития.

Испытание первого водородного боезаряда провели американцы в 1952 году. В современном понимании это устройство сложно назвать бомбой. Это было трехэтажное здание, заполненное жидким дейтерием. Первый взрыв водородной бомбы в СССР был произведен на полгода позже. Советский термоядерный боеприпас РДС-6 взорвали в августе 1953 года под Семипалатинском. Самую большую водородную бомбу мощностью 50 мегатонн (Царь-бомба) СССР испытал в 1961 году. Волна после взрыва боеприпаса обогнула планету три раза.

Ядерное оружие

Я́дерное ору́жие - совокупность ядерных боеприпасов, средств их доставки к цели и средств управления. Относится к оружию массового поражения (наряду с биологическим и химическим оружием). Ядерный боеприпас - взрывное устройство, использующее ядерную энергию - энергию, высвобождающуюся в результате лавинообразно протекающей цепной ядерной реакции деления тяжёлых ядер и/или термоядерной реакции синтеза лёгких ядер.

Действие ядерного оружия основано на использовании энергии взрыва ядерного взрывного устройства, высвобождающейся в результате неуправляемой лавинообразно протекающей цепной реакции деления тяжёлых ядер и/или реакции термоядерного синтеза.

Ядерные взрывы могут быть следующих видов:

· воздушный - в тропосфере

· высотный - в верхних слоях атмосферы и в ближнем околопланетном космосе

· космический - в дальнем околопланетном космосе и любой другой области космического пространства

· наземный взрыв - у самой земли

· подземный взрыв (под поверхностью земли)

· надводный (у самой поверхности воды)

· подводный (под водой)

Поражающие факторы ядерного взрыва:

· ударная волна

· световое излучение

· проникающая радиация

· радиоактивное заражение

· электромагнитный импульс (ЭМИ)

Соотношение мощности воздействия различных поражающих факторов зависит от конкретной физики ядерного взрыва. Например, для термоядерного взрыва характерны более сильные чем у т.н. атомного взрыва световое излучение, гамма-лучевой компонент проникающий радиации, но значительно более слабые корпускулярный компонент проникающей радиации и радиоактивное заражение местности.

Люди, непосредственно подвергшиеся воздействию поражающих факторов ядерного взрыва, кроме физических повреждений, которые зачастую являются фатальными для человека, испытывают мощное психологическое воздействие от ужасающего вида картины взрыва и разрушений. Электромагнитный импульс (ЭМИ) непосредственного влияния на живые организмы не оказывает, но может нарушить работу электронной аппаратуры (ламповая электроника и фотонная аппаратура сравнительно нечувствительны к воздействию ЭМИ).

Классификация ядерных боеприпасов

Все ядерные боеприпасы могут быть разделены на две основные категории:

· «атомные» - однофазные или одноступенчатые взрывные устройства, в которых основной выход энергии происходит от ядерной реакции деления тяжёлых ядер (урана-235 или плутония) с образованием более лёгких элементов

· термоядерные (также «водородные») - двухфазные или двухступенчатые взрывные устройства, в которых последовательно развиваются два физических процесса, локализованных в различных областях пространства: на первой стадии основным источником энергии является реакция деления тяжёлых ядер, а на второй реакции деления и термоядерного синтеза используются в различных пропорциях, в зависимости от типа и настройки боеприпаса

Мощность ядерного заряда измеряется в тротиловом эквиваленте - количестве тринитротолуола, которое нужно взорвать для получения той же энергии. Обычно его выражают в килотоннах (кт) и мегатоннах (Мт). Тротиловый эквивалент условен: во-первых, распределение энергии ядерного взрыва по различным поражающим факторам существенно зависит от типа боеприпаса, и, в любом случае, сильно отличается от химического взрыва. Во-вторых, просто невозможно добиться полного сгорания соответствующего количества химического взрывчатого вещества.

Принято делить ядерные боеприпасы по мощности на пять групп:

· сверхмалые (менее 1 кт)

· малые (1 - 10 кт)

· средние (10 - 100 кт)

· крупные (большой мощности) (100 кт - 1 Мт)

· сверхкрупные (сверхбольшой мощности) (свыше 1 Мт)

Варианты детонации ядерных боеприпасов

Пушечная схема

«Пушечная схема» использовалась в некоторых моделях ядерного оружия первого поколения. Суть пушечной схемы заключается в выстреливании зарядом пороха одного блока делящегося материала докритической массы («пуля») в другой - неподвижный («мишень»).

Классическим примером пушечной схемы является бомба «Малыш» («Little Boy»), сброшенная на Хиросиму 6 августа 1945 г.

Имплозивная схема

Имплозивная схема детонации использует обжатие делящегося материала сфокусированной ударной волной, создаваемой взрывом химической взрывчатки. Для фокусировки ударной волны используются так называемые взрывные линзы, и подрыв производится одновременно во многих точках с высокой точностью. Формирование сходящейся ударной волны обеспечивалось использованием взрывных линз из «быстрой» и «медленной» взрывчаток - ТАТВ (триаминотринитробензол) и баратола (смесь тринитротолуола с нитратом бария), и некоторыми добавками (см. анимацию). Создание подобной системы расположения взрывчатки и подрыва являлось в своё время одной из наиболее сложных и трудоёмких задач. Для её решения потребовалась выполнить гигантский объём сложных вычислений по гидро- и газодинамике.

Вторая из применённых атомных авиабомб - «Толстяк» («Fat Man»), - сброшенная на Нагасаки 9 августа 1945 года, была исполнена по такой же схеме.