Arme nucleare. Explozie nucleară: descriere, clasificare O explozie nucleară are
Armele nucleare au o putere enormă. în fisiunea uraniului
masa de ordinul unui kilogram eliberează aceeași cantitate de energie ca
în explozia de TNT cântărind aproximativ 20 de mii de tone. Reacțiile de fuziune termonucleară consumă și mai multă energie. Puterea de explozie a armelor nucleare este de obicei măsurată în unități de echivalent TNT. Echivalentul TNT este masa de trinitrotoluen care ar oferi o explozie echivalentă în putere cu explozia unei anumite arme nucleare. De obicei, se măsoară în kilotone (kT) sau megatone (MgT).
În funcție de putere, armele nucleare sunt împărțite în calibre:
Ultra mic (mai puțin de 1 kT)
Mic (de la 1 la 10 kT)
Mediu (de la 10 la 100 kT)
Mare (de la 100 kT la 1 MgT)
Extra mare (peste 1 MgT)
Încărcăturile termonucleare sunt echipate cu muniție pentru super-mari, mari
și calibre medii; nuclear-ultra-mic, calibru mic și mediu,
neutroni-ultra-mice și calibre mici.
1.5 Tipuri de explozii nucleare
În funcție de sarcinile rezolvate de arme nucleare, de tip și locație
obiectele asupra cărora sunt planificate lovituri nucleare, precum și natura
ostilitățile viitoare, exploziile nucleare pot fi efectuate în
aer, la suprafața pământului (apa) și subteran (apa). In conformitate
Prin aceasta, se disting următoarele tipuri de explozii nucleare:
Aer (înalt și scăzut)
Suprafata solului)
Subteran (sub apă)
1.6 Factorii nocivi ai unei explozii nucleare.
O explozie nucleară este capabilă să distrugă sau să invalideze instantaneu
oameni neprotejați, echipamente deschise în picioare, structuri și diverse
resurse materiale. Principalii factori dăunători ai unei explozii nucleare sunt:
unda de soc
emisie de lumină
radiatii penetrante
Contaminarea radioactivă a zonei
impuls electromagnetic
Luați în considerare:
a) Unda de șoc este, în majoritatea cazurilor, principala pagubă
factor într-o explozie nucleară. Este similar în natură cu o undă de șoc.
explozie convențională, dar durează mai mult și are
forță mult mai distructivă. Unda de șoc a unei explozii nucleare
poate provoca daune la o distanță considerabilă de centrul exploziei
oameni, distrug structuri și deteriora echipamentele militare.
Unda de șoc este o zonă de comprimare puternică a aerului,
propagandu-se cu viteza mare in toate directiile din centrul exploziei.
Viteza sa de propagare depinde de presiunea aerului din față
undă de șoc; aproape de centrul exploziei, este de câteva ori mai mare decât
viteza sunetului, dar scade brusc odată cu creșterea distanței de la locul exploziei.
În primele 2 secunde, unda de șoc parcurge aproximativ 1000 m, în 5 secunde - 2000 m,
timp de 8 secunde - aproximativ 3000 m. Aceasta servește drept justificare pentru standardul N5 ZOMP
„Acțiuni în izbucnirea unei explozii nucleare”: excelent - 2 sec, bun - 3 sec,
Satisfăcător - 4 sec.
Efectul dăunător al undei de șoc asupra oamenilor și efectul distructiv asupra
echipamente militare, structuri și materiale inginerești
totul determinat de presiunea în exces și viteza aerului în
fata ei. Suprapresiunea este diferența dintre presiunea maximă din fața undei de șoc și presiunea atmosferică normală din fața acesteia. Se măsoară în newtoni pe metru pătrat (N/m2). Această unitate de presiune se numește pascal (Pa). 1 N / m 2 \u003d 1 Pa (1 kPa 0,01 kgf / cm 2).
Cu o presiune în exces de 20-40 kPa, persoanele neprotejate pot suferi răni ușoare (vânătăi ușoare și contuzii). Impactul unei unde de șoc cu o suprapresiune de 40-60 kPa duce la leziuni moderate: pierderea conștienței, afectarea organelor auditive, luxarea severă a membrelor, sângerare din nas și urechi. Leziunile grave apar la o presiune în exces de peste 60 kPa și se caracterizează prin contuzii severe ale întregului corp, fracturi ale membrelor și leziuni ale organelor interne. Leziuni extrem de severe, adesea fatale, se observă la suprapresiune peste 100 kPa.
În plus, persoanele neprotejate pot fi lovite de zbor
cu mare viteză cu fragmente de sticlă și fragmente de clădiri distrugabile,
căderea copacilor, precum și părți împrăștiate ale echipamentului militar,
bulgări de pământ, pietre și alte obiecte puse în mișcare
viteza undei de șoc. Cele mai mari pagube indirecte se vor observa în aşezări şi în pădure; în aceste cazuri, pierderea de trupe poate fi mai mare decât din acţiunea directă a undei de şoc.
Unda de șoc este capabilă să provoace daune în spații închise,
pătrunzând prin crăpături și găuri.
Cu o creștere a calibrului unei arme nucleare, razele de distrugere printr-o undă de șoc
crește proporțional cu rădăcina cubă a puterii exploziei. Într-o explozie subterană, o undă de șoc are loc în pământ, iar într-o explozie subacvatică, în apă.
În plus, cu aceste tipuri de explozii, o parte din energie este cheltuită pentru a crea
undă de șoc și în aer. Unda de șoc care se propagă în pământ
provoacă daune structurilor subterane, canalizării, alimentării cu apă;
când se răspândește în apă, se observă deteriorarea părții subacvatice
nave situate chiar şi la o distanţă considerabilă de locul exploziei.
b) Radiația luminoasă a unei explozii nucleare este un curent
energie radiantă, inclusiv ultraviolete, vizibile și infraroșii
radiatii. Sursa de radiație luminoasă este o zonă luminoasă,
constând din produse fierbinți ale exploziei și aer cald. Luminozitate
emisia de lumină în prima secundă este de câteva ori mai mare decât luminozitatea
Energia luminoasă absorbită este transformată în energie termică
conduce la încălzirea stratului superficial al materialului. Încălzirea poate fi
suficient de puternic pentru a carboniza sau a aprinde combustibilul
material și fisurarea sau topirea materialelor incombustibile, ceea ce poate duce la
la incendii uriaşe. În acest caz, acțiunea radiației luminoase dintr-o explozie nucleară
echivalent cu utilizarea masivă a armelor incendiare, care
discutat în a patra întrebare de studiu.
Pielea umană absoarbe și energia radiațiilor luminoase, pt
datorită căruia se poate încălzi până la o temperatură ridicată și se poate arde. LA
în primul rând, arsurile apar pe zonele deschise ale corpului îndreptate
partea exploziei. Dacă te uiți în direcția exploziei cu ochii neprotejați, atunci
posibile leziuni ale ochilor, ducând la pierderea completă a vederii.
Arsurile cauzate de radiațiile luminoase nu diferă de cele obișnuite,
cauzate de incendiu sau de apă clocotită. Ele sunt mai puternice cu cât distanța este mai mică
explozie și cu cât puterea muniției este mai mare. Cu o explozie de aer, efectul dăunător al radiației luminoase este mai mare decât cu o explozie a solului de aceeași putere.
În funcție de impulsul de lumină perceput, arsurile sunt împărțite în trei
grad. Arsurile de gradul I se manifestă în leziuni superficiale ale pielii: roșeață, umflături, dureri. Arsurile de gradul doi provoacă formarea de vezicule pe piele. Arsurile de gradul trei provoacă necroză și ulcerații ale pielii.
La o explozie aeriană a unei muniții cu o putere de 20 kT și o transparență atmosferică de aproximativ 25 km, se vor observa arsuri de gradul I pe o rază de 4,2.
km de centrul exploziei; în explozia unei sarcini cu o putere de 1 MgT, această distanță
va crește la 22,4 km. Arsurile de gradul doi apar la distanțe
2,9 și 14,4 km și arsuri de gradul trei - la distanțe de 2,4 și 12,8 km
respectiv pentru muniţie cu o capacitate de 20 kT şi 1MgT.
c) Radiația care pătrunde este un flux invizibil de raze gamma
cuante și neutroni emiși din zona unei explozii nucleare. Gamma quanta
iar neutronii se propagă în toate direcțiile din centrul exploziei timp de sute
metri. Odată cu creșterea distanței de la explozie, numărul de cuante gama și
neutronii care trec printr-o unitate de suprafață scade. La
explozii nucleare subterane și subacvatice efectul radiațiilor penetrante
se întinde pe distanţe mult mai scurte decât cu cele terestre şi
explozii de aer, care se explică prin absorbția fluxului de neutroni și gamma
apă cuantică.
Zonele afectate de radiații penetrante în timpul exploziilor de arme nucleare
puterea medie și mare sunt oarecum mai mici decât zonele afectate de unda de șoc și radiația luminoasă. Pentru muniția cu un echivalent TNT mic (1000 de tone sau mai puțin), dimpotrivă, zonele de efecte dăunătoare ale radiației penetrante depășesc zonele de deteriorare prin undele de șoc și radiațiile luminoase.
Efectul dăunător al radiației penetrante este determinat de capacitatea
razele gamma și neutronii ionizează atomii mediului în care se propagă. Trecând prin țesutul viu, quanta gamma și neutronii ionizează atomii și moleculele care alcătuiesc celulele, ceea ce duce la
încălcarea funcțiilor vitale ale organelor și sistemelor individuale. Sub influenta
ionizare în organism, au loc procese biologice de moarte și descompunere a celulelor. Drept urmare, persoanele afectate dezvoltă o boală specifică numită boala radiațiilor.
d) Principalele surse de contaminare radioactivă sunt produsele de fisiune ai unei sarcini nucleare și izotopii radioactivi formați ca urmare a impactului neutronilor asupra materialelor din care este fabricată o armă nucleară și asupra unor elemente care alcătuiesc solul în explozie. zonă.
Într-o explozie nucleară la sol, zona luminoasă atinge pământul. În interiorul ei sunt atrase mase de sol care se evaporă, care se ridică. La răcire, vaporii produselor de fisiune ai solului se condensează pe particule solide. Se formează un nor radioactiv. Se ridică la o înălțime de mulți kilometri, apoi se mișcă cu vântul cu o viteză de 25-100 km/h. Particulele radioactive, care cad din nor pe sol, formează o zonă de contaminare radioactivă (urme), a cărei lungime poate ajunge la câteva sute de kilometri.
Contaminarea radioactivă a oamenilor, echipamentelor militare, terenului și diverselor
obiectele dintr-o explozie nucleară este cauzată de fragmente de fisiune de materie
sarcină și partea nereacționată a încărcăturii care cade din norul de explozie,
precum si radioactivitatea indusa.
În timp, activitatea fragmentelor de fisiune scade rapid,
mai ales în primele ore după explozie. De exemplu, activitatea generală
fragmente de fisiune în timpul exploziei unei arme nucleare cu o putere de 20 kT prin
o zi va fi de câteva mii de ori mai puțin de un minut după
În timpul exploziei unei arme nucleare, o parte din substanța încărcăturii nu este expusă
diviziune, dar cade în forma sa obișnuită; degradarea sa este însoțită de formarea de particule alfa. Radioactivitatea indusă se datorează izotopilor radioactivi formați în sol ca urmare a iradierii acestuia cu neutroni emiși în momentul exploziei de către nucleele atomilor elementelor chimice care alcătuiesc solul. Izotopii rezultați sunt de obicei
beta-activ, dezintegrarea multora dintre ele este însoțită de radiații gamma.
Timpurile de înjumătățire ale majorității izotopilor radioactivi rezultați sunt relativ scurte, de la un minut la o oră. În acest sens, activitatea indusă poate fi periculoasă doar în primele ore după explozie și doar în zona apropiată de epicentrul acesteia.
Cea mai mare parte a izotopilor cu viață lungă este concentrată în radioactiv
norul care se formează după explozie. Înălțimea norilor pentru
muniția cu o capacitate de 10 kT este de 6 km, pentru muniția cu o capacitate de 10 MgT
este de 25 km. Pe măsură ce norii avansează, ei cad primii din ea
se formează particulele cele mai mari, apoi din ce în ce mai mici
calea de mișcare a zonei de contaminare radioactivă, așa-numita urmă a norului.
Mărimea urmei depinde în principal de puterea armei nucleare,
precum şi asupra vitezei vântului şi poate ajunge la câteva sute în lungime şi
lățime de câteva zeci de kilometri.
Leziunile datorate expunerii interne apar ca urmare a
substanţele radioactive care pătrund în organism prin sistemul respirator şi
tract gastrointestinal. În acest caz, intră emisiile radioactive
în contact direct cu organele interne şi poate provoca
boală severă de radiații; natura bolii va depinde de cantitatea de substanțe radioactive care au pătruns în organism.
Pentru armament, echipamente militare și structuri inginerești, radioactive
substanțele nu sunt dăunătoare.
e) Un impuls electromagnetic este un câmp electromagnetic de scurtă durată care apare în timpul exploziei unei arme nucleare ca urmare a interacțiunii razelor gamma și neutronilor emise după o explozie nucleară cu atomii mediului. Consecința impactului său este arderea sau defecțiunile elementelor individuale ale echipamentelor radio-electronice și electrice.
Înfrângerea oamenilor este posibilă numai în acele cazuri în care aceștia vin în contact cu linii de sârmă extinse în momentul exploziei.
Cele mai fiabile mijloace de protecție împotriva tuturor factorilor dăunători ai unei explozii nucleare sunt structurile de protecție. Pe teren, trebuie să vă adăpostiți în spatele obiectelor locale puternice, în pante inversate de înălțime, în faldurile terenului.
Atunci când se operează în zone contaminate, se folosesc echipamente de protecție respiratorie (măști de gaz, aparate respiratorii, măști anti-praf din țesătură și bandaje din tifon de bumbac), precum și echipamente de protecție a pielii, pentru a proteja organele respiratorii, ochii și zonele deschise ale corpului de substante radioactive.
Caracteristicile efectului dăunător al munițiilor cu neutroni.
Munițiile cu neutroni sunt un tip de muniție nucleară. Ele se bazează pe sarcini termonucleare, care utilizează reacții de fisiune și fuziune nucleară. Explozia unei astfel de muniții are un efect dăunător în primul rând asupra oamenilor datorită fluxului puternic de radiații penetrante, în care o parte semnificativă (până la 40%) cade pe așa-numiții neutroni rapizi.
În timpul exploziei unei muniții cu neutroni, zona zonei afectate de radiația penetrantă depășește de câteva ori zona zonei afectate de unda de șoc. În această zonă, echipamentele și structurile pot rămâne nevătămate, iar oamenii primesc răni mortale.
Pentru protecția împotriva munițiilor cu neutroni se folosesc aceleași mijloace și metode ca și pentru protecția împotriva munițiilor nucleare convenționale. În plus, atunci când se construiesc adăposturi și adăposturi, se recomandă compactarea și umezirea solului așezat deasupra acestora, creșterea grosimii tavanelor și asigurarea unei protecție suplimentară pentru intrări și ieșiri. Proprietățile de protecție ale echipamentelor sunt îmbunătățite prin utilizarea protecției combinate, constând din substanțe care conțin hidrogen (de exemplu, polietilenă) și materiale de înaltă densitate (plumb).
Radioactivitate. Legea dezintegrarii radioactive. Impactul radiațiilor ionizante asupra obiectelor biologice. Unitate de măsură pentru radioactivitate.
Radioactivitatea este capacitatea atomilor anumitor izotopi de a se descompune spontan prin emiterea de radiații. Pentru prima dată, o astfel de radiație emisă de uraniu a fost descoperită de Becquerel, prin urmare, la început, radiațiile radioactive au fost numite raze Becquerel. Principalul tip de dezintegrare radioactivă este ejecția particulelor alfa din nucleul unui atom - dezintegrare alfa (vezi radiația alfa) sau particulele beta - dezintegrarea beta (vezi radiația beta).
Cea mai importantă caracteristică a radioactivității este legea dezintegrarii radioactive, care arată cum (în medie) numărul N de nuclee radioactive dintr-o probă se modifică cu timpul t
N(t) \u003d N 0 e -λt,
unde N 0 este numărul de nuclee inițiale în momentul inițial (momentul formării lor sau începutul observării), iar λ este constanta de dezintegrare (probabilitatea dezintegrarii unui nucleu radioactiv pe unitatea de timp). Această constantă poate fi utilizată pentru a exprima durata medie de viață a unui nucleu radioactiv τ = 1/λ, precum și timpul de înjumătățire T 1/2 = ln2/τ. Timpul de înjumătățire caracterizează în mod clar rata de dezintegrare, arătând cât timp este nevoie pentru ca numărul de nuclee radioactive din probă să fie redus la jumătate.
Unități.
| UNITATE DE RADIOACTIVITATE | ||
| Becquerel (Bq, Vq); Curie (Ki, Si) | 1 Bq = 1 dezintegrare pe secundă. 1 Ki \u003d 3,7 x 10 10 Bq | Unități de activitate a radionuclizilor. Reprezintă numărul de dezintegrari pe unitatea de timp. |
| Gri (Gr, Gu); bucuros (rad, rad) | 1 Gy = 1 J/kg 1 rad = 0,01 Gy | unități de doză absorbită. Ele reprezintă cantitatea de energie de radiații ionizante absorbită de o unitate de masă a unui corp fizic, de exemplu, țesuturile corpului. |
| Sievert (Sv, Sv) Rem (ber, rem) - „echivalent biologic cu raze X” | 1 Sv = 1Gy = 1J/kg (pentru beta și gamma) 1 µSv = 1/1000000 Sv 1 ber = 0,01 Sv = 10mSv | Unități de doză echivalentă. Sunt o unitate de doză absorbită înmulțită cu un factor care ține cont de pericolul inegal al diferitelor tipuri de radiații ionizante. |
| Gri pe oră (Gy/h); Sievert pe oră (Sv/h); Roentgen pe oră (R/h) | 1 Gy/h = 1 Sv/h = 100 R/h (pentru beta și gamma) 1 µ Sv/h = 1 µGy/h = 100 µR/h 1 µR/h = 1/1000000 R/h | Unități de rată de doză. Reprezintă doza primită de organism pe unitatea de timp. |
Impactul radiațiilor ionizante asupra obiectelor biologice.
Ca urmare a impactului radiațiilor ionizante asupra corpului uman, în țesuturi pot apărea procese fizice, chimice și biochimice complexe.
Când substanțele radioactive pătrund în organism, efectul dăunător este produs în principal de sursele alfa, iar apoi de sursele beta, adică. în ordinea inversă a iradierii externe. Particulele alfa, care au o densitate scăzută de ionizare, distrug membrana mucoasă, care este o protecție slabă a organelor interne în comparație cu pielea exterioară.
Există trei moduri prin care substanțele radioactive pătrund în organism: prin inhalarea aerului contaminat cu substanțe radioactive, prin alimente sau apă contaminate, prin piele și prin infectarea rănilor deschise. Prima modalitate este cea mai periculoasă, deoarece, în primul rând, volumul ventilației pulmonare este foarte mare, iar în al doilea rând, valorile coeficientului de asimilare în plămâni sunt mai mari.
Particulele de praf, pe care sunt absorbiți izotopii radioactivi, se depun parțial în cavitatea bucală și nazofaringe atunci când aerul este inhalat prin tractul respirator superior. De aici, praful intră în tubul digestiv. Restul particulelor intră în plămâni. Gradul de retenție a aerosolilor în plămâni depinde de dispersia acestora. Aproximativ 20% din toate particulele sunt reținute în plămâni; pe măsură ce dimensiunea aerosolilor scade, întârzierea crește la 70%.
Atunci când substanțele radioactive sunt absorbite din tractul gastro-intestinal, este important coeficientul de resorbție, care caracterizează proporția de substanță care intră în sânge din tractul gastro-intestinal. În funcție de natura izotopului, coeficientul variază într-o gamă largă: de la sutimi de procente (pentru zirconiu, niobiu) până la câteva zeci de procente (hidrogen, elemente alcalino-pământoase). Resorbția prin pielea intactă este de 200-300 de ori mai mică decât prin tractul gastrointestinal și, de regulă, nu joacă un rol semnificativ.
Când substanțele radioactive pătrund în orice fel în organism, acestea se găsesc în sânge în câteva minute. Dacă aportul de substanțe radioactive a fost unul singur, atunci concentrația lor în sânge crește mai întâi la maxim, apoi scade în 15-20 de zile.
Concentrațiile sanguine ale izotopilor cu viață lungă pot fi ulterior menținute aproape la același nivel pentru o perioadă lungă de timp datorită spălării inverse a substanțelor depuse. Efectul radiațiilor ionizante asupra unei celule este rezultatul unor transformări complexe interdependente și interdependente. Potrivit lui A.M. Kuzin, daunele radiațiilor asupra celulelor au loc în trei etape. În prima etapă, radiațiile afectează formațiuni macromoleculare complexe, ionizându-le și excitându-le. Acesta este stadiul fizic al expunerii la radiații. A doua etapă este transformările chimice. Ele corespund proceselor de interacțiune a radicalilor proteinelor, acizilor nucleici și lipidelor cu apa, oxigenul, radicalii de apă și formarea peroxizilor organici. Radicalii care apar în straturile de molecule proteice ordonate interacționează cu formarea de „legături încrucișate”, în urma cărora structura biomembranelor este perturbată. Din cauza deteriorării membranelor lizozomale, are loc o creștere a activității și eliberarea de enzime care, prin difuzie, ajung la orice organel celular și pătrund cu ușurință în acesta, determinând liza acestuia.
Efectul final al iradierii este rezultatul nu numai al deteriorării primare a celulelor, ci și al proceselor de reparare ulterioare. Se presupune că o parte semnificativă a daunelor primare în celulă are loc sub formă de așa-numite daune potențiale, care pot fi realizate în absența proceselor de recuperare. Implementarea acestor procese este facilitată de procesele de biosinteză a proteinelor și acizilor nucleici. Până când se realizează daune potențiale, celula se poate „repara” în ele. Se crede că aceasta este legată de reacțiile enzimatice și este condusă de metabolismul energetic. Se crede că acest fenomen se bazează pe activitatea sistemelor care, în condiții normale, reglează intensitatea procesului natural de mutație.
Efectul mutagen al radiațiilor ionizante a fost stabilit pentru prima dată de oamenii de știință ruși R.A. Nadson și R.S. Filippov în 1925 în experimente pe drojdie. În 1927, această descoperire a fost confirmată de R. Meller asupra unui obiect genetic clasic - Drosophila.
Radiațiile ionizante sunt capabile să provoace tot felul de modificări ereditare. Spectrul mutațiilor induse de iradiere nu diferă de spectrul mutațiilor spontane.
Studii recente ale Institutului de Neurochirurgie din Kiev au arătat că radiația, chiar și în cantități mici, în doze de zeci de rem, are cel mai puternic efect asupra celulelor nervoase - neuronii. Dar neuronii nu mor din cauza expunerii directe la radiații. După cum sa dovedit, ca urmare a expunerii la radiații, majoritatea lichidatorilor CNE de la Cernobîl au observat „encefalopatie post-radiație”. Tulburările generale din organism sub influența radiațiilor duc la o modificare a metabolismului, care implică modificări patologice ale creierului.
2. Principii pentru proiectarea armelor nucleare. Principalele oportunități pentru dezvoltarea și îmbunătățirea în continuare a armelor nucleare.
Munițiile nucleare sunt numite focoase de rachete echipate cu încărcături nucleare (termonucleare), bombe aeriene, obuze de artilerie, torpile și mine ghidate de inginerie (mine terestre nucleare).
Principalele elemente ale armelor nucleare sunt: o încărcătură nucleară, senzori de detonare, un sistem de automatizare, o sursă de energie electrică și un corp.
Carcasa servește la aranjarea tuturor elementelor muniției, la protejarea lor de daune mecanice și termice, pentru a conferi muniției forma balistică necesară și, de asemenea, pentru a crește factorul de utilizare a combustibilului nuclear.
Senzorii de detonare (dispozitive explozive) sunt proiectați să dea un semnal de activare a unei sarcini nucleare. Pot fi tipuri de contact și de la distanță (fără contact).
Senzorii de contact sunt declanșați în momentul în care muniția întâlnește un obstacol, iar senzorii de la distanță sunt declanșați la o înălțime (adâncime) dată de la suprafața pământului (apa).
Senzorii de la distanță, în funcție de tipul și scopul unei arme nucleare, pot fi temporari, inerțiali, barometrici, radar, hidrostatici etc.
Sistemul de automatizare include un sistem de siguranță, o unitate de automatizare și un sistem de detonare de urgență.
Sistemul de siguranță elimină posibilitatea unei explozii accidentale a unei încărcături nucleare în timpul întreținerii de rutină, depozitării muniției și în timpul zborului acesteia pe o traiectorie.
Unitatea de automatizare este declanșată de semnale de la senzorii de detonare și este proiectată să genereze un impuls electric de înaltă tensiune pentru a acționa o sarcină nucleară.
Sistemul de detonare de urgență servește la autodistrugerea muniției fără explozie nucleară în cazul în care aceasta se abate de la o anumită traiectorie.
Sursa de alimentare a întregului sistem electric al muniției sunt bateriile de diferite tipuri, care au o acțiune unică și sunt aduse în stare de funcționare imediat înainte de utilizarea sa în luptă.
O sarcină nucleară este un dispozitiv pentru implementarea unei explozii nucleare Mai jos, vom lua în considerare tipurile existente de încărcături nucleare și structura lor fundamentală.
Sarcini nucleare
Dispozitivele concepute pentru a desfășura procesul exploziv de eliberare a energiei intranucleare se numesc încărcături nucleare.
Există două tipuri principale de arme nucleare:
1 - sarcini, a căror energie de explozie se datorează unei reacții în lanț a substanțelor fisionabile transferate în stare supercritică - sarcini atomice;
2 - sarcini, a căror energie de explozie se datorează reacției de fuziune termonucleară a nucleelor, - sarcini termonucleare.
Sarcini atomice. Elementul principal al sarcinilor atomice este materialul fisionabil (exploziv nuclear).
Înainte de explozie, masa explozibililor nucleari se află într-o stare subcritică. Pentru a efectua o explozie nucleară, aceasta este transferată într-o stare supercritică. Pentru a asigura formarea unei mase supercritice sunt folosite două tipuri de dispozitive: tun și imploziv.
În încărcăturile de tip tun, explozivul nuclear este format din două sau mai multe părți, a căror masă este individual mai mică decât cea critică, ceea ce asigură excluderea declanșării spontane a unei reacții nucleare în lanț. Când are loc o explozie nucleară, părțile individuale ale unității explozive nucleare sub acțiunea energiei exploziei unui material exploziv convențional sunt combinate într-un singur întreg, iar masa totală a materialului exploziv nuclear devine mai critică, ceea ce creează condiții. pentru o reacție explozivă în lanț.
Transferul încărcăturii în starea supercritică se realizează prin acțiunea unei sarcini pulbere. Probabilitatea de a obține puterea de explozie calculată în astfel de sarcini depinde de viteza de apropiere a părților explozivului nuclear.Dacă viteza de apropiere este insuficientă, coeficientul de criticitate poate deveni ceva mai mare decât unitatea chiar înainte de momentul contactului direct al părțile explozivului nuclear. În acest caz, reacția poate începe de la un centru inițial de fisiune sub influența, de exemplu, a unui neutron de fisiune spontană, rezultând o explozie inferioară cu un factor mic de utilizare a combustibilului nuclear.
Avantajul încărcărilor nucleare de tip tun este simplitatea designului, dimensiunile și greutatea reduse, rezistența mecanică ridicată, ceea ce face posibilă crearea de muniții nucleare de dimensiuni mici (obuze de artilerie, mine nucleare etc.) pe baza acestora.
În încărcăturile de tip implozie, pentru a crea o masă supercritică, se utilizează efectul imploziei - comprimarea totală a unui exploziv nuclear de către forța de explozie a unui exploziv convențional, ceea ce duce la o creștere bruscă a densității sale.
Efectul imploziei creează o concentrație uriașă de energie în zona NHE și face posibilă atingerea unei presiuni care depășește milioane de atmosfere, ceea ce duce la o creștere a densității NHE cu un factor de 2-3 și o scădere a masei critice. cu un factor de 4–9.
Pentru o imitație garantată a unei reacții în lanț de fisiune și a accelerației acesteia, trebuie aplicat un impuls puternic de neutroni de la o sursă de neutroni artificială în momentul celei mai mari implozii.
Avantajul sarcinilor atomice de tip implozie este o rată mai mare de utilizare a explozivilor nucleari, precum și capacitatea de a schimba puterea unei explozii nucleare în anumite limite folosind un comutator special.
Dezavantajele sarcinilor atomice includ masa și dimensiunile mari, rezistența mecanică scăzută și sensibilitatea la condițiile de temperatură.
Sarcini termonucleare La încărcăturile de acest tip, condițiile pentru reacția de fuziune sunt create prin detonarea unei sarcini atomice (detonator) din uraniu-235, plutoniu-239 sau californiu-251.Sarcăturile termonucleare pot fi neutrone și combinate.
În încărcăturile de neutroni termonucleari, deuteriul și tritiul în formă pură sau sub formă de hidruri metalice sunt folosite drept combustibil termonuclear „Fitibilitatea” reacției este plutoniul-239 sau californiul-251 foarte îmbogățit, care au o masă critică relativ mică. Acest lucru vă permite să creșteți coeficientul muniției termonucleare.
Încărcăturile combinate termonucleare folosesc deuterură de litiu (LiD) ca combustibil termonuclear. Pentru „fuzibilul” reacției de fuziune este reacția de fisiune a uraniului-235. Pentru a obține neutroni de înaltă energie pentru reacția (1.18), deja la începutul procesului nuclear, în încărcătura nucleară este plasată o fiolă cu tritiu (1H3) Neutronii de fisiune sunt necesari pentru a obține tritiu din litiu în perioada inițială a reacției.neutroni eliberați în timpul reacțiilor de fuziune a deuteriului și tritiului, precum și fisiunea uraniului-238 (cel mai comun și mai ieftin uraniu natural), care înconjoară în mod special zona de reacție sub formă de înveliș. prezența unui astfel de înveliș permite nu numai efectuarea unei reacții termonucleare asemănătoare avalanșei, ci și obținerea unei explozii de energie suplimentară, deoarece la o densitate mare de flux de neutroni cu o energie mai mare de 10 MeV, reacția de fisiune a uraniului-238. nucleele se desfășoară destul de eficient.În același timp, cantitatea de energie eliberată devine foarte mare, iar în muniția de calibre mari și extra-mari poate fi până la 80% din energia totală a unei muniții termonucleare combinate. A.
Clasificarea armelor nucleare
Munițiile nucleare sunt clasificate după puterea energiei eliberate a încărcăturii nucleare, precum și după tipul de reacție nucleară folosită în ele. Pentru a caracteriza puterea muniției, se folosește conceptul de „echivalent TNT” - acesta este așa o masă de TNT, a cărei energie de explozie este roiul de energie eliberat în timpul unei explozii aeriene a unui focos nuclear (încărcare) Echivalentul TNT este notat cu litera § și se măsoară în tone (t), mii de tone (kg) , milioane de tone (Mt)
În ceea ce privește puterea, armele nucleare sunt împărțite în mod convențional în cinci calibre.
calibrul armelor nucleare
Echivalent TNT mii de tone
Ultra mic Până la 1
În medie 10-100
Mare 100-1000
Extra mare Peste 1000
Clasificarea exploziilor nucleare după tip și putere. Factorii dăunători ai unei explozii nucleare.
În funcție de sarcinile rezolvate cu utilizarea armelor nucleare, exploziile nucleare pot fi efectuate în aer, la suprafața pământului și a apei, în subteran și în apă. În conformitate cu aceasta, se disting exploziile în aer, la sol (de suprafață) și subterane (subacvatice) (Figura 3.1).
O explozie nucleară aeriană este o explozie produsă la o înălțime de până la 10 km, atunci când zona luminoasă nu atinge solul (apa). Exploziile de aer sunt împărțite în joase și înalte. Contaminarea radioactivă puternică a zonei se formează doar în apropierea epicentrelor exploziilor de aer scăzut. Contaminarea zonei de-a lungul urmei norului nu are un impact semnificativ asupra acțiunilor personalului. Unda de șoc, radiația luminoasă, radiația penetrantă și EMP se manifestă cel mai pe deplin într-o explozie nucleară aeriană.
Explozia nucleară la sol (la suprafață) este o explozie produsă pe suprafața pământului (apa), în care zona luminoasă atinge suprafața pământului (apa), iar coloana de praf (apă) din momentul formării este conectată la norul de explozie. 50 O trăsătură caracteristică a unei explozii nucleare la sol (de suprafață) este o contaminare radioactivă puternică a terenului (apa), atât în zona exploziei, cât și în direcția norului de explozie. Factorii dăunători ai acestei explozii sunt unda de șoc, radiația luminoasă, radiația penetrantă, contaminarea radioactivă a zonei și EMP.
O explozie nucleară subterană (subacvatică) este o explozie produsă subteran (sub apă) și se caracterizează prin eliberarea unei cantități mari de sol (apă) amestecată cu produse explozive nucleare (fragmente de fisiune de uraniu-235 sau plutoniu-239). Efectul dăunător și distructiv al unei explozii nucleare subterane este determinat în principal de undele seismico-explozive (principalul factor dăunător), formarea unei pâlnii în pământ și contaminarea radioactivă puternică a zonei. Emisia de lumină și radiația penetrantă sunt absente. Caracteristica unei explozii subacvatice este formarea unui sultan (coloana de apă), unda de bază formată în timpul prăbușirii sultanului (coloana de apă).
O explozie nucleară aeriană începe cu un scurt fulger orbitor, a cărui lumină poate fi observată la o distanță de câteva zeci și sute de kilometri. În urma blițului, apare o zonă luminoasă sub forma unei sfere sau emisfere (cu o explozie la sol), care este o sursă de radiații luminoase puternice. În același timp, un flux puternic de radiații gamma și neutroni se propagă din zona de explozie în mediu, care se formează în timpul unei reacții nucleare în lanț și în timpul dezintegrarii fragmentelor radioactive ale fisiunii de sarcină nucleară. Razele gamma și neutronii emiși în timpul unei explozii nucleare se numesc radiații penetrante. Sub acțiunea radiațiilor gamma instantanee, atomii mediului sunt ionizați, ceea ce duce la apariția câmpurilor electrice și magnetice. Aceste câmpuri, datorită duratei lor scurte de acțiune, sunt denumite în mod obișnuit pulsul electromagnetic al unei explozii nucleare.
În centrul unei explozii nucleare, temperatura crește instantaneu la câteva milioane de grade, drept urmare substanța încărcăturii se transformă într-o plasmă la temperatură înaltă care emite raze X. Presiunea produselor gazoase atinge inițial câteva miliarde de atmosfere. Sfera gazelor incandescente din regiunea strălucitoare, care caută să se extindă, comprimă straturile adiacente de aer, creează o cădere bruscă de presiune la limita stratului comprimat și formează o undă de șoc care se propagă din centrul exploziei în diferite direcții. . Deoarece densitatea gazelor care alcătuiesc mingea de foc este mult mai mică decât densitatea aerului din jur, mingea se ridică rapid. În acest caz, se formează un nor în formă de ciupercă, care conține gaze, vapori de apă, particule mici de sol și o cantitate imensă de produși radioactivi ai exploziei. La atingerea înălțimii maxime, norul este transportat pe distanțe mari sub acțiunea curenților de aer, se disipează, iar produse radioactive cad pe suprafața pământului, creând o contaminare radioactivă a zonei și a obiectelor.
În scopuri militare;
Prin putere:
Ultra-mic (mai puțin de 1 mie de tone de TNT);
Mic (1 - 10 mii tone);
Mediu (10-100 mii tone);
Mare (100 mii tone -1 Mt);
Super-mare (peste 1 Mt).
Tip de explozie:
Înălțime (peste 10 km);
Aer (norul ușor nu ajunge la suprafața Pământului);
sol;
Suprafaţă;
Subteran;
Sub apă.
Factorii dăunători ai unei explozii nucleare. Factorii dăunători ai unei explozii nucleare sunt:
Unda de soc (50% din energia exploziei);
Radiația luminoasă (35% din energia exploziei);
Radiații penetrante (45% din energia exploziei);
Contaminare radioactivă (10% din energia exploziei);
Impuls electromagnetic (1% din energia exploziei);
Din cursul fizicii se știe că nucleonii din nucleu - protoni și neutroni - sunt ținuți împreună printr-o interacțiune puternică. Depășește cu mult forțele de repulsie Coulomb, astfel încât nucleul în ansamblu este stabil. În secolul al XX-lea, marele om de știință Albert Einstein a descoperit că masa nucleonilor individuali este oarecum mai mare decât masa lor în stare legată (când formează un nucleu). Unde se duce o parte din masă? Se dovedește că trece în energia de legare a nucleonilor și datorită acesteia pot exista nuclee, atomi și molecule.
Majoritatea nucleelor cunoscute sunt stabile, dar există și radioactive. Ei radiază continuu energie, deoarece sunt supuși dezintegrarii radioactive. Nucleele unor astfel de elemente chimice nu sunt sigure pentru oameni, dar nu emit energie capabilă să distrugă orașe întregi.
Energia colosală apare ca rezultat al unei reacții nucleare în lanț. Izotopul uraniu-235, precum și plutoniul, sunt folosite ca combustibil nuclear într-o bombă atomică. Când un neutron lovește nucleul, acesta începe să se dividă. Neutronul, fiind o particulă fără sarcină electrică, poate pătrunde cu ușurință în structura nucleului, ocolind acțiunea forțelor interacțiunii electrostatice. Ca urmare, va începe să se întindă. Interacțiunea puternică dintre nucleoni va începe să slăbească, în timp ce forțele Coulomb vor rămâne aceleași. Nucleul de uraniu-235 se va împărți în două (rar trei) fragmente. Vor apărea doi neutroni suplimentari, care pot intra apoi într-o reacție similară. Prin urmare, se numește lanț: ceea ce provoacă reacția de fisiune (neutron) este produsul său.
Ca rezultat al unei reacții nucleare, este eliberată energie care a legat nucleonii din nucleul părinte al uraniului-235 (energie de legare). Această reacție stă la baza funcționării reactoarelor nucleare și a exploziilor. Pentru implementarea sa, trebuie îndeplinită o condiție: masa de combustibil trebuie să fie subcritică. Când plutoniul se combină cu uraniul-235, are loc o explozie.
Explozie nucleara
După ciocnirea nucleelor de plutoniu și uraniu, se formează o undă de șoc puternică care afectează toată viața pe o rază de aproximativ 1 km. Mingea de foc care a apărut la locul exploziei se extinde treptat până la 150 de metri. Temperatura sa scade la 8 mii Kelvin, când unda de șoc se deplasează suficient de departe. Aerul încălzit transportă praf radioactiv pe distanțe mari. O explozie nucleară este însoțită de radiații electromagnetice puternice.
Este unul dintre cele mai uimitoare, misterioase și teribile procese. Principiul de funcționare a armelor nucleare se bazează pe o reacție în lanț. Acesta este un proces, însuși cursul căruia își inițiază continuarea. Principiul de funcționare al bombei cu hidrogen se bazează pe fuziune.
Bombă atomicăNucleele unor izotopi ai elementelor radioactive (plutoniu, californiu, uraniu și altele) sunt capabile să se descompună, în timp ce captează un neutron. După aceea, mai sunt eliberați doi sau trei neutroni. Distrugerea nucleului unui atom în condiții ideale poate duce la dezintegrarea a doi sau trei, care, la rândul lor, pot iniția alți atomi. Si asa mai departe. Un proces asemănător unei avalanșe de distrugere a unui număr tot mai mare de nuclee are loc cu eliberarea unei cantități gigantice de energie pentru ruperea legăturilor atomice. În timpul exploziei, energii uriașe sunt eliberate într-o perioadă de timp ultra-scurtă. Se întâmplă la un moment dat. De aceea explozia bombei atomice este atât de puternică și distructivă.
Pentru a iniția începerea unei reacții în lanț, este necesar ca cantitatea de material radioactiv să depășească masa critică. Evident, trebuie să luați mai multe părți de uraniu sau plutoniu și să le combinați într-una singură. Cu toate acestea, pentru a provoca explozia unei bombe atomice, acest lucru nu este suficient, deoarece reacția se va opri înainte ca suficientă energie să fie eliberată sau procesul va continua lent. Pentru a obține succesul, este necesar nu numai să depășești masa critică a unei substanțe, ci să o faci într-o perioadă extrem de scurtă de timp. Cel mai bine este să folosiți mai multe.Acest lucru se realizează prin folosirea altora.În plus, ele alternează între explozivi rapidi și lenți.
Primul test nuclear a fost efectuat în iulie 1945 în Statele Unite, lângă orașul Almogordo. În august același an, americanii au folosit această armă împotriva Hiroshima și Nagasaki. Explozia unei bombe atomice în oraș a dus la distrugeri teribile și la moartea majorității populației. În URSS, armele atomice au fost create și testate în 1949.
Bombă H
Este o armă cu putere distructivă foarte mare. Principiul funcționării sale se bazează pe care este sinteza nucleelor grele de heliu din atomi de hidrogen mai ușori. Aceasta eliberează o cantitate foarte mare de energie. Această reacție este similară cu procesele care au loc pe Soare și pe alte stele. Cea mai ușoară cale este utilizarea izotopilor de hidrogen (tritiu, deuteriu) și litiu.
Testul primului focos cu hidrogen a fost efectuat de americani în 1952. În sensul modern, acest dispozitiv cu greu poate fi numit o bombă. Era o clădire cu trei etaje, plină cu deuteriu lichid. Prima explozie a unei bombe cu hidrogen în URSS a avut loc șase luni mai târziu. Muniția termonucleară sovietică RDS-6 a fost aruncată în aer în august 1953 lângă Semipalatinsk. Cea mai mare bombă cu hidrogen cu o capacitate de 50 de megatone (Tsar Bomba) a fost testată de URSS în 1961. Valul de după explozia muniției a înconjurat planeta de trei ori.
Arme nucleare
Arme nucleare - un set de arme nucleare, mijloacele lor de livrare către țintă și controale. Se referă la armele de distrugere în masă (împreună cu armele biologice și chimice). O armă nucleară este un dispozitiv exploziv care utilizează energia nucleară - energie eliberată ca urmare a unei reacții nucleare în lanț asemănătoare unei avalanșe de fisiune a nucleelor grele și/sau a unei reacții de fuziune termonucleară a nucleelor ușoare.
Acțiunea unei arme nucleare se bazează pe utilizarea energiei unei explozii a unui dispozitiv exploziv nuclear, eliberată ca urmare a unei reacții în lanț necontrolate, asemănătoare avalanșelor, de fisiune a nucleelor grele și/sau a unei reacții de fuziune termonucleară.
Exploziile nucleare pot fi de următoarele tipuri:
aer – în troposferă
la mare altitudine - în atmosfera superioară și în apropierea spațiului planetar
spațiu - în spațiul circumplanetar profund și în orice altă zonă a spațiului cosmic
explozie la sol – aproape de sol
explozie subterană (sub suprafața pământului)
suprafata (aproape de suprafata apei)
sub apă (sub apă)
Factorii dăunători ai unei explozii nucleare:
unda de soc
radiatii luminoase
radiatii penetrante
contaminare radioactivă
impuls electromagnetic (EMP)
Raportul dintre puterea impactului diferiților factori dăunători depinde de fizica specifică a unei explozii nucleare. De exemplu, o explozie termonucleară se caracterizează prin mai puternică decât așa-numita. explozie atomică radiație luminoasă, componenta de raze gamma a radiației penetrante, dar componenta corpusculară mult mai slabă a radiației penetrante și contaminarea radioactivă a zonei.
Oamenii expuși direct la factorii dăunători ai unei explozii nucleare, pe lângă daunele fizice, care sunt adesea fatale pentru oameni, experimentează un impact psihologic puternic din imaginea înfiorătoare a exploziei și distrugerii. Un impuls electromagnetic (EMP) nu afectează direct organismele vii, dar poate perturba funcționarea echipamentelor electronice (electronica tubulară și echipamentele fotonice sunt relativ insensibile la EMP).
Clasificarea armelor nucleare
Toate armele nucleare pot fi împărțite în două categorii principale:
„atomice” - dispozitive explozive monofazate sau monoetajate în care energia principală provine din reacția de fisiune nucleară a nucleelor grele (uraniu-235 sau plutoniu) cu formarea de elemente mai ușoare
termonucleare (de asemenea „hidrogen”) - dispozitive explozive în două faze sau în două etape în care se dezvoltă secvenţial două procese fizice, localizate în zone diferite ale spaţiului: în prima etapă, principala sursă de energie este reacţia de fisiune a nucleelor grele, iar în al doilea se folosesc reacții de fisiune și fuziune termonucleară în proporții variate, în funcție de tipul și setarea muniției.
Puterea unei sarcini nucleare se măsoară în echivalent TNT - cantitatea de trinitrotoluen care trebuie explodat pentru a obține aceeași energie. Este de obicei exprimat în kilotone (kt) și megatone (Mt). Echivalentul TNT este condiționat: în primul rând, distribuția energiei unei explozii nucleare peste diverși factori dăunători depinde în mod semnificativ de tipul de muniție și, în orice caz, este foarte diferită de o explozie chimică. În al doilea rând, este pur și simplu imposibil să se realizeze arderea completă a unei cantități adecvate de exploziv chimic.
Se obișnuiește să se împartă armele nucleare după putere în cinci grupuri:
ultra-mic (mai puțin de 1 kt)
mic (1 - 10 ct)
mediu (10 - 100 kt)
mare (putere mare) (100 kt - 1 Mt)
super-mare (putere foarte mare) (peste 1 Mt)
Opțiuni pentru detonarea armelor nucleare
schema de tun
„Schema de tun” a fost folosită în unele modele de arme nucleare de prima generație. Esența schemei de tun este de a trage cu o încărcătură de praf de pușcă un bloc de material fisionabil de masă subcritică ("glonț") într-un altul - nemișcat ("țintă").
Un exemplu clasic de schema de tun este bomba Little Boy aruncată pe Hiroshima pe 6 august 1945.
schema implozivă
Schema de detonare implozivă utilizează comprimarea materialului fisionabil printr-o undă de șoc focalizată creată de o explozie de explozivi chimici. Pentru focalizarea undei de șoc se folosesc așa-numitele lentile explozive, iar explozia se realizează simultan în multe puncte cu o precizie ridicată. Formarea unei unde de șoc convergente a fost asigurată de utilizarea lentilelor explozive din explozivi „rapidi” și „lenti” - TATV (triaminotrinitrobenzen) și baratol (un amestec de trinitrotoluen cu azotat de bariu) și a unor aditivi (vezi animația). Crearea unui astfel de sistem pentru localizarea explozivilor și a detonației a fost la un moment dat una dintre sarcinile cele mai dificile și consumatoare de timp. Pentru a o rezolva, a fost necesar să se efectueze o cantitate gigantică de calcule complexe în hidrodinamica și dinamica gazelor.
A doua dintre bombele atomice folosite – „Fat Man” – aruncată pe Nagasaki la 9 august 1945, a fost executată după aceeași schemă.
