Ядерна зброя

Ю. Г. Афанасьєв, А. Г. Овчаренко, С. Л. Раско, Л. І. Трутнева

Ядерні зброєю називають боєприпаси, дія яких заснована на використанні внутрішньоядерної енергії, що виділяється при ядерних реакціях поділу або синтезу. Центром ядерного вибуху називають точку, в якій відбувається спалах або знаходиться центр вогняної кулі, а епіцентром - проекцію центра вибуху на земну або водну поверхню.

1. Види ядерних зарядів

Атомні заряди

Дія атомної зброї грунтується на реакції поділу важких ядер (уран-235, плутоній-239 і т.д.). Ланцюгова реакція поділу розвивається не в будь-якій кількості ділиться речовини, а лише тільки в певній для кожної речовини масі. Найменша кількість ділиться речовини, у якому можлива котра саморозвивається ланцюгова ядерна реакція, називають критичною масою. Зменшення критичної маси буде спостерігатися при збільшенні щільності речовини.

що діляться речовина в атомному заряді знаходиться в підкритичних стані. За принципом його перекладу в надкрітіческое стан атомні заряди діляться на гарматні і імплозівного типу.

В зарядах гарматного типу дві і більше частин ділиться речовини, маса кожної з яких менше критичної, швидко з'єднуються один з одним у надкрітіческую масу в результаті вибуху звичайної вибухової речовини (вистрілювання однієї частини в іншу).

При створення зарядів за такою схемою важко забезпечити високу надкритичність, внаслідок чого його коефіцієнт корисної дії невеликий. Перевагою схеми гарматного типу є можливість створення зарядів малого діаметру і високій стійкості до дії механічних навантажень, що дозволяє використовувати їх у артилерійських снарядах і мінах.

В зарядах імплозівного типу діляться речовина, що має при нормальній щільності масу менше критичної, переводиться в надкрітіческое стан підвищенням його щільності в результаті обтиску за допомогою вибуху звичайної вибухової речовини. У таких зарядах представляється можливість отримати високу надкритичність і, отже, високий коефіцієнт корисного використання ділиться речовини.

Термоядерні заряди

Дія термоядерної зброї грунтується на реакції синтезу ядер легких елементів. Для виникнення ланцюгової термоядерної реакції необхідна дуже висока (порядку декількох мільйонів градусів) температура, яка досягається вибухом звичайного атомного заряду. Як термоядерного пального зазвичай використовується дейтрід літію-6 (тверде ре-ство, що являє собою поєднання літію-6 і дейтерію).

Нейтронні заряди

Нейтронний заряд є особливим видом термоядерного заряду малої потужності з підвищеним нейтронним випромінюванням. Як відомо, при вибуху ядерних боєприпасів ударна хвиля несе близько 50% енергії, а проникаюча радіація не більше 5%. Призначення ядерного заряду нейтронного типу полягає в тому, щоб перерозподілити співвідношення вражаючих факторів на користь проникаючої радіації, а точніше, потоку нейтронів.

За даними іноземної преси, американським фахівцям вдалося створити подібні снаряди для боєголовок тактичних ракет "Ленс" та 155-міліметрових артилерійських систем. Під час вибуху нейтронного снаряда ударна хвиля і світлове випромінювання викликають суцільні руйнування в радіусі 200-300 м. А доза нейтронного випромінювання, що виникає на відстані 800 м від точки вибуху нейтронної боєголовки ракети "Леес", майже відразу позбавляє людський організм життєздатності.

"Чистий" заряд.

Чистий заряд - це ядерний заряд, при вибуху якого вихід довгоіснуючих радіоактивних ізотопів суттєво знижений.

Ядерні боєприпаси застосовуються для спорядження авіабомб, фугасів, торпед, артилерійських снарядів.

Засобами доставки ядерних боєприпасів можуть бути балістичні ракети, крилаті і зенітні ракети, авіація.

Потужність ядерних боєприпасів

Ядерне зброя володіє колосальною потужністю. При розподілі урану масою порядку кілограма звільняється така ж кількість енергії, як при вибуху тротилу масою близько 20 тисяч тонн. Термоядерні реакції синтезу є ще більш енергоємними. Потужність вибуху ядерних боєприпасів прийнято вимірювати в одиницях тротилового еквівалента. Під тротиловим еквівалентом розуміється енергетична характеристика вибу-ва ядерного чи термоядерного заряду. Іншими словами, тротиловий еквівалент - це маса тринітротолуолу, яка забезпечила б вибух, еквівалентний за потужністю вибуху даного ядерного боєприпасу. Зазвичай він вимірюється в кілотонн (кТ) або в мегатоннам (МгТ).

В залежно від потужності ядерні боєприпаси поділяють на калібри:

надмалих (менше 1 кТ);

малий (від 1 до 10 кТ);

середній (від 10 до 100 кт);

великий (від 100 до кТ 1 МгТ);

надвеликих (понад 1 МгТ).

термоядерними зарядами комплектуються боєприпаси надвеликих, великого та середнього калібрів; ядерними - сверхмалого, малого та середнього калібрів, нейтронними - сверхмалого і малого калібрів.

Види ядерних вибухів

В залежно від завдань, що вирішуються ядерною зброєю, від вигляду і розташування об'єктів, по яких плануються ядерні вибухи, а також від характеру майбутніх бойових дій ядерні вибухи можуть бути здійснені в повітрі, у поверхні землі (води) і під землею (водою). Відповідно до цього розрізняють наступні види ядерних вибухів: повітряний, висотний (в розряджених шарах атмосфери), наземний (надводний), підземний (підводний).

2. Вражаючі фактори ядерного вибуху

Ядерний вибух здатний миттєво знищити чи вивести з ладу незахищених людей, відкрито стоять, техніку, спорудження і різні матеріальні кошти. Основними вражаючими факторами ядерного вибуху (ПФЯВ) є:

ударна хвиля;

світлове випромінювання;

проникаюча радіація;

радіоактивне зараження місцевості;

електромагнітний імпульс (ЕМІ).

При ядерному вибуху в атмосфері розподіл виділяється енергії між ПФЯВ приблизно таке: близько 50% на ударну хвилю, на частку світлового випромінювання 35%, на радіоактивне зараження 10% і 5% на проникаючу радіацію і ЕМІ.

Ударна хвиля

Ударная хвиля в більшості випадків є основним вражаючим чинником ядерного вибуху. За своєю природою вона подібна до ударної хвилі цілком звичайного вибуху, але діє більш тривалий час і володіє набагато більшою руйнівною силою. Ударна хвиля ядерного вибуху може на значній відстані від центру вибуху наносити поразки людям, руйнувати споруди і пошкоджувати бойову техніку.

Ударная хвиля являє собою область сильного стиснення повітря, що поширюється з великою швидкістю в усі сторони від центра вибуху. Швидкість поширення її залежить від тиску повітря у фронті ударної хвилі; поблизу центра вибуху вона в кілька разів перевищує швидкість звуку, але із збільшенням відстані від місця вибуху різко падає. За перші 2 з ударна хвиля проходить близько 1000 м, за 5 з - 2000 м, за 8 с - близько 3000 м.

Вражаюче дії ударної хвилі на людей і руйнівну дію на бойову техніку, інженерні споруди і матеріальні кошти передусім визначаються надлишковим тиском і швидкістю руху повітря в її фронті. Незахищені люди можуть, крім того, дивуватися летять з величезною швидкістю осколками скла й уламками зруйнованих будівель, падаючими деревами, а також розкидаються частинами бойової техніки, грудки землі, камінням та іншими предметами, що приводяться в рух швидкісним напором ударної хвилі. Найбільші непрямі поразки будуть спостерігатися в населених пунктах і в лісі, у цих випадках втрати населення можуть виявитися більшими, ніж від безпосередньої дії ударної хвилі. Поразки, що наносяться ударною хвилею, підрозділяються на легкі, середні, важкі і украй важкі.

Легкі поразки наступають при надлишковому тиску 20-40 кПа (0,2-0,4 кгс/см2) і характеризуються тимчасовим пошкодженням органів слуху, загальною легкою контузією, ударами і вивихами кінцівок. Середні ураження виникають при надлишковому тиску 40-60 кПа (0,4-0,6 кгс/см2). При цьому можуть виникнути вивихи кінцівок, контузія головного мозку, ушкодження органів слуху, кровотеча з носа і вух. Важкі поразки можливі при надлишковому тиску ударної хвилі 60-100 кПа (0,6-1,0 кгс/см2) і характеризуються сильною контузією всього організму; при цьому можуть спостерігатися пошкодження головного мозку і органів черевної порожнини, сильна кровотеча з носа і вух, важкі переломи і вивихи кінцівок. Вкрай важкі травми можуть призвести до смертельного результату при надмірному тиску понад 100 кПа (1,0 кгс/см2).

Ступінь поразки ударною хвилею залежить передусім від потужності і виду ядерного вибуху. При повітряному вибуху потужністю 20 кТ легкі травми у людей можливі на відстанях до 2,5 км, середні - до 2 км, важкі - до 1,5 км, вкрай важкі -- до 1,0 км від епіцентру вибуху. З ростом калібру ядерних боєприпасів радіуси поразки ударною хвилею ростуть пропорційно кореню кубічному з потужності вибуху.

Гарантована захист людей від ударної хвилі забезпечується при укритті їх у притулках. У разі відсутності сховищ використовуються природні укриття і рельєф місцевості.

При підземному вибуху виникає ударна хвиля в грунті, а при підводному - у воді. Ударна хвиля, поширюючи в грунті, викликає пошкодження підземних споруд, каналізації, водопроводу; при поширенні її у воді спостерігається пошкодження підводної частини кораблів, що знаходяться навіть на значній відстані від місця вибуху.

Стосовно до цивільних і промислових будівель ступінь руйнування характеризуються слабким, середнім, сильним і повним руйнуванням.

Слабке руйнування супроводжується руйнуванням віконних і дверних заповнень і легких перегородок, частково руйнується покрівля, можливі тріщини в стінах верхніх поверхів. Підвали і нижні поверхи зберігаються повністю.

Середнє руйнування проявляється в руйнуванні дахів, внутрішніх перегородок, вікон, обваленням горищних перекриттів, тріщинами в стінах. Відновлення будівель можливо при проведенні капітальних ремонтних робіт.

Сильне руйнування характеризується руйнуванням несучих конструкцій і перекриттів верхніх поверхів, появою тріщин у стінах. Використання будівель стає неможливим. Ремонт та відновлення будівель стає недоцільним.

При повному руйнуванні обрушаются всі основні елементи будівлі, включаючи і несучі конструкції. Використовувати такі будівлі неможливо, і, щоб вони не представляли небезпеку, їх повністю обрушают.

Світлове випромінювання

Світловий випромінювання ядерного вибуху являє собою потік променевої енергії, що включає ультрафіолетове, видиме й інфрачервоне випромінювання. Джерелом світлового випромінювання є світна область, що складається з розпечених продуктів вибуху і розпеченого повітря. Яскравість світлового випромінювання в першу секунду в кілька разів перевершує яскравість Сонця. Максимальна температура що світиться області знаходиться в межах 8000-10000 оС.

Вражаюче дія світлового випромінювання характеризується світловим імпульсом. Світловим імпульсом називається відношення кількості світлової енергії до площі освітленій поверхні, розташованої перпендикулярно поширення світлових променів. Одиницею світлового імпульсу є джоуль на квадратний метр (Дж/м2) або калорія на квадратний сантиметр (кал/см2).

Поглинена енергія світлового випромінювання переходить в теплову, що приводить до розігріву поверхневого шару матеріалу. Нагрівання може бути настільки сильним, що можливо обвуглювання запалення пального матеріалу і чи розтріскування розплавлення негорючого, що може призвести до величезних пожеж. При цьому дія світлового випромінювання ядерного вибуху еквівалентно масованого застосування запальної зброї.

Шкірний покрив людини також поглинає енергію світлового випромінювання, за рахунок чого може нагріватися до високої температури і отримувати опіки. У першу чергу опіки виникають на відкритих ділянках тіла, звернених у бік вибуху. Якщо дивитися у бік вибуху незахищеними очима, то можлива поразка око, що приводить до повної втрати зору.

Опіки, викликаються світловим випромінюванням, не відрізняються від опіків, що викликаються вогнем або окропом. Вони тим сильніше, чим менше відстань до вибуху і чим більше потужність боєприпасу. При повітряному вибуху вражаюче дія світлового випромінювання більше, ніж при наземному тієї ж потужності. Залежно від сприйнятої величини світлового імпульсу опіки діляться на три ступені.

Опіки першого ступеня виникають при світловому імпульсі 2-4 кал/см2 і проявляються в поверхневій поразці шкіри: почервонінні, припухлості, болючості. При опіках другого ступеня при світловому імпульсі 4-10 кал/см2 на шкірі з'являються бульбашки. При опіках третього ступеня при світловому імпульсі 10-15 кал/см2 спостерігається омертвіння шкіри й утворення виразок.

При повітряному вибуху боєприпасів потужністю 20 кТ і прозорість атмосфери порядку 25 км опіки першого ступеня будуть спостерігатися в радіусі 4,2 км від центра вибуху; при вибуху заряду потужністю 1 МгТ ця відстань збільшиться до 22,4 км. Опіки другого ступеня виявляються на відстанях 2,9 і 14,4 км і опіки третього ступеня - На відстанях 2,4 і 12,8 км відповідно для боєприпасів потужністю 20 кт і 1 МгТ.

Захистом від світлового випромінювання можуть служити різні предмети, що створюють тінь, але кращі результати досягаються при використанні притулків і укриттів.

Проникаюча радіація

Проникаюча радіація являє собою потік гамма квантів і нейтронів, що випускаються з зони ядерного вибуху. Гамма кванти і нейтрони поширюються в усі сторони від центра вибуху.

З збільшенням відстані від вибуху кількість гамма квантів і нейтронів, що проходить через одиницю поверхні, зменшується. При підземному і підводному ядерних вибухів дія проникаючої радіації поширюється на відстані, значно менші, ніж при наземних і повітряних вибухах, що пояснюється поглинанням потоку нейтронів і гамма квантів землею і водою.

Зони поразки проникаючою радіацією при вибухах ядерних боєприпасів середньої і великої потужності трохи менше зон поразки ударною хвилею і світловим випромінюванням.

Для боєприпасів з невеликим тротиловим еквівалентом (1000 тонн і менш), навпаки, зони вражаючої дії проникаючої радіацією перевершують зони поразки ударною хвилею і світловим випромінюванням.

Вражаюче дія проникаючої радіації визначається здатністю гамма квантів і нейтронів іонізувати атоми середовища, у якій вони поширюються. Проходячи через живу тканину, гамма кванти і нейтрони іонізують атоми і молекули, що входять до складу кліток, які приводять до порушення життєвих функцій окремих органів і систем. Під впливом іонізації в організмі виникають біологічні процеси відмирання і розкладання кліток. У результаті цього в уражених людей розвивається специфічне захворювання, зване променевою хворобою.

Для оцінки іонізації атомів середовища, а отже, і вражаючої дії проникаючої радіації на живий організм введено поняття дози опромінення (або дози радіації), одиницею виміру якої є рентген (Р). Дозі радіації 1Р відповідає утворення в одному кубічному сантиметрі повітря приблизно 2 мільярдів пар іонів.

В залежно від дози випромінювання розрізняють чотири ступені променевої хвороби. Перша (легка) виникає при отриманні людиною дози від 100 до 200 Р. Вона характеризується загальною слабістю, легкою нудотою, короткочасним запамороченням, підвищенням пітливості; особовий склад, що отримав таку дозу, звичайно не виходить з ладу. Друга (середня) ступінь променевої хвороби розвивається при отриманні дози 200-300 Р; в цьому випадку ознаки поразки -- головний біль, підвищення температури, шлунково-кишковий розлад -- виявляються більш різко і швидко, особовий склад у більшості випадків виходить з ладу. Третя (важка) ступінь променевої хвороби виникає при дозі понад 300-500 Р; вона характеризується важкими головними болями, нудотою, сильною загальною слабкістю, запамороченням і іншими нездужаннями; важка форма нерідко призводить до смертельного результату. Доза опромінення понад 500 Р викликає променеву хворобу четвертого ступеня і для людини звичайно вважається летальної.

Захистом від проникаючої р?? ДІАЦ служать різні матеріали, що ослабляють потік гамма-та нейтронного випромінювань. Ступінь ослаблення проникаючої радіації залежить від властивостей матеріалів і товщини захисного шару. Ослаблення інтенсивності гамма-та нейтронного випромінювань характеризується шаром половинного ослаблення, який залежить від щільності матеріалів.

Шар половинного ослаблення - це шар речовини, при проходженні якого інтенсивність гамма-променів або нейтронів зменшується в два рази.

Радіоактивне зараження

Радіоактивне зараження людей, бойової техніки, місцевості і різних об'єктів при ядерному вибуху обумовлюється осколками розподілу речовини заряду (Pu-239, U-235, U-238) і не прореагувавши частиною заряду, що випадають із хмари вибуху, а також наведеною радіоактивністю. З часом активність осколків розподілу швидко зменшується, особливо в перші години після вибуху. Так, наприклад, загальна активність осколків розподілу при вибуху ядерних боєприпасів потужністю 20 кт через один день буде в кілька тисяч разів менше, ніж через одну хвилину після вибуху.

При вибуху ядерних боєприпасів частина речовини заряду не піддається розподілу, а випадає в звичайному своєму вигляді; розпад її супроводжується утворенням альфа-частинок. Наведена радіоактивність обумовлена радіоактивними ізотопами (радіонуклідами), що утворюються в грунті в результаті опромінення його нейтронами, випускаються в момент вибуху ядрами атомів хімічних елементів, що входять до склад грунту. Утворилися ізотопи, як правило, бета-активні, розпад багатьох з них супроводжується гамма-випромінюванням. Періоди напіврозпаду більшості з радіоактивних ізотопів, порівняно невеликі - від однієї хвилини до години. У зв'язку з цим наведена активність може представляти небезпеку лише в перші години після вибуху і тільки в районі, близькому до епіцентру.

Основна частину довгоіснуючих ізотопів зосереджена в радіоактивному хмарі, яка утвориться після вибуху. Висота підняття хмари для боєприпасів потужністю 10 кТ дорівнює 6 км, для боєприпасів потужністю 10 МгТ вона становить 25 км. У міру просування хмари з нього випадають спочатку найбільш великі частки, а потім все більш і більш дрібні, утворити по шляху руху зону радіоактивного зараження, так званий слід хмари. Розміри сліду залежать головним чином від потужності ядерних боєприпасів, а також від швидкості вітру і можуть досягати в довжину декілька сотень і завширшки кілька десятків кілометрів.

Ступінь радіоактивного зараження місцевості характеризується рівнем радіації на певний час після вибуху. Рівнем радіації називають потужність експозиційної дози (Р/год) на висоті 0,7-1 м над зараженою поверхнею.

Виникаючі зони радіоактивного зараження за ступенем небезпеки прийнято ділити на наступні чотири зони.

Зона Г - надзвичайно небезпечного зараження. Її площа складає 2-3% площі сліду хмари вибуху. Рівень радіації становить 800 Р/г.

Зона В - небезпечного зараження. Вона займає приблизно 8-10% площі сліду хмари вибуху; рівень радіації 240 Р/г.

Зона Б - сильного зараження, на частку якої припадає приблизно 10% площі радіоактивного сліду, рівень радіації 80 Р/г.

Зона А - помірного зараження площею 70-80% від площі всього сліду вибуху. Рівень радіації на зовнішній межі зони через 1 годину після вибуху становить 8 Р/г.

Поразки в результаті внутрішнього опромінення з'являються внаслідок попадання радіоактивних речовин всередину організму через органи дихання і шлунково-кишковий тракт. У цьому випадку радіоактивні випромінювання вступають в безпосередній контакт з внутрішніми органами і можуть викликати сильну променеву хвороба; характер захворювання буде залежати від кількості радіоактивних речовин, що потрапили в організм.

На озброєння, бойову техніку і інженерні споруди радіоактивні речовини не роблять шкідливого впливу.

Електромагнітний імпульс

Ядерні вибухи в атмосфері і в більш високих шарах призводять до виникнення потужних електромагнітних полів. Ці поля з урахуванням їх короткочасного існування прийнято називати електромагнітним імпульсом (ЕМІ).

Вражаюче дія ЕМІ обумовлена виникненням напруг і струмів у провідниках різної довжини, розташованих у повітрі, техніці, на землі або на інших об'єктах. Дія ЕМВ виявляється, перш за все, по відношенню до радіоелектронної апаратури, де під дією ЕМВ наводяться електричні струми і напруги, які можуть викликати пробою електроізоляції, пошкодження трансформаторів, згоряння розрядників, псування напівпровідникових приладів та інших елементів радіотехнічних пристроїв. Найбільш схильні до впливу ЕМІ лінії зв'язку, сигналізації та управління. Сильні електромагнітні поля можуть пошкодити електричні ланцюги і порушити роботу неекранованого електротехнічного обладнання.

Висотний вибух здатний створити перешкоди в роботі засобів зв'язку на дуже великих площах. Захист від ЕМІ досягається екрануванням ліній енергопостачання та апаратури.

3 Вогнище ядерного ураження

Осередком ядерного ураження називається територія, на якій під впливом вражаючих факторів ядерного вибуху виникають руйнування будівель та споруд, пожежі, радіоактивне зараження місцевості і ураження населення. Одночасне вплив ударної хвилі, світлового випромінювання та проникаючої радіації в значною мірою обумовлює комбінований характер вражаючої дії вибуху ядерного боєприпасу на людей, військову техніку та споруди. При комбінованому ураженні людей травми і контузії від дії ударної хвилі можуть поєднуватися з опіками від світлового випромінювання з одночасним спалахом від світлового випромінювання. Радіоелектронна апаратура і прилади, крім того, можуть втратити працездатність в результаті впливу електромагнітного імпульсу (ЕМІ).

Розміри вогнища тим більше, чим могутніше ядерний вибух. Характер руйнувань у вогнищі залежить також від міцності конструкцій будівель і споруд, їх поверховості та щільності забудови.

За зовнішню межу вогнища ядерної поразки приймають умовну лінію на місцевості, проведену на такій відстані від епіцентру вибуху, де величина надлишкового тиску ударної хвилі дорівнює 10 кПа.

Список літератури

Для підготовки даної роботи були використані матеріали з сайту http://www.bti.secna.ru/