Я́дерный взрыв - неуправляемый процесс высвобождения большого количества тепловой и лучистой энергии в результате цепной ядерной реакции деления или реакции термоядерного синтеза за очень малый промежуток времени. По своему происхождению ядерные взрывы являются либо продуктом деятельности человека на Земле и в околоземном космическом пространстве, либо природными процессами на некоторых видах звёзд. Искусственные ядерные взрывы - мощное оружие, предназначенное для уничтожения крупных наземных и защищённых подземных военных объектов, скоплений войск и техники противника (в основном тактическое ядерное оружие), а также полное подавление и уничтожение противоборствующей стороны: разрушение больших и малых населённых пунктов с мирным населением и стратегической промышленности (Стратегическое ядерное оружие).
Ядерный взрыв может иметь мирное применение :
Перемещение больших масс грунта при строительстве;
Обрушение препятствий в горах;
Дробление руды;
Увеличение нефтеотдачи нефтяных местрождений;
Перекрывание аварийных нефтяных и газовых скважин;
Поиск полезных ископаемых сейсмическим зондированием земной коры;
Движущая сила для ядерных и термоядерных импульсных космических аппаратов,
Например нереализованный проект корабля "Орион" и проект межзвёздного
Автоматического зонда "Дедал");
Научные исследования: сейсмология, внутреннее строение Земли, физика плазмы и многое другое.
В последнее время рассматривается возможность разрушения или изменения орбиты одного из астероидов, угрожающих столкновением с Землёй, путём ядерного взрыва в его окрестности.
[ Физические основы ]
Цепная реакция деления
Атомные ядра некоторых изотопов химических элементов с большой атомной массой (например урана или плутония) при их облучении нейтронами определённой энергии теряют свою устойчивость и распадаются с выделением энергии на два меньших и приблизительно равных по массе осколка - происходит реакция деления атомного ядра. При этом наряду с осколками, обладающими большой кинетической энергией, выделяются ещё несколько нейтронов, которые способны вызвать аналогичный процесс в соседних таких же атомах. В свою очередь, нейтроны, образовавшиеся при их делении, могут привести к делению дополнительного количества атомов расщепляющего материала - реакция становится цепной, приобретает каскадный характер. В зависимости от внешних условий, количества и чистоты расщепляющегося материала её течение может происходить по-разному. Если вследствие вылета нейтронов из зоны деления или их поглощения атомными ядрами без последующего деления число расщеплённых ядер в последующей стадии цепной реакции меньше чем в предыдущей, то происходит её затухание. При равном числе расщеплённых ядер в обеих стадиях цепная реакция становится самоподдерживающейся, а в случае превышения количества расщеплённых ядер в каждой последующей стадии в реакцию вовлекаются всё новые атомы расщепляющегося вещества. Если такое превышение является многократным, то в ограниченном объёме за очень короткий промежуток времени образуется большое количество атомных ядер-осколков деления, электронов, нейтронов и квантов электромагнитного излучения с очень высокой кинетической энергией. Единственно возможной формой их существования является агрегатное состояние высокотемпературной плазмы, в сгусток которой превращается весь расщепляющийся материал и любое другое вещество в его окрестности. Этот сгусток не может быть сдержан в своём первоначальном объёме и стремится перейти в равновесное состояние путём расширения в окружающую среду и теплообмена с ней. Поскольку скорость упорядоченного движения составляющих сгусток частиц много выше скорости звука как в нём, так и в окружающей его среде (если это не вакуум), расширение не может иметь плавного характера и сопровождается образованием ударной волны - то есть носит характер взрыва.
Термоядерный синтез
В отличие от атомных реакций деления, реакции термоядерного синтеза с выделением энергии возможны только среди элементов с небольшой атомной массой, не превышающих приблизительно атомную массу железа. Они не носят цепного характера и возможны только при высоких температурах, когда кинетической энергии сталкивающихся атомных ядер достаточно для преодоления кулоновского барьера отталкивания между ними, либо для заметной вероятности их слияния за счёт действия туннельного эффекта квантовой механики. Чтобы сделать возможным такой процесс, необходимо совершить работу для разгона исходных атомных ядер до высоких скоростей, но если они сольются в новое ядро, то выделившаяся при этом энергия будет больше, чем затраченная. Появление нового ядра в результате термоядерного синтеза как правило сопровождается образованием различного рода элементарных частиц и высокоэнергетичных квантов электромагнитного излучения. Наряду со вновь образовавшимся ядром все они имеют большую кинетическую энергию, то есть в реакции термоядерного синтеза происходит преобразование внутриядерной энергии сильного взаимодействия в тепловую. Как следствие, в итоге результат оказывается тот же, что и в случае цепной реакции деления - в ограниченном объёме образуется сгусток высокотемпературной плазмы, расширение которого в окружающей плотной среде имеет характер взрыва.
[ Классификация ядерных взрывов ]
Искусственные ядерные взрывы обычно классифицируют по двум признакам: мощности заряда, инициировавшего взрыв, и местоположению точки нахождения заряда в момент подрыва (центр ядерного взрыва). Проекция этой точки на поверхность земли называется эпицентром ядерного взрыва. Мощность ядерного взрыва измеряется в так называемом тротиловом эквиваленте - массе тринитротолуола, при химическом взрыве которого выделяется столько же энергии, сколько при оцениваемом ядерном. Наиболее часто используемыми единицами измерения мощности ядерного взрыва служат 1 килотонна (кт) или 1 мегатонна (Мт) тротилового эквивалента.
Классификация по мощности
Сверхмалую (менее 1 кт);
Малую (от 1 до 10 кт) - на движущейся картинке справа (около 10 кт);
Среднюю (от 10 до 100 кт);
Большую (от 100 кт до 1 Мт);
Сверхбольшую (более 1 Мт);
Взрыв мощностью 20 кт даёт зону полных разрушений радиусом около 1 км, 20 Мт - уже 10 км. По расчётам, при взрыве мощностью 100 Мт зона полного разрушения будет иметь радиус около 35 км, сильных разрушений - около 50 км, на расстоянии около 80 км незащищённые люди получат ожоги третьей степени. Практически одним таким взрывом может быть полностью уничтожен любой из самых крупных городов Земли.
Наиболее мощным искусственным ядерным взрывом был атмосферный взрыв в приземном слое советской 58-мегатонной термоядерной бомбы АН602, прозванной Царь-Бомба, на полигоне на Новой Земле. Причём испытана на неполную мощность, в так называемом чистом варианте. Полная проектная мощность с урановой оболочкой-отражателем нейтронов могла бы составить порядка 100 мегатонн тротилового эквивалента.
Классификация по нахождению центра взрыва
Приведённая высота (глубина) заряда в метрах на тонну тротилового эквивалента (в скобках пример для взрыва мощностью 1 мегатонна)[лит 1] (С. 146, 232, 247, 522, 751):
космический, экзоатмосферный или магнитосферный: свыше 100 км
атмосферные:
высотный: более 10-15 км, но чаще считается на высотах 40-100 км
высокий воздушный: свыше 15-20 м/т1/3, когда форма вспышки близка к сферической (свыше 1,5-2 км)
низкий воздушный: от 3,5 до 15-20 м/т1/3 - огненная сфера касается земли и усекается снизу (350-1500 м)
наземный: 0-3,5 м/т1/3, - вспышка принимает форму полусферы (0-350 м)
наземный с образованием вдавленной воронки без значительного выброса грунта: ниже 0,5 м/т1/3 (ниже 50 м)
наземный контактный: 0-0,3 м/т1/3 - когда грунт из воронки выбрасывается и попадает в светящуюся область (0-30 м)
подземный: на глубине более 1,5 м/т0,3[лит 2] (С. 276) (глубже 12 м)(?)
на выброс (выброс грунта и кратер в разы больше, чем при наземном взрыве)
взрыв рыхления - в глубине образуется полость или столб обрушения, а на поверхности колцеобразный вывал грунта (холм вспучивания), в центре которого провальная воронка
камуфлетный: глубже 7-10 м/т1/3 - в глубине остаётся замкнутая (котловая) полость или столб обрушения; если столб обрушения достигает поверхности, то образуется провальная воронка без холма вспучивания (глубже 700-1000 м)
наводный - происходит испарение воды
подводный:
на малой глубине: менее 0,3 м/т1/3 - вода испаряется до поверхности и столб воды (взрывной султан) не образуется (менее 30 м)
с образованием взрывного султана и облака султана: 0,25-2,2 м/т1/3 (25-220 м)
глубоководный: глубже 2,5 м/т1/3 - когда образующийся пузырь выходит на поверхность без образования облака султана.
[ Явления при ядерном взрыве ]
Специфичные только для ядерного взрыва
Сопутствующие ядерному взрыву явления варьируют от местонахождения его центра. Ниже рассматривается случай атмосферного ядерного взрыва в приземном слое, который был наиболее общим до запрета ядерных испытаний на земле, под водой, в атмосфере и в космосе. После инициирования реакции деления или синтеза за очень короткое время порядка долей микросекунд в ограниченном объёме выделяется огромное количество лучистой и тепловой энергии. Реакция обычнозаканчивается после испарения и разлёта конструкции взрывного устройства вследствие огромной температуры (до 107 К) и давления (до 109 атм.) в точке взрыва. Визуально с большого расстояния эта фаза воспринимается как очень яркая светящаяся точка.
Световое давление от электромагнитного излучения при реакции начинает нагревать и вытеснять окружающий воздух от точки взрыва - образуется огненный шар и начинает формироваться скачок давления между воздухом, сжатым излучением, и невозмущённым, поскольку скорость перемещения фронта нагрева изначально многократно превосходит скорость звука в среде. После затухания ядерной реакции энерговыделение прекращается и дальнейшее расширение происходит уже не за счёт светового давления, а за счёт разницы температур и давлений в области эпицентра и в окружающем его воздухе. Эта фаза характеризуется превращением светящейся точки в растущий в размерах огненный шар, постепенно теряющий свою яркость.
Происходящие в заряде ядерные реакции служат источником разнообразных излучений: электромагнитного в широком спектре от радиоволн до высокоэнергичных гамма-квантов, быстрых электронов, нейтронов, атомных ядер. Это излучение, называемое проникающей радиацией, порождает ряд характерных только для ядерного взрыва последствий. Нейтроны и высокоэнергичные гамма-кванты, взаимодействуя с атомами окружающего вещества, преобразуют их стабильные формы в нестабильные радиоактивные изотопы с различными путями и полупериодами распада - создают так называемую наведённую радиацию. Наряду с осколками атомных ядер расщепляющегося вещества или продуктами термоядерного синтеза, оставшимися от взрывного устройства, вновь получившиеся радиоактивные вещества поднимаются высоко в атмосферу и способны рассеяться на большой территории, формируя радиоактивное заражение местности после ядерного взрыва. Спектр образующихся при ядерном взрыве нестабильных изотопов таков, что радиоактивное заражение местности способно длиться тысячелетиями, хотя интенсивность излучения падает со временем.
Высокоэнергичные гамма-кванты от ядерного взрыва, проходя через окружающую среду, ионизуют её атомы, выбивая из них электроны и сообщая им достаточно большую энергию для каскадной ионизации других атомов, вплоть до 30000 ионизаций на один гамма-квант. В результате под эпицентром ядерного взрыва остаётся «пятно» положительно заряженных ионов, которые окружены гигантским количеством электронного газа; такая переменная во времени конфигурация носителей электрических зарядов создаёт очень сильное электромагнитное поле, которое исчезает после взрыва вместе с рекомбинацией ионизированных атомов. В процессе рекомбинации порождаются сильные электрические токи, служащие дополнительным источником электромагнитного излучения. Весь этот комплекс явлений называется электромагнитным импульсом, и хотя в него уходит менее трети десятимиллиардной доли энергии взрыва, происходит он за очень короткое время и выделяющаяся при этом мощность может достигать 100 ГВт.
Наземный ядерный взрыв в отличие от обычного также имеет свои особенности. При химическом взрыве температура грунта, примыкавшего к заряду и вовлечённого в движение относительно невелика. При ядерном взрыве температура грунта возрастает до десятков миллионов градусов и большая часть энергии нагрева в первые же мгновения излучается в воздух и дополнительно идёт в образование теплового излучения и ударной волны, чего при обычном взрыве не происходит.Отсюда резкое различие в воздействии на поверхность и грунтовый массив: наземный взрыв химического взрывчатого вещества передаёт в грунт до половины своей энергии, а ядерный - считанные проценты. Соответственно размеры воронки и энергия сейсмических колебаний от ядерного взрыва в разы меньше оных от одинакового по мощности взрыва ВВ.Однако при заглублениизарядов это соотношение сглаживается, так как энергия перегретой плазмы меньше уходит в воздух и идёт на совершение работы над грунтом.
Подводный взрыв на глубине 27 м:
Подводный взрыв на глубине 660 м:
Подземный взрыв на малой глубине:
Кратер после подземного взрыва на малой глубине:
Проседание поверхности после подземных взрывов на большой глубине:
Взрыв на высоте 400 км:
Мощность ядерных боеприпасов
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.
Ядерные боеприпасы - боеприпасы, содержащие ядерный заряд.
Ядерными боеприпасами являются:
ядерные боевые части баллистических, зенитных, крылатых ракет и торпед;
ядерные бомбы;
артиллерийские снаряды, мины и фугасы.
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). Тротиловый эквивалент условен, поскольку распределение энергии ядерного взрыва по различным поражающим факторам существенно зависит от типа боеприпаса и, в любом случае, сильно отличается от химического взрыва. Современные ядерные боеприпасы имеют тротиловый эквивалент от нескольких десятков тонн до нескольких десятков млн. тонн тротила.
В зависимости от мощности ядерные боеприпасы принято делить на 5 калибров: 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 зарядами - сверхмалого, малого и среднего калибров, нейтронными зарядами комплектуются боеприпасы - сверхмалого и малого калибров.
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 (ПФЯВ) являются:
ударная волна;
световое излучение;
проникающая радиация;
радиоактивное заражение местности;
электромагнитный импульс (ЭМИ).
При ядерном взрыве в атмосфере распределение выделяющейся энергии между ПФЯВ примерно следующее: около 50% на ударную волну, на долю светового излучения 35%, на радиоактивное заражение 10% и 5% на проникающую радиацию и ЭМИ.
Ударная волна
Ударная волна в большинстве случаев является основным поражающим фактором ядерного взрыва. По своей природе она подобна ударной волне вполне 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.
Поражающее действия 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. 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 населения могут оказаться большими, чем от непосредственного действия ударной волны. Поражения, наносимые ударной волной, подразделяются на
1) легкие,
2) средние,
3) тяжелые и
4) крайне тяжелые.
Степень поражения ударной волной зависит прежде всего от мощности и вида ядерного взрыва. При воздушном взрыве мощностью 20 кТ легкие травмы у людей возможны на расстояниях до 2,5 км, средние - до 2 км, тяжелые - до 1,5 км, крайне тяжелые - до 1,0 км от эпицентра взрыва. С ростом калибра ядерного боеприпаса радиусы поражения ударной волной растут пропорционально корню кубическому из мощности взрыва.
Гарантированная защита людей от ударной волны обеспечивается при укрытии их в убежищах. В случае отсутствия убежищ используются естественные укрытия и рельеф местности.
При подземном взрыве возникает ударная волна в грунте, а при подводном - в воде. 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.
Применительно к гражданским и промышленным зданиям степени разрушения характеризуются 1) слабым,
2) средним,
3) сильным и 4) полным разрушениями.
Слабое разрушение сопровождается разрушением оконных и дверных заполнений и легких перегородок, частично разрушается кровля, возможны трещины в стенах верхних этажей. Подвалы и нижние этажи сохраняются полностью.
Среднее разрушение проявляется в разрушении крыш, внутренних перегородок, окон, обрушением чердачных перекрытий, трещинами в стенах. Восстановление зданий возможно при проведении капитальных ремонтных работ.
Сильное разрушение характеризуется разрушением несущих конструкций и перекрытий верхних этажей, появлением трещин в стенах. Использование зданий становится невозможным. Ремонт и восстановление зданий становится нецелесообразным.
При полном разрушении обрушаются все основные элементы здания, включая и несущие конструкции. Использовать такие здания невозможно, и, чтобы они не представляли опасность, их полностью обрушают.
Необходимо отметить способность ударной волны. Она может, как вода, "затекать" в закрытые помещения не только через окна и двери, но также через небольшие отверстия и даже щели. Это приводит к разрушению перегородок и оборудования внутри здания и поражению находящихся в нем людей.
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);
Ядерное оружие является самым разрушительным и абсолютным в мире. Начиная с 1945 года были произведены крупнейшие ядерные взрывы-испытания в истории, которые показали ужасающие последствия ядерного взрыва.
После первого ядерного испытания 15 июля 1945 года было зарегистрировано более 2051 других испытаний ядерного оружия по всему миру.
Ни одна другая сила не олицетворяет собой такое абсолютное разрушительное действие, как ядерное оружие. И этот вид оружия быстро становиться еще более мощным в течение десятилетий после первого испытания.
Испытание ядерной бомбы в 1945 году имело мощность 20 килотонн, то есть бомба имела взрывную силу 20000 тонн в тротиловом эквиваленте. В течение 20 лет США и СССР испытали ядерное оружие общей массой более 10 мегатонн, или 10 миллионов тонн в тротиловом эквиваленте. Для масштаба, это по крайней мере в 500 раз сильнее первой атомной бомбы. Для того, чтобы привести размер крупнейших ядерных взрывов в истории в масштабе, данные были выведены с использованием Nukemap Alex Wellerstein, приспособление для визуализации ужасающих последствий ядерного взрыва в реальном мире.
В приведенных картах, первое кольцо взрыва является огненным шаром, за которым следует радиус излучения. В розовом радиусе отображается почти все разрушения зданий и со смертельным исходом 100%. В сером радиусе, более сильные здания будут выдерживать взрыв. В оранжевом радиусе, люди пострадают от ожогов третьей степени, а горючие материалы будут загораться, что приведет к возможным огненных штормам.
Самые крупные ядерные взрывы
Советские тесты 158 и 168
25 августа и 19 сентября 1962 года, менее чем через месяц друг от друга, в СССР были проведены ядерные испытания над Новоземельским регионом России, на архипелаге на севере России вблизи Северного Ледовитого океана.
Никаких видео или фотозаписей испытаний не осталось, но оба испытания включали в себя использование 10-мегатонных атомных бомб. Эти взрывы сожгли бы все в пределах 1,77 квадратных миль в эпицентре, вызывая ожоги третьей степени потерпевших в площади 1090 квадратных миль.
Айви Майк
1 ноября 1952 года США было поведено испытание Айви Майк над Маршалловыми островами. Айви Майк - первая в мире водородная бомба и имела мощность 10,4 мегатонн, что в 700 раз сильнее первой атомной бомбы.
Взрыв Айви Майк был настолько мощным, что испарился остров Элугелаб где он был взорван, в результате чего на его месте образовался 164-футовый глубокий кратер.
Castle Romeo
Ромео был вторым ядерным взрывом из серии испытаний, которые проводились США в 1954 г. Все взрывы проводились на атолле Бикини. Ромео был третьим самым мощным испытанием серии и имел мощность около 11 мегатонн.
Romeo был первым протестированным на барже в открытых водах, а не на рифе, так как США быстро кончились острова, на которых можно было испытать ядерное оружие. Взрыв сожжет все в пределах 1,91 квадратных миль.
Советский Тест 123
23 октября 1961 г. Советский Союз провел ядерное испытание № 123 над Новой Землей. Тест 123 был мощностью 12,5 мегатонн ядерной бомбы. Бомба такого размера будет сжигать все в пределах 2,11 квадратных миль, вызывая ожоги третьей степени людям на площади 1309 квадратных миль. Это испытание также не оставило никаких записей.
Castle Yankee
Castle Yankee, второй по мощности из серии испытаний, был проведен 4 мая 1954 г. Бомба имела мощность 13,5 мегатонн. Четыре дня спустя, его радиоактивные осадки распада достигли Мехико, не расстояние около 7100 миль.
Castle Bravo
Castle Bravo был проведен 28 февраля 1954 года, был первым из серии Castle испытаний и крупнейшим ядерного взрыва в США всех времен.
Браво первоначально предполагали как 6-мегатонн взрыв. Вместо этого, бомба произвела 15-мегатонный взрыв. Его гриб достиг 114000 футов в воздухе.
Просчет американских военных имел последствия в размере облучении около 665 жителей Маршалловых островов и смертью от радиационного облучения японского рыбака, который был в 80 милях от места взрыва.
Советские тесты 173, 174 и 147
С 5 августа по 27 сентября 1962 г. СССР провел серию ядерных испытаний над Новой Землей. Тест 173, 174, 147 и все выделяются как на пятый, четвертый, и третий сильнейшие ядерные взрывы в истории.
Произведенные все три взрыва имели мощность 20 Мегатон, или около 1000 раз сильнее ядерной бомбы Тринити. Бомба этой силы снесет на своем пути все в пределах трех квадратных миль.
Тест 219, Советский Союз
24 декабря 1962 г. СССР провел испытание № 219, мощностью 24,2 мегатонн над Новой Землей. Бомба этой силы может сжечь все в пределах 3,58 квадратных миль, вызывая ожоги третьей степени в области до 2250 квадратных миль.
Царь-Бомба
30 октября 1961 года СССР взорвали наибольшее ядерное оружие когда-либо испытанное и создали самый большой рукотворный взрыв в истории. В результате взрыва, который в 3000 раз сильнее бомбы, сброшенной на Хиросиму.
Вспышка света от взрыва была видна на расстоянии 620 миль.
Царь-бомба, в конечном счете, имела мощность между 50 и 58 мегатонн, в два раза больше второго по величине ядерного взрыва.
Бомба такого размера будет создать огненный шар размером 6,4 квадратных миль и будет в состоянии нанести ожоги третьей степени в пределах 4080 квадратных миль от эпицентра бомбы.
Первая атомная бомба
Первый атомный взрыв был размером Бомбы-Царя, и до сих пор взрыв считается почти невообразимого размера.
В соответствии с данными NukeMap, это оружие с мощностью 20-килотонн производит огненный шар с радиусом 260 м, примерно 5 футбольных полей. По оценкам принесенного вреда, бомба понесет смертельное излучение площадью 7 миль в ширину, и будет производить ожоги третьей степени на расстоянии более чем 12 миль. При применении такой бомбы на нижнем Манхэттене, будет убито более 150 000 человек и действие радиоактивных осадков протянется до центрального Коннектикута, согласно расчетов NukeMap.
Первая атомная бомба была крошечной по меркам ядерного оружия. Но ее деструктивность все же очень велика для восприятия.
Мощность ядерного взрыва
1) его энергетическая характеристика, обычно выражаемая тротиловым эквивалентом. Обусловливается механическим и тепловым воздействием взрыва, а также энергией мгновенного нейтронного и гамма-излучения. Ядерные боеприпасы по мощности взрыва условно делятся на сверхмалые (до 1 тыс. т), малые (от 1 до 10 тыс.т), средние (от 10 до 100 тыс.т), крупные (от 100 тыс. до 1 млн. т) и сверхкрупные (от 1 млн. т и более);
2) количественная характеристика энергии взрыва ядерного боеприпаса, обычно выражаемая тротиловым эквивалентом. В мощность ядерного взрыва входит энергия, определяющая развитие механических и тепловых эффектов взрыва, и энергия мгновенного нейтронного и гамма-излучения. Энергия радиоактивного распада продуктов деления при этом не учитывается. Ядерный взрыв 1 кг урана-235 или плутония-239 при полном делении всех ядер эквивалентен по выделившейся энергии химическому взрыву 20000 т тротила.
EdwART. Словарь терминов МЧС , 2010
Смотреть что такое "Мощность ядерного взрыва" в других словарях:
Мощность ядерного взрыва - количественная характеристика энергии взрыва ядерного боеприпаса, обычно выражаемая тротиловым эквивалентом. В мощность ядерного взрыва входит энергия, определяющая развитие механических и тепловых эффектов взрыва, и энергия мгновенного… … Гражданская защита. Понятийно-терминологический словарь
Мощность ядерного боеприпаса - количественная характеристика энергии взрыва ядерного боеприпаса. Обычно выражается тротиловым эквивалентом (массой тротила, энергия взрыва которой равна энергии взрыва данного ядерного боеприпаса) в тоннах, кплотоннах и мегатоннах … Словарь военных терминов
У этого термина существуют и другие значения, см. Эпицентр (значения). Ядерное оружие … Википедия
В этой статье не хватает ссылок на источники информации. Информация должна быть проверяема, иначе она может быть поставлена под сомнение и удалена. Вы можете … Википедия
Сейсмический метод измерения мощности ядерного взрыва - Термин сейсмический метод измерения мощности означает метод, с помощью которого мощность испытания рассчитывается на основании измерений параметров упругих колебаний грунта, вызванных испытанием... Источник: ДОГОВОР МЕЖДУ СССР И СОЕДИНЕННЫМИ… … Официальная терминология
Характеристика разрушительного действия боеприпасов, в которых эффект поражения обеспечивается подрывом заряда взрывчатого вещества. Для морских боеприпасов определяется размерами пробоин, создаваемых в днище или борту корабля, в результате… … Морской словарь
Ядерное оружие … Википедия
Эту статью следует викифицировать. Пожалуйста, оформите её согласно правилам оформления статей. Ядерный ракетный двигатель на гомогенном растворе солей ядерного топлива (англ. … Википедия
Проверка характеристик ядерного боеприпаса (мощность, эффективность поражающих факторов) посредством ядерного взрыва. Попутно отрабатываются средства и способы защиты от ядерного оружия. Места нахождения основных полигонов для И.я.о.:… … Словарь черезвычайных ситуаций
Первое испытание ядерного оружия в Китае - 16 октября 1964 года Китай провел первое испытание ядерного оружия. Взрыв атомной бомбы был осуществлен на полигоне возле озера Лобнор, на северо западе страны, в Синцзянь Уйгурском автономном районе. В тот же день правительство Китая заявило,… … Энциклопедия ньюсмейкеров