Поражающие факторы ядерного оружия и способы защиты от него

«Поражающие факторы ядерного оружия и способы  защиты от него».

Вступление.

Строение электронной  оболочки было достаточно изучено к  концу XIX века, но знаний о строении атомного ядра было очень мало, и к тому же они были противоречивы.

В 1896 году было открыто явление, получившее название радиоактивности (от латинского слова «радиус»- луч). Это открытие сыграло важную роль в дальнейшем излучении строения атомных ядер. Мария Склодовская-Кюри и Пьер Кюри установили, что, кроме урана, еще торий, полоний и химические соединения урана с торием обладает таким же излучением, что и уран. Продолжая исследования, они выделили в 1898 году из урановой руды вещество в несколько миллионов раз более активное, чем уран, и назвали его радием, что значит лучистый. Вещества, обладающие излучением подобно урану или радию, получили название радиоактивных, а само явление называется радиоактивностью.

Ядерное оружие- это оружие массового поражения, действие которого основано на свойствах ядер химических веществ. Оно обладает огромной разрушительной силой.

Источники радиоактивного заражения.

Основным источником радиоактивного заражения при ядерных  взрывах являются осколки деления  ядерного горючего, в качестве которого используются уран-233, уран-235 и плутоний-239.Кроме  того, в комбинированных боеприпасах используется уран-238.

Другим источником радиоактивного заражения является та часть горючего, которая не участвовала в ядерной  реакции. Так как доля ядерного горючего, принимающего участие в реакции  деления, сравнительно мала и, по некоторым данным, не превышает 20%, оставшаяся часть ядерного горючего, будучи раздроблена силой взрыва на мельчайшие частицы, также явится источником радиоактивных частиц.

Третьим источником радиоактивного заражения является наведенная активность, возникающая в результате воздействия потока нейтронов, образующихся в момент взрыва, на некоторые химические элементы, входящие в состав грунта и в оболочку ядерного боеприпаса.

Развитие  ядерного взрыва.

Сначала появляется ослепительная  вспышка, которую можно видеть, находясь на несколько десятков километров от нее, длительностью от 5 до 20 секунд. При этом температура достигает нескольких миллионов градусов Цельсия. Из-за нагрева воздуха от вспышки образуется ударная волна, наносящая поражения различной степени тяжести. Впоследствии огненный шар постепенно остывает и поднимается вверх со скоростью 150- 200 метров в секунду в зависимости от метеоусловий и мощности взрыва. В облако всасывается с земли огромные количества пыли и поднимается в виде столба, образуя гриб. Это облако за короткий срок достигает высоты 15- 25 километров, составляет по толщине 5- 10 километров и имеет диаметр 15- 20 километров. Впоследствии это облако распределяется по направлению ветра, образуя радиоактивный след: на землю выпадает радиоактивный дождь, нанося непоправимый урон земле и отравляя окружающую среду радиоактивными веществами.

Основная  часть.

1.Ядерные  боеприпасы и виды взрывов.

Действие ядерного оружия основано на использовании энергии, выделяющейся при ядерных превращениях. В зависимости от принципов использования этой энергии различают три вида ядерных боеприпасов: атомные, термоядерные и комбинированные.

При взрывах атомных  боеприпасов в результате цепной реакции деления ядер атомов тяжелых  элементов (плутония, изотопов урана) выделяется энергия. Реакция состоит в том, что при бомбардировке урана-235 свободными нейтронами возникают элементы средней части периодической системы Менделеева. Само явление было названо делением ядра, а образующиеся ядра - осколками деления. При этом выделяется огромное количество энергии, которую нельзя использовать в мирных целях, так как она выделяется бесконтрольно. Цепная реакция- это реакция, в которой частицы, вызывающие реакцию, образуются как продукты этой реакции. Устройство, в котором осуществляется управляемая ядерная реакция, называется ядерный реактор.

Действие термоядерных боеприпасов основано на использовании  энергии, выделяющейся при реакции  синтеза ядер легких элементов (дейтерия и трития) в условиях чрезвычайно  высоких температур. Термоядерная реакция- реакция синтеза легких ядер в более тяжелые. Такие реакции происходят в недрах звезд, на солнце и т. д. При таких температурах вещество существует только в виде плазмы. Но создание высокой температуры необходимо только в первый момент времени, чтобы «зажечь» реакцию, а затем она существует сама за счет выделения энергии при синтезе ядер.

В основу действия комбинированных  боеприпасов положено свойство атомов природного урана (уран-238) делится под  действием быстрых нейтронов, образующихся при термоядерной реакции.

Вид ядерного взрыва характеризуется  расположением центра взрыва по отношению  к поверхности земли (воды). Исходя из этого, различают несколько их видов.

1)Высотные взрывы. К ним принято относить взрывы, произведенные на высоте более 30 километров от поверхности земли (воды). При этом радиоактивного заражения местности может не быть совсем, это обуславливается тем, что пылевой столб («ножка») и облако («шляпка») не контактируют.

2. Воздушные взрывы. К ним относятся взрывы, произведенные на высоте, меньшей 30 километров, но образующийся при этом огненный шар не соприкасается с поверхностью земли (воды). Радиоактивное заражение местности чаще всего ограничивается районом ядерного взрыва. В радиоактивное облако попадает значительно меньше грунта по сравнению с наземными (надводными) и подземными (подводными) взрывами.

3)Наземные (надводные) взрывы. Взрывы, при которых светящаяся область соприкасается с поверхностью земли (воды). При таком взрыве образуется светящаяся полусфера, радиус которой примерно в 1,3 раза превышает радиус огненного шара воздушного взрыва той же мощности. В огненный шар вовлекается значительное количество грунта и других материалов. Часть грунта испаряется, а большая часть оплавляется, образуя огромное количество радиоактивных частиц, из которых впоследствии конденсируются радиоактивные продукты взрыва. В районе ядерного взрыва наблюдаются сильные потоки воздуха, устремляющиеся к центру взрыва и вверх вслед за облаком. Увлекаемые этими потоками частицы грунта вместе с конденсировавшимися на них радиоактивными веществами попадают в облако ядерного взрыва, так как в этом случае пылевой столб («ножка») с момента его образования соединен с облаком («шляпкой»).

4)Подземные (подводные) взрывы. Взрывы, при которых светящаяся область не наблюдается. Различаются два вида подземных взрывов - с выбросом радиоактивных веществ в атмосферу и без выброса в атмосферу (так называемый камуфлетный взрыв). Взрыв, произведенный на выброс, приводит к попаданию на земную поверхность и в атмосферу расплавленных или частично оплавленных частиц породы, пылевидных и газообразных радиоактивных продуктов взрыва. Крупные частицы выпадают вблизи эпицентра, более мелкие уносятся ветром, образуя след облака ядерного взрыва. При камуфлетном взрыве образуется полость, близкая по форме к сферической, ограниченная слоем расплавленной породы. Радиационного заражения местности при этом взрыве не происходит, но возможно заражение атмосферы в результате утечки радиоактивных газов из полости через трещины в грунте.

При подъеме радиоактивного облака в результате вовлечения в него наружного воздуха и увеличения объема происходит охлаждение облака, что приводит к выравниванию температуры облака и окружающей среды. В результате выравнивания температур дальнейший подъем воздуха прекращается. Радиоактивное облако, образованное в результате ядерного взрыва, несет в себе большое количество радиоактивных частиц различных размеров. По мере уменьшения скорости подъема облака на максимальную высоту все большее количество радиоактивных частиц выпадает на поверхность земли в виде радиоактивных осадков, которые продолжают выпадать и после стабилизации облака.

2.Поражающие  факторы ядерного оружия и  защита.

К поражающим факторам ядерного оружия относятся:

- ударная волна,

- световое излучение,

- проникающая радиация,

- радиоактивное заражение,

- электромагнитный импульс.

При взрыве в атмосфере  примерно 50% энергии взрыва расходуется  на образование ударной волны, 30-40%- на световое излучение, до 5%- на проникающую  радиацию и электромагнитный импульс и до 15%- на радиоактивное заражение. Действие поражающих факторов ядерного взрыва на людей и элементы объектов происходит не одновременно и различается по длительности воздействия, характеру и масштабам.

Ударная волна. Ударная волна- это область резкого сжатия среды, которая распространяется в виде сферического слоя во все стороны от места взрыва со сверхзвуковой скоростью. В зависимости от среды распространения различают ударную волну в воздухе, в воде или грунте.

Ударная волна  в воздухе образуется за счет колоссальной энергии, выделяемой в зоне реакции, где исключительно высокая температура, а давление достигает миллиардов атмосфер (до 10⁵ млрд. Па). Раскаленные пары и газы, стремясь расшириться, производят резкий удар по окружающим слоям воздуха, сжимают их до больших давления и плотности и нагревают до высокой температуры. Эти слои воздуха приводят в движение последующие слои. Таким образом, сжатие и перемещение воздуха происходит от одного слоя к другому во все стороны от центра взрыва, образуя воздушную ударную волну. Вблизи центра взрыва скорость распространения ударной волны в несколько раз превышает скорость звука в воздухе. С увеличением расстояния от места взрыва скорость распространения волны быстро падает, а ударная волна ослабевает. Воздушная ударная волна при ядерном взрыве средней мощности проходит примерно 1000 метров за 1,4 секунды, 2000 метров - за 4 секунды, 3000 метров - за 7 секунд, 5000 метров - за 12 секунд.

Характер изменения  давления по времени в какой-либо точке пространства (поверхности земли) при прохождении через нее ударной волны показан на рисунке.

Перед фронтом ударной  волны давление в воздухе равно  атмосферному Р₀. С приходом фронта ударной волны в данную точку пространства давление резко (скачком) увеличивается и достигает максимального, затем, по мере удаления фронта волны, давление постепенно снижается и через некоторый промежуток времени становится равным атмосферному. Образовавшийся слой сжатого воздуха называют фазой сжатия. В этот период ударная волна обладает наибольшим разрушающим действием. В дальнейшем, продолжая уменьшаться, давление становится ниже атмосферного  и воздух начинает двигаться в направлении, противоположном распространению ударной волны, то есть к центру взрыва. Эта зона пониженного давления называется фазой разрежения.

Непосредственно за фронтом  ударной волны, в области сжатия, движутся массы воздуха. Вследствие торможения этих масс воздуха, при встрече  с преградой возникает давление скоростного напора воздушной ударной волны.

Основные параметры ударной волны, характеризующие ее разрушающее и поражающее действие: избыточное давление во фронте ударной волны, давление скоростного напора, продолжительность действия волны - длительность фазы сжатия и скорость фронта ударной волны.

Ударная волна  в воде при подводном ядерном взрыве качественно напоминает ударную волну в воздухе. Однако на одних и тех же расстояниях давление во фронте ударной волны в воде гораздо больше, чем в воздухе, а время действия - меньше.

При наземном ядерном взрыве часть энергии взрыва расходуется на образование волны сжатия в грунте. В отличие от ударной волны в воздухе она характеризуется менее резким увеличением давления во фронте волны, а также более медленным его ослаблением за фронтом. При взрыве ядерного боеприпаса в грунте основная часть энергии взрыва передается окружающей массе грунта и производит мощное сотрясение грунта, напоминающее по своему действию землетрясения.

Механическое  воздействие ударной волны. Характер разрушения элементов объекта (предмета) зависит от нагрузки, создаваемой ударной волной, и реакции предмета на действие этой нагрузки. Общую оценку разрушений, вызванных ударной волной ядерного взрыва, принято давать по степени тяжести этих разрушений.

1)Слабое разрушение. Разрушаются оконные и дверные заполнения и легкие перегородки, частично разрушается кровля, возможны трещины в стеклах верхних этажей. Подвалы и нижние этажи сохраняются полностью. Находиться в здании безопасно и оно может эксплуатироваться после проведения текущего ремонта.

2)Среднее разрушение проявляется в разрушении крыш и встроенных элементов - внутренних перегородок, окон, а также в возникновении трещин в стенах, обрушении отдельных участков чердачных перекрытий и стен верхних этажей. Подвалы сохраняются. После расчистки и ремонта может быть использована часть помещений нижних этажей. Восстановление зданий возможно при проведении капитального ремонта.

3)Сильное разрушение характеризуется разрушением несущих конструкций и перекрытий верхних этажей, образованием трещин в стенах и деформацией перекрытий нижних этажей. Использование помещений становится невозможным, а ремонт и восстановление - чаще всего нецелесообразным.

4)Полное разрушение. Разрушаются все основные элементы здания, включая и несущие конструкции. Использовать здание невозможно. Подвальные помещения при сильных и полных разрушениях могут сохраняться и после разбора завалов частично использоваться.

Воздействие ударной волны на людей и животных. Ударная волна может нанести незащищенным людям и животным травматические поражения, контузии или быть причиной их гибели. Поражения могут быть непосредственными (в результате воздействия избыточного давления и скоростного напора воздуха) или косвенными (в результате ударов обломками разрушенных зданий и сооружений). Воздействие воздушной ударной волны на незащищенных людей характеризуется легкими, средними, тяжелыми и крайне тяжелыми травмами.