Теория и основы ядерных взрывов на АЭС

Содержание:

Введение……………………..…………………………………………...….3

 1 ИСТОРИЯ И ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЯДЕРНОГО ВЗРЫВА

  1.1 История создания ядерного оружия…………………………………..4

1.2 Характеристика ядерных взрывов и их поражающих факторов……6

1.3 Виды ядерных взрывов…………………………………………………6

1.4Поражающие факторы ядерного взрыва……………………………….8

2 ТЕОРИЯ И ОСНОВЫ ЯДЕРНЫХ ВЗРЫВОВ НА АЭС

2.1Различие между ядерным  взрывом и аварией на АЭС……………...15

2.2Правила безопасного поведения при авариях на АЭС……………...15

2.3Крупнейшие радиационные аварии и катастрофы………………...16

Заключение…………………………………………………………………22

Список литературы………………………………………………………..24

Приложения………………………………………………………………..25

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

      Ядерный взрыв - мощный взрыв, вызванный высвобождением ядерной энергии: либо при быстро развивающейся цепной реакции деления тяжелых ядер; - либо при термоядерной реакции синтеза ядер гелия из более легких ядер. В зависимости от задач, решаемых применением ядерного оружия, ядерные взрывы могут производиться в воздухе, на поверхности земли и воды, под землей и водой. Ядерный взрыв сопровождается выделением огромного количества энергии, поэтому по разрушающему и поражающему действию он в сотни и тысячи раз может превосходить взрывы самых крупных боеприпасов, снаряженных обычными взрывчатыми веществами.

     Поражающие факторы ядерного оружия - физические процессы и явления, которые возникают при ядерном взрыве и определяют его поражающее воздействие. Характер, степень и продолжительность воздействия поражающих факторов зависят от мощности ядерного боеприпаса, вида взрыва, расстояния от его эпицентра, степени защиты объектов, метеорологических условий, характера местности.

     Основными поражающими факторами ядерного оружия являются: ударная волна, световое излучение, проникающая радиация, радиоактивное заражение и электромагнитный импульс. Примерно половина всей энергии выходит в виде ударной волны, остальное - световое излучение, на долю проникающей радиации (гамма-лучей и нейтронов) приходится не более 5%. Такое разнообразие поражающих факторов говорит о том, что ядерный взрыв представляет собой гораздо более опасное явление, чем взрыв аналогичного по энерго выходу количества обычной взрывчатки.

     Люди, непосредственно подвергшиеся воздействию поражающих факторов ядерного взрыва, кроме физических повреждений, испытывают психологическое угнетающее воздействие от осознания факта близкого ядерного взрыва - самого разрушительного оружия, известного человечеству на данный момент.

1ИСТОРИЯ И ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ  ЯДЕРНОГО ВЗРЫВА

 

1. История создания ядерного оружия

 На рубеже XIX и XX веков разработкой атома занимались главным образом европейские ученые.

     Английский ученый Томсон предложил модель атома, который представляет собой положительно заряженное вещество с вкрапленными электронами. Француз Беккерель открыл радиоактивность в 1896 г. Он доказал, что соли урана самопроизвольно, без каких – либо внешних влияний создают излучение, причем, радиоактивность пропорциональна содержанию урана. Французы Пьер Кюри и Мария Склодовская-Кюри открыли радиоактивный элемент полоний в 1898.

     Они сообщили, что им удалось из урановых отходов выделить некий элемент, обладающий радиоактивностью и близкий по химическим свойствам к барию. Был открыт еще один элемент, дающий активное излучение – радий. Радиоактивность радия примерно в 1 млн. раз больше радиоактивности урана. Явление самопроизвольного излучения было названо радиоактивностью. Англичанин Резерфорд в 1902 году разработал теорию радиоактивного распада, в 1911 году он же открыл атомное ядро, и в 1919 году наблюдал искусственное превращение ядер. А. Эйнштейн, живший до 1933 года в Германии, в 1905 году разработал принцип эквивалентности массы и энергии. Он связал эти понятия и показал, что определенному количеству массы соответствует определенное количество энергии. Датчанин Н. Бор в 1913 г. разработал теорию строения атома, которая легла в основу физической модели устойчивого атома. Дж. Кокфорт иЭ. Уолтон (Англия) в 1932 г. экспериментально подтвердили теорию Эйнштейна. Дж.Чедвик в том же году открыл новую элементарную частицу - нейтрон. Д.Д. Иваненко в 1932 г. выдвинул гипотезу о том, что ядра атомов состоят из протонов и нейтронов. Эта модель атомного ядра была подтверждена последующими исследованиями ядерных превращений. Э.Ферми использовал нейтроны для бомбардировки атомного ядра (1934 г.).

     В 1937 году Ирен Жолио-Кюри открыла процесс деления урана. У Ирен Кюри и ее ученика-югослава П. Савича результат получился невероятный: продуктом распада урана был лантан - 57-ой элемент, расположенный в середине таблицы Менделеева. Л.Мейтнер, которая в течении 30 лет работала у Гана, вместе с О. Фришем, работавшим у Бора, обнаружили, что при делении ядра урана части, полученные после деления, в сумме на 1/5 легче ядра урана. Это им позволило по формуле Эйнштейна посчитать энергию, содержащуюся в 1 ядре урана. Она оказалась равной 200 млн. электрон-вольт. При делении ядра урана освобождаются два- три нейтрона. Это позволяет осуществлять цепную реакцию деления урана. В начале 40-х гг. 20в. группой ученых в США были разработаны физические принципы осуществления ядерного взрыва. Первый взрыв произведен на испытательном полигоне в Аламогордо 16 июля 1945 г. В августе 1945 2 атомные бомбы мощностью около 20 кт каждая были сброшены на японские города Хиросима и Нагасаки. Взрывы бомб вызвали огромные жертвы - Хиросима свыше 140 тысяч человек, Нагасаки - около 75 тысяч человек, а также причинили колоссальные разрушения.     Применение ядерного оружия тогда не вызывалось военной необходимостью.    

     Правящие круги США преследовали политические цели - продемонстрировать свою силу для устрашения СССР. Вскоре ядерное оружие было создано в СССР группой ученых во главе с академиком Курчатовым. В 1947 Советское правительство заявило, что для СССР больше нет секрета атомной бомбы. Потеряв монополию на ядерное оружие, США усилило начатые еще в 1942г. работы по созданию термоядерного оружия.

     1 ноября 1952 в США было взорвано термоядерное устройство мощностью 3 Мт. В СССР термоядерная бомба была впервые испытана 12 авг. 1953. На сегодняшний день секретом ядерного оружия обладают кроме России и США также Франция, Германия, Великобритания, Китай, Пакистан, Индия, Италия.

 

1.2 Характеристика ядерных взрывов и их поражающих факторов

     Ядерный взрыв - процесс деления тяжелых ядер. Для того, чтобы произошла реакция, необходимо как минимум 10 кг высокообогащенного плутония. В естественных условиях это вещество не встречается. Данное вещество получается в результате реакций, производимых в ядерных реакторах. Естественный уран содержит приблизительно 0.7 процентов изотопа U-235, остальное - уран 238. Для осуществления реакции необходимо, чтобы в веществе содержалось не менее 90 процентов урана.

 

1.3Виды ядерных взрывов

  В зависимости от задач, решаемых ядерным оружием, от вида и расположения объектов, по которым планируются ядерные удары, а также от характера предстоящих боевых действий ядерные взрывы могут быть осуществлены в воздухе, у поверхности земли (воды) и под землей (водой). В соответствии с этим различают следующие виды ядерных взрывов:

- воздушный (высокий и низкий) 

- наземный (надводный)

- подземный (подводный)

     При воздушном взрыве вслед за яркой вспышкой образуется светящаяся область в виде сферы. На поверхности светящейся области создается очень резкий перепад температуры и давления. Раскаленные газы стремительно расширяются, сжимая и приводя в движение окружающие слои воздуха. Сжатие воздуха передается от слоя к слою и в виде воздушной ударной волны распространяется на значительное расстояние от места взрыва. В то же время из точки взрыва в окружающее пространство выделяются проникающая радиация и световое излучение. Светящаяся область со временем остывает и, поднимаясь, превращается в клубящееся радиоактивное облако. Одновременно с земли поднимается столб пыли, вследствие чего образуется облако характерной грибовидной формы. Максимальной высоты облако достигает через 10-15 минут после взрыва, а высота подъема верхней кромки облака в зависимости от мощности боеприпаса может составлять 5-20 км. Затем облако постепенно утрачивает свою характерную форму и, продолжая движение по направлению ветра,рассеивается. Особенностью воздушного ядерного взрыва является то, что его светящаяся область не касается поверхности земли. При наземном ядерном взрыве светящаяся область имеет форму полусферы, лежащей основанием на поверхности земли. Если наземный ядерный взрыв осуществляется на поверхности земли (контактный взрыв) или в непосредственной близости от нее, то в грунте образуется большая воронка, окруженная валом земли. При наземном ядерном взрыве формируется более мощное грибовидное пылевое облако и больший столб пыли,чем при воздушном, причем столб пыли с момента его образования соединен с облаком взрыва, в результате чего в облако вовлекается огромное количество грунта. При наземном взрыве радиоактивное заражение местности в районе взрыва и по пути движения облака гораздо более сильное, чем при воздушном. При наземном ядерном взрыве с выбросом грунта облако взрыва не имеет характерной грибовидной формы. На месте взрыва появляется большая воронка.

     Действие воздушной ударной волны заметно ослаблено, но волна сжатия в грунте может поражать заглубленные в землю объекты. При этом наблюдается сильное радиоактивное заражение в районе подземного ядерного взрыва и по пути движения облака. При подводном взрыве выбрасывается столб воды с грибовидным облаком на его вершине, который называется султаном. Падение воды приводит к появлению у основания этого султана радиоактивного тумана из капель и водяных брызг и вихревого кольца - базисной волны.

     В дальнейшем из взрывного султана и базисной волны формируется водяные облака, из которых выпадает радиоактивный дождь.

 

1.4Поражающие факторы ядерного взрыва

     Ядерный взрыв способен мгновенно уничтожить или вывести из строя незащищенных людей, открыто стоящую технику, сооружения и различные материальные средства.

     Основными поражающими факторами ядерного взрыва являются:

а)ударная волна;

б)световое излучение;

в)проникающая радиация;

г)радиоактивное заражение местности;

д) электромагнитный импульс.

а) Ударная волна в большинстве случаев является основным поражающим фактором ядерного взрыва . По своей природе она подобна ударной волне обычного взрыва , но действует более продолжительное время и обладает гораздо большей разрушительной силой . Ударная волна ядерного взрыва может на значительном расстоянии от центра взрыва наносить поражения людям, разрушать сооружения и повреждать боевую технику. Ударная волна представляет собой область сильного сжатия воздуха, распространяющуюся с большой скоростью во все стороны от центра взрыва. Скорость распространения ее зависит от давления воздуха во фронте ударной волны; вблизи центра взрыва она в несколько раз превышает скорость звука, но с увеличением расстояния от места взрыва резко падает. За первые 2 сек ударная волна проходит около 1000 м, за 5 сек-2000 м, за 8 сек - около 3000 м. Это служит обоснованием норматива N5 ЗОМП "Действия при вспышке ядерного взрыва": отлично - 2 сек, хорошо - 3 сек, удовлетврительно-4 сек. Поражающее действие ударной волны на людей и разрушающее действие на боевую технику, инженерные сооружения и материальные средства прежде всего определяются избыточным давлением и скоростью движения воздуха в ее фронте .

     Незащищенные люди могут, кроме того поражаться летящими с огромной скоростью осколками стекла и обломками разрушаемых зданий, падающими деревьями, а также разбрасываемыми частями боевой техники, комьями земли, камнями и другими предметами , приводимыми в движение скоростным напором ударной волны . Наибольшие косвенные поражения будут наблюдаться в населенных пунктах и в лесу; в этих случаях потери войск могут оказаться большими ,чем от непосредственного действия ударной волны.

     Ударная волна способна наносить поражения и в закрытых помещениях, проникая туда через щели и отверстия.Поражения, наносимые ударной волной , подразделяются на легкие , средние, тяжелые и крайне тяжелые. Легкие поражения характеризуются временным повреждением органов слуха, общей легкой контузией, ушибами и вывихами конечностей. Тяжелые поражения характеризуются сильной контузией всего организма; при этом могут наблюдаться повреждения головного мозга и органов брюшной полости, сильное кровотечение из носа и ушей, тяжелые переломы и вывихи конечностей. 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 от эпицентра взрыва. С ростом калибра ядерного боеприпаса радиусы поражения ударной волной растут пропорционально корню кубическому из мощности взрыва. При подземном взрыве возникает ударная волна в грунте, а при подводном - в воде. Кроме того, при этих видах взрывов часть энергии расходуется на создание ударной волны и в воздухе. Ударная волна, распространяясь в грунте, вызывает повреждения подземных сооружений, канализации, водопровода; при распространении ее в воде наблюдается повреждение подводной части кораблей, находящихся даже на значительном расстоянии от места взрыва.

 б) Световое излучение ядерного взрыва представляет собой поток лучистой энергии, включающей ультрафиолетовое, видимое и инфракрасное излучение. Источником светового излучения является светящаяся область, состоящая из раскаленных продуктов взрыва и раскаленного воздуха. Яркость светового излучения в первую секунду в несколько раз превосходит яркость Солнца. Поглощенная энергия светового излучения переходит в тепловую, что приводит к разогреву поверхностного слоя материала. Нагрев может быть настолько сильным , что возможно обугливание или воспламенение горючего материала и растрескивание или оплавление негорючего, что может приводить к огромным пожарам. При этом действие светового излучения ядерного взрыва эквивалентно массированному применению зажигательного оружия. Кожный покров человека также поглощает энергию светового излучения, за счет чего может нагреваться до высокой температуры и получать ожоги. В первую очередь ожоги возникают на открытых участках тела, обращенных в сторону взрыва. Если смотреть в сторону взрыва незащищенными глазами, то возможно поражение глаз, приводящее к полной потере зрения. Ожоги, вызываемые световым излучением , не отличаются от обычных, вызываемых огнем или кипятком. они тем сильнее, чем меньше расстояние до взрыва и чем больше мощность боеприпаса. При воздушном взрыве поражающее действие светового излучения больше, чем при наземном взрыве той же мощности. В зависимости от воспринятого светового импульса ожоги делятся на три степени. Ожоги первой степени проявляются в поверхностном поражении кожи: покраснении, припухлости, болезненности.