Ядерное оружие

 

Взрыв первого  ядерного взрывного устройства был  произведен США 16 июля 1945 г. в Аламогордо, штат Нью Мексико. Устройство представляло собой плутониевую бомбу, в которой для создания критичности был использован направленный взрыв. Мощность взрыва составила около 20 кт. В СССР взрыв первого ядерного взрывного устройства, аналогичного американскому, был произведен 29 августа 1949 г.

Термоядерное (водородная бомба)

 

Причиной  взрыва служит высвобождение энергии  вследствие превращения легких ядер в более тяжелые при реакции синтеза. Для начала реакции необходима очень высокая температура, что достигается взрывом обычной атомной бомбы.

 

1 — инициирующий ядерный заряд (с разделенным на части ядерным горючим)

2 — термоядерное горючее (смесь D и T)

3 — ядерное горючее (238U)

4 — инициирующий ядерный заряд после подрыва шашек обычного ВВ

5 — источник нейтронов. Излучение, вызванное срабатыванием ядерного заряда, порождает радиационную имплозию (испарение) оболочки из 238U, сжимающую и поджигающую термоядерное топливо

Рис.4. Термоядерное оружие

 

Энергия взрыва образуется в ходе реакций  синтеза легких ядер, таких как  дейтерий, тритий, являющихся изотопами  водорода или литий. Высокие температуры  нужны для того, чтобы кинетическая энергия ядер была достаточна для  сближения ядер на довольно малое  расстояние. Температуры, о которых  идет речь, составляют около 107-108 К.

Использование реакций синтеза для увеличения мощности взрыва может быть произведено  по-разному. Первый способ заключается  в помещении внутрь обычного ядерного устройства контейнера с дейтерием  или тритием (или дейтеридом лития). Возникающие в момент взрыва высокие температуры приводят к тому, что ядра легких элементов вступают в реакцию, за счет которой происходит дополнительное выделение энергии. С помощью подобного метода можно заметно увеличить мощность взрыва. В то же время, мощность подобного взрывного устройства по-прежнему ограничивается конечным временем разлета делящегося вещества.

Другой  способ-создание многоступенчатых взрывных устройств, в которых за счет специальной  конфигурации взрывного устройства энергия обычного ядерного заряда (т.н. первичный заряд) используется для  создания необходимых температур в  отдельно расположенном "вторичном" термоядерном заряде, энергия которого, в свою очередь, может быть использована для подрыва третьего заряда и  т.д. Первое испытание подобного  устройства было произведено в США 1 ноября 1952 г. В СССР подобное устройство было впервые испытано 22 ноября 1955 г. Мощность взрывного устройства, сконструированного подобным образом, может быть сколь угодно большой. Самый мощный ядерный взрыв был произведен именно с помощью многоступенчатого взрывного устройства. Мощность взрыва составила 60 Мт, причем мощность устройства была использована лишь на одну треть.

 

Нейтронное  оружие

 

Как разновидность  ядерных боеприпасов с термоядерным зарядом малой мощности. В качестве термоядерного горючего используются дейтерий и тритий в чистом виде или в виде гидридов металлов Достигается повышенное нейтронное излучение за счет большего расхода энергии (примерно в 5-10 раз) на создание проникающей радиации. Представляет собой тактическое оружие, рассчитанное на применение против бронетехники на малых полях сражения. Нейтронная бомба была испытана в США, Франции, Советском Союзе.

Конструкция, мощность ядерных боеприпасов. Виды ядерных  взрывов

 

Основными элементами ядерных боеприпасов  являются:

- корпус;

- система автоматики.

Корпус предназначен для размещения ядерного заряда и системы автоматики, а также предохраняет их от механического, а в некоторых случаях и  от теплового воздействия.

Система автоматики обеспечивает взрыв  ядерного заряда в заданный момент времени и исключает его случайное  или преждевременное срабатывание. Она включает:

- систему предохранения и взведения;

- систему аварийного подрыва;

- систему подрыва заряда;

- источник питания;

- систему датчиков подрыва.

Средствами доставки ядерных боеприпасов  могут являться баллистические ракеты, крылатые и зенитные ракеты, авиация. Ядерные боеприпасы применяются  для снаряжения авиабомб, фугасов, торпед, артиллерийских снарядов

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. 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).

В зависимости от мощности ядерные  боеприпасы делят на калибры:

- 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 – сверхмалого, малого и среднего калибров, нейтронными  – сверхмалого и малого калибров.

В зависимости от задач, решаемых применением  ядерного оружия, ядерные взрывы могут  производиться в воздухе, на поверхности  земли и воды, под землей и водой. В соответствии с этим различают  высотный, воздушный, наземный (надводный) и подземный (подводный) взрывы.

Высотный ядерный взрыв –  это взрыв, произведенный с целью  уничтожения в полете ракет и  самолетов на безопасной для наземных объектов высоте (свыше 10 км). Поражающими факторами высотного взрыва являются: ударная волна, световое излучение, проникающая радиация и электромагнитный импульс (ЭМИ).

Воздушный ядерный взрыв – это  взрыв, произведенный на высоте до 10 км, когда светящаяся область не касается земли (воды). Воздушные взрывы подразделяются на низкие и высокие. Сильное радиоактивное заражение местности образуется только вблизи эпицентров низких воздушных взрывов. Заражение местности по следу облака существенного влияния на действия личного состава не оказывает. Наиболее полно при воздушном ядерном взрыве проявляются ударная волна, световое излучение, проникающая радиация и ЭМИ.

Наземный (надводный) ядерный взрыв  – это взрыв, произведенный на поверхности земли (воды), при котором светящаяся область касается поверхности земли (воды), а пылевой (водяной) столб с момента образования соединен с облаком взрыва. Характерной особенностью наземного (надводного) ядерного взрыва является сильное радиоактивное заражение местности (воды), 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, произведенный под  землей (под водой) и характеризующийся  выбросом большого количества грунта (воды), перемешанного с продуктами ядерного взрывчатого вещества (осколками  деления урана-235 или плутония-239). Поражающее и разрушающее действие подземного ядерного взрыва определяется в основном сейсмовзрывными волнами (основной поражающий фактор), образованием воронки в грунте и сильным  радиоактивным заражением местности. Световое излучение и проникающая  радиация отсутствуют. Характерным  для подводного взрыва является образование  султана (столба воды), базисной волны, образующейся при обрушении султана (столба воды).

Последовательность  событий при ядерном взрыве и  поражающие факторы

Ядерное оружие предназначено для уничтожения  живой силы и военных объектов противника. Важнейшими поражающими  факторами для людей являются ударная волна, световое излучение  и проникающая радиация; разрушающее  действие на военные объекты обусловлено  в основном ударной волной и вторичными тепловыми эффектами.

При детонации  взрывчатых веществ обычного типа почти  вся энергия выделяется в виде кинетической энергии, которая практически  полностью переходит в энергию  ударной волны. При ядерном и  термоядерном взрывах по реакции  деления около 50% всей энергии переходит  в энергию ударной волны, а  около 35% – в световое излучение. Остальные 15% энергии высвобождаются в форме разных видов проникающей  радиации.

При ядерном взрыве образуется сильно нагретая, светящаяся, приблизительно сферическая масса – так называемый огненный шар. Он сразу же начинает расширяться, охлаждаться и подниматься  вверх. По мере его охлаждения пары в огненном шаре конденсируются, образуя  облако, содержащее твердые частицы  материала бомбы и капельки воды, что придает ему вид обычного облака. Возникает сильная воздушная  тяга, всасывающая в атомное облако подвижный материал с поверхности земли. Облако поднимается, но через некоторое время начинает медленно опускаться. Опустившись до уровня, на котором его плотность близка к плотности окружающего воздуха, облако расширяется, принимая характерную грибовидную форму.

Как только возникает огненный шар, он начинает испускать световое излучение, в том числе инфракрасное и  ультрафиолетовое. Происходят две вспышки  светового излучения: интенсивная, но малой длительности, при взрыве, обычно слишком короткая, чтобы вызвать  значительные людские потери, а затем  вторая, менее интенсивная, но более  длительная. Вторая вспышка оказывается  причиной почти всех людских потерь, обусловленных световым излучением.

Выделение огромного количества энергии, происходящее в ходе цепной реакции деления, приводит к быстрому разогреву вещества взрывного устройства до температур порядка 107 К. При таких температурах вещество представляет собой интенсивно излучающую ионизированную плазму. На этом этапе в виде энергии электромагнитного излучения выделяется около 80% энергии взрыва. Максимум энергии этого излучения, называемого первичным, приходится на рентгеновский диапазон спектра. Дальнейший ход событий при ядерном взрыве определяется в основном характером взаимодействия первичного теплового излучения с окружающей эпицентр взрыва средой, а также свойствами этой среды.

В случае если взрыв произведен на небольшой  высоте в атмосфере, первичное излучение  взрыва поглощается воздухом на расстояниях  порядка нескольких метров. Поглощение рентгеновского излучения приводит к образованию облака взрыва, характеризующегося очень высокой температурой. На первой стадии это облако растет в размерах за счет радиационной передачи энергии  из горячей внутренней части облака к его холодному окружению. Температура  газа в облаке примерно постоянна  по его объему и снижается по мере его увеличения. В момент, когда  температура облака снижается до примерно 300 тысяч градусов, скорость фронта облака уменьшается до величин, сравнимых со скоростью звука. В этот момент формируется ударная волна, фронт которой "отрывается" от границы облака взрыва. Для взрыва мощностью 20 кт это событие наступает примерно через 0,1 мсек после взрыва. Радиус облака взрыва в этот момент составляет около 12 метров.

Ударная волна, формирующаяся на ранних стадиях  существования облака взрыва, представляет собой один из основных поражающих факторов атмосферного ядерного взрыва. Основными характеристиками ударной  волны являются пиковое избыточное давление и динамическое давление во фронте волны. Способность объектов выдерживать воздействие ударной  волны зависит от множества факторов, таких как наличие несущих  элементов, материал постройки, ориентация по отношению к фронту. Избыточное давление в 1 атм (15 фунтов/кв. дюйм), возникающее на расстоянии 2,5 км от наземного взрыва мощностью 1 Мт, способно разрушить многоэтажное здание из железобетона. Для противостояния воздействию ударной волны военные объекты, особенно шахты баллистических ракет, проектируют таким образом, чтобы они могли выдержать избыточные давления в сотни атмосфер. Радиус области, в которой при взрыве в 1 Мт создается подобное давление, составляет около 200 метров. Соответственно, для поражения укрепленных целей особую роль играет точность атакующих баллистических ракет.

На начальных  стадиях существования ударной  волны ее фронт представляет собой  сферу с центром в точке  взрыва. После того как фронт достигает  поверхности, образуется отраженная волна. Так как отраженная волна распространяется в среде, через которую прошла прямая волна, скорость ее распространения  оказывается несколько выше. В  результате, на некотором расстоянии от эпицентра две волны сливаются  возле поверхности, образуя фронт, характеризуемый примерно в два  раза большими значениями избыточного  давления. Поскольку для взрыва данной мощности расстояние, на котором образуется подобный фронт, зависит от высоты взрыва, высоту взрыва можно подобрать для получения максимальных значений избыточного давления на определенной площади. Если целью взрыва является уничтожение укрепленных военных объектов, оптимальная высота взрыва оказывается очень малой, что неизбежно приводит к образованию значительного количества радиоактивных осадков.

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.