Ядерное оружие, его разновидности, поражающие факторы

Ядерным оружием называется оружие массового поражения (ОМП), основанное на использовании внутриядерной энергии, выделяющейся в результате ядерных реакций. Сущность ядерных реакций состоит во взаимодействии элементарных частиц и ядер атомов, при котором образуются ядра новых элементов, и поглощается либо выделяется большое количество энергии (Л.40).

Из принципа, сформулированном А.Эйнштейном в виде широко известного уравнения Е = m C², установившего взаимосвязь между количеством энергии Е, заключенным в веществе и его массой m (С – скорость света в вакууме, равная 299 800 км/с), вытекает, что любое вещество может быть источником энергии и эта полная энергия вещества пропорциональна его массе (или наоборот). Как известно, в ядре атома сосредоточена почти вся его масса (99,95%), а плотность ядерного вещества чрезвычайно большая (около 180 квадриллионов кг/м³), что позволяет судить об огромной величине энергии внутриядерных сил. Подсчитано, что в 1 г вещества заключено приблизительно 21,5 млрд. Ккал (или 25 млн. кВт ч) внутренней энергии.

Высвобождение этой внутриядерной энергии используется (на благо человечества) на атомных электростанциях и в ядерном оружии (во вред ему).

Известны два пути высвобождения внутриядерной энергии: путем деления тяжелых ядер на более легкие с помощью бомбардировки их нейтронами; а также путем синтеза (соединение легких ядер в более тяжелые).

Так, при бомбардировке ядра тяжелых элементов (урана, плутония) нейтронами происходит разрыв (деление) ядра не два осколка, при этом одновременно излучаются гамма - кванты, нейтроны, электроны и нейтрино. Образовавшиеся 2 – 3 нейтрона, в свою очередь, могут инициировать распад соседних ядер в этом же веществе и так далее. Такая реакция деления ядер называется цепной реакцией, и ее течение может носить управляемый характер либо взрывной. Все зависит от важнейшей характеристики цепной реакции – коэффициента развития реакции Крр. Он представляет собой отношение количества образовавшихся нейтронов при последующем делении ядра к количеству нейтронов, образовавшихся в предыдущем делении. Если этот коэффициент равен единице, то развитие реакции идет с постоянной скоростью, т.е. каждое

образовавшееся при делении количество нейтронов равно такому же количеству нейтронов образовавшихся в предыдущем делении. Такой процесс может происходить лишь в том случае, если масса вещества равна критической.

При коэффициенте развития реакции больше единицы реакция деления идет с ускорением и носит взрывной характер.

Ядерный синтез с выделением энергии осуществляется при слиянии различных легких ядер, если при этом образуются новые ядра с большими энергиями связи. Однако для инициирования такой реакции необходимо создать температуру порядка нескольких десятков миллионов градусов (создается при помощи ядерного детонатора), а затем она уже будет поддерживаться за счет собственной энергии. Энергия взрыва такого термоядерного заряда примерно в 4 раза больше обычного ядерного заряда той же массы.

К ядерным боеприпасам относятся: ядерные боевые части ракет и торпед, ядерные бомбы, артснаряды и глубинные бомбы, мины и фугасы с ядерными зарядами.

 

Ядерные боеприпасы в зависимости от способа получения энергии подразделяются на три основных вида:

- собственно ядерные (в которых используется энергия, выделяющаяся при делении радиоактивных элементов – урана, плутония и др.);

- термоядерные (использующие энергию, выделяющуюся при синтезе легких элементов (водорода, дейтерия, трития и др.);

- нейтронные (представляют собой разновидность боеприпасов с термоядерным зарядом малой мощности, но с большим выходом нейтронного излучения).

Мощность ядерных боеприпасов измеряют тротиловым эквивалентом в тоннах (т), килотоннах (кт) и мегатоннах (Мт). По мощности их подразделяют на сверхмалые (до 1кт), малые (1 – 10 кт), средние (10 – 100 кт), крупные (100 – 1000 кт) и сверхкрупные (свыше 1 Мт).

К поражающим факторам ядерного оружия относят ударную волну, световое излучение, проникающую радиацию, радиоактивное заражение местности и электромагнитный импульс (Л. 39, 40).

Ударная волна является наиболее мощным поражающим фактором ядерного взрыва, при котором за миллионные доли секунды выделяется колоссальное количество энергии. Поэтому в зоне ядерных реакций температура достигает нескольких миллионов градусов, а давление – достигает миллиарда атмосфер. Это давление, воздействуя на окружающую среду, создает мощную ударную волну. Её основными параметрами являются:

избыточное давление в ее фронте (разность между атмосферным давлением и максимальным давлением на фронте ударной волны, Па), скоростной напор воздуха (динамическая нагрузка, создаваемая потоком воздуха, измеряется в Па) и время действия избыточного давления (измеряется в с). На создание ударной волны расходуется примерно 50% всей энергии взрыва.

Под воздействием ударной волны происходят полные, сильные, средние и слабые разрушения зданий, сооружений, травматические повреждения и контузии людей и животных. Степень поражений ударной волной зависит от мощности ядерного боеприпаса, от удаленности от эпицентра взрыва и от ряда других факторов.

Световое излучение представляет излучений, исходящих от светящейся области ядерного взрыва (продукты взрыва и воздуха, разогретые до температуры порядка собой поток видимых, инфракрасных и ультрафиолетовых нескольких миллионов градусов). На образование светового излучения расходуется примерно 30 – 35% всей энергии взрыва.

Воздушный ядерный взрыв сопровождается яркой вспышкой, озаряющей окружающее пространство на десятки и даже сотни километров, и оглушительным грохотом, слышным на десятки километров. Вслед за вспышкой образуется светящаяся область, (температура снижается до 8 – 10 тыс. ^о С), форма которой зависит от высоты взрыва. При воздушном взрыве она близка к сферической форме (т.е. подобна огненному шару).

Продолжительность светового излучения зависит от мощности взрыва и колеблется в пределах от долей секунды до 30 с.

Поражающая способность светового излучения определяется величиной светового импульса (количество световой энергии, падающей за время существования светового импульса на единицу поверхности, перпендикулярной к направлению распространения излучения, измеряется в Дж/м² или в

кал/см²).

Поверхностные слои материалов зданий, сооружений, расположенные недалеко от эпицентра взрыва, поглощая энергию светового излучения (которая при этом переходит в тепловую), сильно нагреваются. Это ведет к возникновению массовых и сплошных пожаров, огневых штормов, ожогов кожи у людей и животных.

Проникающая радиация представляет собой поток нейтронов и гамма- лучей, излучаемых в течение 10 – 15с из светящейся области взрыва как результат ядерной реакции и радиоактивного распада ее продуктов. На проникающую радиацию расходуется примерно 4-5 % всей энергии взрыва. Она характеризуется дозой облучения (т.е. количеством энергии радиоактивных излучений, поглощенных единицей объема облучаемой среды), измеряемой в рентгенах (Р). Поражающее действие проникающей радиации состоит в том, что под его воздействием происходит ионизация молекул живых тканей организма. При значительных дозах ионизация нарушает нормальную деятельность клеток и таким образом убивает их. У человека и животных под действием проникающей радиации может возникнуть лучевая болезнь.

Радиоактивное заражение местности. Светящаяся область ядерного взрыва по мере остывания восходящими потоками поднимается вверх вместе с частицами грунта, пыли, постепенно превращается в клубящееся радиоактивное облако, объем, и высота которого зависит от вида и мощности взрыва.

Высота облака может достигать 10 – 20 км, а при термоядерном взрыве – до 40 км. Максимальный горизонтальный диаметр облака в зависимости от мощности взрыва может изменяться в пределах от 2 до 20 км.. Затем радиоактивное облако, двигаясь по направлению природного ветра, постепенно рассеивается, покрывая пройденную территорию радиоактивными осадками, образуя так называемый радиоактивный след. Условно этот след делится на четыре зоны (Рис.16) А, Б, В, Г, каждая из которых характеризуется уровнем радиации (мощностью дозы, в Р/ч) на внешней её границе (рис.21).

 

 

 

Рис.21. Зоны радиоактивного заражения местности (Л.40).

 

 

На радиоактивное заражение местности приходится около 10 – 15% всей энергии взрыва.

Основным источником радиоактивного заражения местности являются продукты ядерного взрыва (радионуклиды), выпадающие из радиоактивного облака. Они представляют собой смесь множества изотопов различных химических элементов, образовавшихся в процессе деления ядерного заряда и радиоактивного распада этих изотопов. Так, при делении ядер урана-235 и плутония –239 образуется около 200 изотопов 36 различных элементов средней части таблицы Менделеева. Источниками излучений могут быть также радиоактивные вещества, образовавшиеся в грунте, под воздействием нейтронов (наведенная радиация). Находящиеся в грунте атомы кремния, натрия, магния становятся радиоактивными и излучают бета - частицы и гамма –лучи.

Электромагнитный импульс (ЭМИ) представляет собой кратковременные токи и напряжения, наведенные в линиях электропередач, антеннах радиопередающих и радиоприемных устройств электрическими и магнитными полями, образовавшимися в результате действия нейтронов и гамма – лучей на атомы окружающей среды в момент взрыва. ЭМИ, наведенный в проводах линий электропередач может распространяться на большие расстояния и нарушать работу электронных приборов, компьютеров, систем теле- и радиосвязи.

Продолжительность его действия 15 – 30 миллисекунд.