Поражающие факторы ядерного взрыва. Из всех современных видов оружия наибольшим поражающим эффектом обладает ядерное оружие, основанное на использовании энергии

Из всех современных видов оружия наибольшим поражающим эффектом обладает ядерное оружие, основанное на использовании энергии, выделяемой при цепных ядерных реакциях деления ядер атомов тяжелых элементов (урана или плутония) или при термоядерных реакциях синтеза ядер атомов легких элементов (дейтерия, трития, лития).

Мощность ядерных боеприпасов q принято характеризовать троти-ловым эквивалентом - массой обычного взрывчатого материала (тротила), энергия взрыва которого эквивалентна энергии взрыва данного ядерного боеприпаса. Тротиловый эквивалент измеряется в тоннах, килотоннах или мегатоннах (т, кт, Мт).

По мощности взрыва ядерные боеприпасы подразделяются на сверхмалые (q < 1 кт), малые (1 < q < 10 кт), средние (10 < q < 100 кт), крупные (100 < q < 1000 кт) и сверхкрупные (q > 1Мт).

В зависимости от того, в какой окружающей среде находится зона взрыва, различают воздушные, подземные, наземные, подводные, надводные и высотные ядерные взрывы.

К воздушным относятся взрывы в атмосфере на высо-

теЗ, 5 < H < 10000м.

Подземными ядерными взрывами называются взрывы, для которых средой, окружающей зону реакции, является грунт.

К наземным ядерным взрывам относятся взрывы на поверхности

земли (контактные) и взрывы в воздухе на высотах Н < 3, 5 • м, при которых светящаяся область касается поверхности земли.

Подводными ядерными взрывами называются взрывы ниже поверхности воды.

К надводным относятся контактные взрывы и взрывы в воздухе на высотах Н < 3, 5• м, при которых светящаяся область касается поверхности воды.

К высотным ядерным взрывам относятся взрывы в разряженном воздухе на высоте более 10 км.

Источником энергии ядерного взрыва являются процессы освобождения энергии, заключенной в ядрах атомов химических элементов. Процесс изменения структуры ядра путем его деления (ядерные боеприпасы) или синтеза (термоядерные боеприпасы) называется ядерной реакцией.

Для получения взрыва используют деление ядер тяжелых изотопов (нуклидов)*: уран-235, плутоний-239, уран-233. Из них практически только уран-235 существует в природе. Изотопы плутония-239 и урана-233 в промышленных количествах получают в результате облучения нейтронами в ядерных реакторах урана-238 и тория-232.

Формула, с помощью которой можно описать реакцию деления ядерного ядра и природу образования поражающих факторов ядерного взрыва может быть представлена в следующем виде:

 

 

Пояснения к формуле (6.1). Если на изотоп урана-235 с положительным зарядом 92 воздействовать нейтроном п любой энергии, образуется неустойчивый изотоп ₉₂U²³⁶ с возбужденным составным ядром, который мгновенно распадается на два из 60 возможных изотопов X и Y с суммарным зарядом 92 (например, 45 и 47) и суммарным количеством нуклонов 234 (например, 116 и 118). При этом испускаются два или более нейтрона п, способных вызвать деление других ядер, и гаммакванты.

В большой массе изотопов под воздействием нейтронов возникает саморазвивающаяся цепная ядерная реакция деления, сопровождающаяся лавинообразным нарастанием числа делящихся ядер и выделением вследствие этого большого количества избыточной энергии Δ Е в течении малого промежутка времени. В зоне протекания ядерной реакции температура повышается до нескольких миллионов градусов, а максимальное давление достигает миллиардов атмосфер. Следовательно, избыточная энергия Δ E является источником возникновения двух поражающих факторов: ударной волны и светового излучения.

Поток γ -квантов и нейтронов п, испускаемый из зоны взрыва в окружающую среду, образует проникающую радиацию, которая продолжается несколько секунд.

Источником возникновения электромагнитного импульса (ЭМИ) также является поток γ -квантов и нейтронов, под воздействием которых в окружающей среде возникают кратковременные электрические и магнитные поля, представляющие собой ЭМИ.

Источником радиоактивного заражения местности (РЗМ) являются: радионуклиды (X, Y), образовавшиеся как продукт ядерной реакции; непрореагировавшая часть ядерного заряда; наведенная радиоактивность в районе ядерного взрыва, образованная в грунте и других материалах под воздействием нейтронов.

Ударная волна - основной поражающий фактор ядерного взрыва. Большинство разрушений и повреждений зданий, железнодорожных сооружений и устройств, а также поражение людей обусловлено, как правило, воздействием ударной волны. В то же время защитить объекты от ударной волны гораздо труднее, чем от других поражающих факторов.

Сущность и основные параметры ударной волны ядерного взрыва аналогичны взрыву обычных взрывоопасных материалов (рассмотрены в главе 3).

Так как мощность ядерного взрыва во многих случаях значительно превышает мощность взрыва обычных взрывоопасных веществ, то радиус зоны ее поражающего действия значительно больше. (При увеличении мощности боеприпаса в 2³ = 8 раз радиус зоны поражения увеличивается в 2 раза.)

Распространение ударной волны ядерного взрыва на большие расстояния требует учета влияния на ее разрушающее и поражающее действие рельефа местности, лесных массивов в районе взрыва, а также метеоусловий.

Значения избыточных давлений во фронте воздушной ударной волны на равнинной местности, в зависимости от расстояний до центра (эпицентра)* взрыва, для ядерных боеприпасов различной мощности при наземном и воздушных взрывах приведены в прил. 1.

На долю ударной волны приходится около 50 % всей энергии ядерного взрыва.

Характер воздействия ударной волны на сооружения и людей приведен в главе 3.

Световое излучение ядерного взрыва - совокупность видимого света и близких к нему по спектру ультрафиолетовых и инфракрасных лучей.

 

 

Источник светового излучения - светящаяся область взрыва, состоящая из нагретых до высокой температуры веществ ядерного боеприпаса, воздуха и грунта (при наземном взрыве).

Из этой области излучается огромное количество энергии в чрезвычайно короткий промежуток времени, вследствие чего происходит быстрый нагрев облучаемых предметов, обугливание или воспламенение горючих материалов и ожог живых тканей.

На долю светового излучения приходится 30-40 % всей энергии ядерного взрыва. На открытой местности световое излучение обладает большим радиусом действия по сравнению с ударной волной и проникающей радиацией.

Основным параметром, характеризующим поражающее действие светового излучения, является световой импульс.

Световой импульс - это количество световой энергии, падающей на 1 м" освещаемой поверхности, перпендикулярной к направлению излучения, за все время свечения области взрыва (огненного шара).

В единицах системы СИ световой импульс измеряется в Дж/м². Внесистемная единица кал/см², 1 кал/см² = 42 Дж/м².

Продолжительность светового импульса t _с, с, зависит от мощности боеприпаса и определяется по формуле:

(6.2)

где q - мощность боеприпаса, кт.

Поглощенная световая энергия светового импульса преобразуется в тепловую, вызывает нагрев, воспламенение или разрушение элемента объекта.

Световые импульсы на различных расстояниях от центра взрыва в зависимости от его мощности приведены в табл. 6.1.

Так как общее количество энергии светового излучения пропорционально мощности взрыва, то световой импульс / для боеприпасов другой мощности на тех же расстояниях определяется по формуле:

(6.3)

где I₂ - искомый световой импульс для боеприпаса мощности q₂;

I₁ - световой импульс боеприпаса мощности q₂ для расстояния R (берется из табл. 6.1).

Световое излучение ядерного взрыва при непосредственном воздействии на людей вызывает ожоги открытых участков тела, временное ослепление или ожоги сетчатки глаза. Возможны вторичные ожоги, возникающие от пламени горящих зданий, растительности, воспламенившейся или тлеющей одежды.

 

Таблица 6.1