Поражающие факторы ядерного оружия.

Открытая лекция преподавателя

УЧЕБНЫЕ ВОПРОСЫ:

ЛИТЕРАТУРА:

ПЕРВЫЙ УЧЕБНЫЙ ВОПРОС:

«Ядерное оружие, его свойства и поражающие факторы».

В случае возникновения на территории России локальных воо­руженных конфликтов и развертывания широкомасштабных бое­вых действий, источниками чрезвычайных ситуаций военного ха­рактера будут являться современные обычные средства поражения, при высокой вероятности применения противником ядерного, хи­мического и биологического оружия. Рассмотрим устройство, прин­цип действия и поражающие факторы современных средств пора­жения.

Ядерное оружие (ЯО) - оружие массового поражения взрывного действия, основанное на использовании внутриядерной энергии, выделяющейся при цепных реакциях деления тяжелых ядер неко­торых изотопов урана и плутония или термоядерных реакциях син­теза легких ядер - изотопов водорода (дейтерия и трития) - в более тяжелые, например ядра изотопов гелия. Это оружие включает различные ядерные боеприпасы (боевые части ракет и торпед, авиационные и глубинные бомбы, артилле­рийские снаряды и мины, снаряженные ядерными зарядными уст­ройствами), средства управления ими и доставки к цели.

Ядерное оружие на настоящий момент является самым мощным оружием массового поражения, обладающим такими поражающи­ми факторами, как ударная волна, световое излучение, проникаю­щая радиация, радиоактивное заражение и электромагнитный им­пульс.Поражающее действие того или иного ядерного взрыва зависит от мощности использованного боеприпаса, вида взрыва и типа ядерного заряда.

Мощность ядерного взрыва принято характеризовать тротиловым эквивалентом. Это означает, что если мощность какого-либо ядерно­го взрыва равна 20 тыс. т, то при данном ядерном взрыве выделяется такая же энергия, как и при взрыве 20 тыс. т. тринитротолуола. Ядер­ные боеприпасы всех типов, в зависимости от мощности, подразделя­ются на сверхмалые (менее 1 тыс. т), малые (1-10 тыс. т), средние (10-100 тыс. т), крупные (100 - 1000 тыс. т) и сверхкрупные (более 1000 тыс. т).

Источником энергии ядерного взрыва являются процессы, про­исходящие в ядрах атомов химических элементов. При различных превращениях ядер - разделении тяжелых ядер на части (осколки) или соединении легких ядер - за малый промежуток времени осво­бождается огромное количество энергии, называемой ядерной энер­гией. Иногда, в зависимости от типа заряда, употребляют более узкие понятия, например: атомное (ядерное) оружие (устройства, в которых используются цепные реакции деления), термоядерное оружие (основанное на цепной реакции синтеза), комбинирован­ные заряды, нейтронное оружие.

В качестве ядерного заряда в атомных боеприпасах использует­ся плутоний-239, уран-235 и уран-233.

В ядерных боеприпасах ядра атомов вещества делятся при по­мощи нейтронов, которые сравнительно легко проникают в ядро атомов не преодолевая электрические силы отталкивания. При мас­се заряда большей его критической массы в миллионные доли се­кунды протекает цепная ядерная реакция деления атомных ядер, сопровождающаяся выделением огромного количества энергии.

Критическая масса зависит от вида делящего вещества, его чис­тоты и плотности, а также от формы заряда. Критическая масса ура-на-233 и плутония-239 при нормальной плотности и чистоте 93,5 % составляет около 17 кг, а урана-235 - 48 кг. Критическая масса уменьшается обратно пропорционально квадрату плотности деля­щегося вещества.

Основными частями ядерного боеприпаса являются: ядерное за­рядное устройство (ядерный заряд), блок подрыва с предохранителями и источниками питания и корпус боеприпаса. В состав ядерно­го заряда входит главная часть - ядерное взрывчатое вещество. Существуют два способа осуществления ядерного взрыва. Первый из них состоит в том, чтобы два или несколько подкритических кусков ядерного взрывчатого вещества (ЯВВ) быстро со­единить в один, размеры и масса которого больше критических. Для этого используется выстрел одной частью заряда в другую его часть, закрепленную в противоположном конце металлического цилиндра. Такие боеприпасы называют боеприпасами «пушечно­го типа».

Второй способ заключается в сильном обжатии подкритической массы ЯВВ, что повышает плотность вещества заряда в несколько раз и переводит систему в надкритическое состояние, так как критическая масса обратно пропорциональна квадрату плотности вещества. Необходимое для этого обжатие можно получить путем взрыва обычных взрывчатых веществ, окружающих со всех сторон сферический заряд с ЯВВ. Такой способ называется имплозивным.

В термоядерных боеприпасах используются ядерные реакции синтеза атомных ядер легких элементов дейтерия и трития. Взрыв ядерного детонатора вызывает нагрев термоядерного горючего, в результате чего происходит интенсивная реакция, сопровождающаяся выделение огромного количества энергии.

Первой фазой взрыва такого боеприпаса является деление урана (плутония), находящегося в ядерном детонаторе. При взрыве ядерного детонатора испускаются нейтроны и рентгеновское излучение, которые облучают, а возникшая ударная волна обжимает заряд дейтерида лития. Образование трития и резкое повышение температуры инициируют термоядерную реакцию в боеприпасе (вторая фаза взрыва), в результате которой происходит соединение ядер дейтерия и трития.

Если у заряда корпус изготовить из природного U-238, то быстрые нейтроны могут вызвать деление ядер U-238. Это будет третья фаза взрыва. Такие боеприпасы, основанные на принципе «деление-синтез-деление», называют трехфазными или комбинированными.

Развитие ядерного оружия привело к созданию нейтронных боеприпасов.

Нейтронный боеприпас представляет собой термоядерный заряд мощностью не более 10 тыс. т., у которого основная доля энергии и выделяется за счет реакции синтеза ядер дейтерия и трития, а количество энергии, получаемой в результате деления тяжелых ядер в детонаторе, минимально, но достаточно для начала реакции синтеза. Нейронная составляющая проникающей радиации малого по мощности ядерного взрыва будет оказывать основное поражающее воздействие на население. Так, для нейтронного боеприпаса на одинаковом расстоянии от эпицентра взрыва доза проникающей радиации примерно в 5-10 раз больше, чем для ядерного боеприпаса той же мощности.

Виды ядерных взрывов

Взрывы ядерных боеприпасов могут производиться в воздухе на различной высоте, на поверхности земли (воды), а также под землей (водой). В зависимости от этого ядерные взрывы принято разделять на следующие виды: высотный, воздушный, наземный, надводный, подземный и подводный.

Высотный взрыв (наименьшая высота взрыва - 10 км) применя­ется для поражения воздушных и космических целей (самолетов, головных частей крылатых ракет и др.), а наземные объекты, как правило, существенных разрушений не получают.

При воздушном ядерном взрыве (высота - от сотен метров, до нескольких километров) поражение людей и наземных объектов вызывается ударной волной, световым излучением и проникающей радиацией, радиоактивное заражение при этом практически отсут­ствует.

Наземный ядерный взрыв осуществляется непосредственно на поверхности земли или на незначительной высоте (до 100 м). При этом з грунте образуется воронка, а облако взрыва, вовлекая в себя большое количество грунта, обусловливает сильное радиоактив­ное заражение местности. Наземный ядерный взрыв применяется для поражения сооружений большой прочности и для сильного радиоактивного заражения местности.

Подземный взрыв - взрыв, произведенный под землей. Основ­ным поражающим фактором подземного ядерного взрыва являет­ся волна сжатия, распространяющаяся в грунте в виде продольных и поперечных сейсмических волн, скорость которых может дости­гать 5-10 км7с. При этом подземные сооружения получают разру­шения подобные разрушениям при землетрясениях. Вместе с тем, образуется сильное радиоактивное заражение в районе взрыва и по направлению движения облака, а световое излучение и прони­кающая радиация поглощаются грунтом.

Надводный взрыв - взрыв на поверхности воды или на такой высоте, при которой светящаяся область касается поверхности воды.

Вода и пар, образующийся под действием светового излучения, вовлекаются в облако взрыва, после остывания которого выпада­ют в виде радиоактивного дождя, вызывая сильное радиоактивное заражение прибрежной полосы местности и объектов, находящих­ся на суше и акватории.

При надводном взрыве основными поражающими факторами являются воздушная ударная волна и расходящиеся от эпицентра конические морские (океанические) волны.

Подводный взрыв - взрыв, произведенный под водой. При взры­ве выбрасывается столб воды с грибовидным облаком (султаном), диаметр которого достигает нескольких сотен метров, а высота нескольких километров. При оседании водяного столба у его ос­нования образуется вихревое кольцо радиоактивного тумана из капель водяных брызг (базисная волна).

Основным поражающим фактором подводного взрыва являет­ся ударная волна в воде, распространяющаяся со скоростью около 1500 м/с. Радиоактивное заражение обусловлено наличием радио­активного дождя, выпадающего из облаков, образованных из взрывного султана и базисной волны.

Поражающие факторы ядерного оружия.

Ударная волна является основным поражающим фактором ядер­ного взрыва. Большинство разрушений и повреждений зданий, со­оружений и оборудования объектов, а также поражений людей обусловлено, как правило, воздействием ударной волны.

В зависимости от того, в какой среде распространяется волна, ее называют соответственно воздушной ударной волной, ударной волной в воде и сейсмовзрывной волной в грунте.

Воздушная ударная волна представляет собой зону сильного сжатия воздуха, распространяющуюся во все стороны от центра взрыва со сверхзвуковой скоростью. Передняя граница волны на­зывается фронтом.

Ударная волна имеет фазу сжатия и фазу разряжения. В фазе сжатия ударной волны давление выше атмосферного, а в фазе раз­ряжения - ниже. Наибольшее давление воздуха наблюдается на внешней границе фазы сжатия, т.е. во фронте волны.

Как только ударная волна спустя некоторое время после взрыва дос­тигает определенной точки пространства, мгновенно в этой точке повышаются давление и температура, воздух начинает распрост­раняться в направлении ударной волны. Через некоторое время давление снижается и через время после подхода фронта удар­ной волны становится равным атмосферному. Дальнейшее умень­шение давления приводит к разряжению. В это время воздух начи­нает двигаться в сторону взрыва. Как только действие пониженного давления закончится, прекратится и движение воздуха.

Основными параметрами ударной волны, определяющими ее поражающее действие, являются: избыточное давление АРФ, ско­ростной напор АРСК и время действия ударной волны tув.

Избыточное давление во фронте ударной волны ЛРФ - это разни­ца между максимальным давлением воздуха во фронте ударной вол­ны Рф и атмосферным давлением РО, которая является основной ха­рактеристикой воздушной ударной волны, т.к. определяет скачок давления, который происходит практически мгновенно при подхо­де волны к месту регистрации давления. Единицей физической ве­личины АРФ является паскаль (Па) или кгс/см² (1 кгс/см²=10⁵ Па).

Скоростной напор РСК - это динамические нагрузки, создавае­мые потоками воздуха. Скоростной напор зависит от плотности воздушных масс и связан с избыточным давлением ударной вол­ны. Разрушительное действие скоростного напора заметно сказы­вается в местах с избыточным давлением более 50 КПа, где ско­рость перемещения воздуха более 100 м/с.

Время действия ударной волны t_ув - это время действия избы­точного давления, величина которого зависит от мощности взры­ва и измеряется в секундах.

Различные разрушения зданий и сооружений, вызываемые дей­ствием воздушной ударной волны, определяются, в основном, зна­чениями Рф и t_ув. Степень воздействия избыточного давления и скоростного напора в повреждении или разрушении объектов за­висит от размеров, конструкции объекта и степени его связи с зем­ной поверхностью.

Поражения людей вызываются как прямым действием ударной волны, так и косвенным (летящими обломками зданий, деревьями и др.). Характер и степень поражения людей зависят от избыточ­ного давления в подошедшей волне, положения в этот момент че­ловека и степени его защиты. Полученные при этом травмы при­нято делить на легкие (ΔРф=0,2-0,4 кгс/см²), средние (ΔРф=0,5 кгс/см²) и тяжёлые ( ΔРф>0,5 кгс/см²). При давлении свыше 1 кгс/см² трав­мы могут быть крайне тяжелыми и смертельными.

Основной способ защиты людей и техники от ударной волны – изоляция от ее действия в естественных и искусственных укрытиях и убежищах (канавах, оврагах, лощинах, щелях, траншеях, кюветах, погребах, защитных сооружениях).

Световое излучение

Световое излучение ядерного взрыва представляет собой элект­ромагнитное излучение оптического диапазона в видимой, ульт­рафиолетовой и инфракрасной областях спектра.

Энергия светового излучения поглощается поверхностями ос­вещаемых тел, которые при этом нагреваются. Температура нагрева зависит от многих факторов и может приводить к обугливанию, оплавлению и воспламенению поверхностей объектов.

Источником светового излучения является светящаяся область взрыва, состоящая из нагретых до высокой температуры паров материалов ядерного боеприпаса и воздуха, а при наземных взры­вах - и испарившегося грунта.

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

Основным параметром, характеризующим поражающее дей­ствие светового излучения, является световой импульс - количе­ство световой энергии, падающей на 1 см² освещаемой поверхнос­ти, перпендикулярной к направлению излучения, за все время свечения области взрыва (огненного шара). Световой импульс из­меряется в Дж/м² или в кал/см² (внесистемная единица), 1 кал/см²= 42 Дж/м².

Световой импульс в данной точке прямо пропорционален мощ­ности ядерного взрыва и обратно пропорционален квадрату рас­стояния до центра взрыва. На световой импульс влияют также вид ядерного взрыва, прозрачность атмосферы и другие факторы.

При наземных взрывах световой импульс на поверхности земли при тех же расстояниях примерно на 40 % меньше, чем при воздуш­ных взрывах такой же мощности. Объясняется это тем, что в гори­зонтальном направлении излучается не вся поверхность сферы ог­ненного шара, а лишь полусферы, хотя и большего радиуса.

Если земная поверхность хорошо отражает свет (снежный покров, асфальт и т.д.), то суммарный световой импульс (прямой и отражен­ный) при воздушном взрыве может быть больше прямого в 1,5-2 раза.

Поражение людей световым излучением выражается в появле­нии ожогов различных степеней открытых и защищенных одеж­дой участков кожи, а также в поражении глаз. Ожоги могут возни­кать как непосредственно от излучения, так и от пламени, возникшего при возгорании от светового излучения различных материалов.

Световое излучение в первую очередь воздействует на откры­тые участки тела (кисти рук, шею, лицо) и на глаза. Различают че­тыре степени ожогов: первой степени (поверхностное поражение кожи, ее покраснение); второй степени (образование пузырей); тре­тьей степени (омертвение глубоких слоев кожи); четвертой степени (обугливание кожи, подкожной клетчатки, а иногда и более глу­боких тканей).

Степень воздействия светового излучения на здания, сооруже­ния, технику и т.д. зависит от свойств их конструктивных материа­лов. Оплавление, обугливание и воспламенение материалов могут привести к возникновению пожаров.

Проникающая радиация

Проникающая радиация ядерного взрыва представляет собой поток гамма-излучения и нейтронов. Гамма-излучение и нейтронное излучение различны по своим физическим свойствам, но распространяются в воздухе одинаково -во все стороны на расстояния 2,5- 3 км.

Проходя через биологическую ткань, гамма кванты и нейтро­ны ионизируют атомы и молекулы, входящие в состав живых кле­ток, результатом чего является нарушение нормального обмена ве­ществ и изменение характера жизнедеятельности клеток, отдельных организмов и систем организма, что приводит к возникновению такого заболевания как лучевая болезнь.

Источником проникающей радиации являются ядерные реак­ции деления и синтеза, протекающие в боеприпасах в момент взры­ва, а также радиоактивный распад осколков деления.

Гамма-излучение представляет собой электромагнитное излуче­ние, испускаемое ядрами атомов при радиоактивных превращени­ях. По своей природе гамма-излучение подобно рентгеновскому, но обладает значительно большей энергией (меньшей длиной вол­ны), испускается отдельными порциями (квантами) и распростра­няется со скоростью 300 000 км/с.

Нейтронное излучение представляет собой поток нейтронов, распространяющийся со скоростью до 20 000 км/с. Так как нейтро­ны не имеют электрического заряда, они легко проникают в ядра атомов и захватываются ими. Нейтронное излучение оказывает сильное поражающее воздействие при внешнем облучении.

Время действия проникающей радиации при взрыве зарядов деления и комбинированных зарядов не превышает нескольких се­кунд и определяется временем подъема облака взрыва на такую высоту, при которой гамма-излучение поглощается толщей возду­ха и практически не достигает поверхности земли.

Поражающее действие проникающей радиации характеризует­ся дозой излучения, т.е. количеством энергии ионизирующих излу­чений, поглощенной единицей массы облучаемой среды. Различа­ют экспозиционную дозу и поглощенную дозу.

Экспозиционная доза характеризует потенциальную опасность воздействия ионизирующих излучений при общем и равномерном облучении тела человека. Ранее экспозиционная доза измерялась внесистемными единицами - рентгенами (Р). Один рентген - это та­кая доза рентгеновского или гамма-излучения, которая создает в 1 см³ воздуха 2,1-10 пар ионов. В системе единиц СИ экспозиционная доза измеряется в кулонах на килограмм (1 Р = 2,58-10'⁴ КЛ/кг).

Поглощенная доза более точно определяет воздействие ионизи­рующих излучений на биологические ткани организма, имеющие различный атомный состав и плотность. Измеряется поглощенная доза в радах (1 рад = 0,001 Дж/кг=100 эрг/г поглощенной тканями энергии). Единицей измерения поглощенной дозы в системе СИ является грей (1 ГР = 1 Дж/кг == 100 рад).

Поражающее действие нейтронов пропорционально дозе, изме­ряемой в радах.

Доза излучения зависит от типа ядерного взрыва, мощности и вида взрыва, а также от расстояния до центра взрыва. Проникаю­щая радиация является одним из основных поражающих факторов при взрывах нейтронных боеприпасов и боеприпасов сверхмалой и малой мощности.

Поражающее воздействие проникающей радиации на людей зависит от дозы излучения и времени, прошедшего после взрыва. В зависимости от дозы излучения различают четыре степени луче­вой болезни: I степень (легкая) возникает при суммарной дозе излучения 150-250 рад; II степень (средняя) - 250-400 рад; III степень (тяжелая) - 400-700 рад; IV степень - свыше 700 рад.

Наибольшей эффективностью ослабления действия этого поражающего фактора обладают защитные инженерные сооружения и специальные противорадиационные экраны. Ослабляет действие ионизирующих излучений на организм человека применение различных противорадиационных препаратов.

Радиоактивное заражение

Радиоактивное заражение местности, приземного слоя атмос­феры, воздушного пространства, воды и других объектов возника­ет в результате выпадения радиоактивных веществ из облака ядер­ного взрыва.

Особенность радиоактивного заражения, как поражающего фак­тора, определяется тем, что высокие уровни радиации могут на­блюдаться не только вблизи места взрыва, но и на большом удале­нии от него, а также опасностью радиоактивного заражения в течение нескольких суток и даже недель после взрыва.

Источниками радиоактивного заражения при ядерном взрыве являются: продукты (осколки) деления ядерных взрывчатых ве­ществ; радиоактивные изотопы (радионуклиды), образующиеся в грунте и других материалах под воздействием нейтронов; наведен­ная активность; не разделившаяся часть ядерного заряда.

Каждый радиоизотоп (радионуклид) распадается со своей ско­ростью. Для любого количества данного радионуклида характер­на следующая закономерность: половина общего числа ядер ато­мов распадается всегда за одинаковое время, называемое периодом полураспада (Т). Чем больше Т, тем дольше «живет» изотоп, со­здавая при этом ионизирующие излучения. Период полураспада для разных изотопов колеблется в широких пределах - от 8,05 су­ток -для иода-131, до 14 млрд. лет - для тория-232.

На местности, подвергшейся радиоактивному заражению при ядерном взрыве, образуются два участка: район взрыва и след об­лака.

Причиной заражения местности в районе взрыва являются осе­дание осколков деления и образование наведенной активности;

плотность заражения местности, уровни радиации на ней и дозы до полного распада радиоактивных веществ на границах зон зара­жения убывают с удалением от центра взрыва. Радиус заражения района взрыва не превышает 2 км.

Границы зон радиоактивного заражения с разной степенью опас­ности для людей можно характеризовать как мощностью дозы из­лучения на определенное время после взрыва, так и дозой до пол­ного распада радиоактивных веществ.

По степени опасности зараженную местность по следу облака взрыва принято делать на следующие четыре зоны:

Зона А – умеренного заражения характеризуется дозой излучения до полного распада радиоактивных веществ на внешней границе зоны Д = 40 рад, на внутренней границе Д = 400 рад.

Зона Б - сильного заражения. Дозы излучения на границах рав­ны соответственно Д = 400 рад и Д = 1200 рад.

Зона В - опасного заражения характеризуется дозами излучения на границах Д = 1200 рад и Д = 4000 рад, а зона Г - чрезвычай­но опасного заражения – Д = 4000 рад и Д = 7000 рад.

Уровни радиации на внешних границах этих зон через 1 час после взрыва составляют соответственно: 8, 80, 240, 800 рад/ч.

Характерной особенностью радиоактивного заражения являет­ся спад уровня радиации со временем вследствие распада радиоак­тивных веществ.

Большая часть радиоактивных осадков, вызывающая радиоак­тивное заражение местности, выпадает из облака за 10...20 ч после ядерного взрыва. К этому моменту и заканчивается формирование радиоактивного следа облака. Однако на том или ином участке местности, над которым проходит радиоактивное облако, выпаде­ние радиоактивных осадков продолжается от нескольких минут до 2 ч и более.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: