За счет чего происходит взрыв атомной бомбы. Поражающие факторы ядерного взрыва

Взрывного действия, основанное на использовании внутриядерной энергии, выделяющейся при цепных реакциях деления тяжелых ядер некоторых изотопов урана и плутония или при термоядерных реакциях синтеза изотопов водорода (дейтерия и трития) в более тяжелые, например ядра изогона гелия. При термоядерных реакциях выделяется энергии в 5 раз больше, чем при реакциях деления (при одной и той же массе ядер).

Ядерное оружие включает различные ядерные боеприпасы, средства доставки их к цели (носители) и средства управления.

В зависимости от способа получения ядерной энергии боеприпасы подразделяют на ядерные (на реакциях деления), термоядерные (на реакциях синтеза), комбинированные (в которых энергия получается по схеме «деление — синтез — деление»). Мощность ядерных боеприпасов измеряется тротиловым эквивалентом, т. с. массой взрывчатого вещества тротила, при взрыве которою выделяется такое количество энергии, как при взрыве данного ядерного босирипаса. Тротиловый эквивалент измеряется в тоннах, килотоннах (кт), мегатоннах (Мт).

На реакциях деления конструируются боеприпасы мощностью до 100 кт, на реакциях синтеза — от 100 до 1000 кт (1 Мт). Комбинированные боеприпасы могут быть мощностью более 1 Мт. По мощности ядерные боеприпасы делят на сверхмалые (до 1 кг), малые (1 -10 кт), средние (10-100 кт) и сверхкрупные (более 1 Мт).

В зависимости от целей применения ядерного оружия ядерные взрывы могут быть высотными (выше 10 км), воздушными (не выше 10 км), наземными (надводными), подземными (подводными).

Поражающие факторы ядерного взрыва

Основными поражающими факторами ядерного взрыва являются: ударная волна, световое излучение ядерного взрыва, проникающая радиация, радиоактивное заражение местности и электромагнитный импульс.

Ударная волна

Ударная волна (УВ) — область резко сжатого воздуха, распространяющаяся во все стороны от центра взрыва со сверхзвуковой скоростью.

Раскаленные пары и газы, стремясь расшириться, производят резкий удар по окружающим слоям воздуха, сжимают их до больших давлений и плотности и нагревают до высокой температуры (несколько десятков тысяч градусов). Этот слой сжатого воздуха представляет ударную волну. Передняя граница сжатого слоя воздуха называется фронтом ударной волны. За фронтом УВ следует область разряжения, где давление ниже атмосферного. Вблизи центра взрыва скорость распространения УВ в несколько раз превышает скорость звука. С увеличением расстояния от места взрыва скорость распространения волны быстро падает. На больших расстояниях ее скорость приближается к скорости распространения звука в воздухе.

Ударная волна боеприпаса средней мощности проходит: первый километр за 1,4 с; второй — за 4 с; пятый — за 12 с.

Поражающее воздействие УВ на людей, технику, здания и сооружения характеризуется: скоростным напором; избыточным давлением во фронте движения УВ и временем ее воздействия на объект (фаза сжатия).

Воздействие УВ на людей может быть непосредственным и косвенным. При непосредственном воздействии причиной травм является мгновенное повышение давления воздуха, что воспринимается как резкий удар, ведущий к переломам, повреждению внутренних органов, разрыву кровеносных сосудов. При косвенном воздействии люди поражаются летящими обломками зданий и сооружений, камнями, деревьями, битым стеклом и другими предметами. Косвенное воздействие достигает 80 % от всех поражений.

При избыточном давлении 20-40 кПа (0,2-0,4 кгс/см 2) незащищенные люди могут получить легкие поражения (легкие ушибы и контузии). Воздействие УВ с избыточным давлением 40-60 кПа приводит к поражениям средней тяжести: потеря сознания, повреждение органов слуха, сильные вывихи конечностей, поражения внутренних органов. Крайне тяжелые поражения, нередко со смертельным исходом, наблюдаются при избыточном давлении свыше 100 кПа.

Степень поражения ударной волной различных объектов зависит от мощности и вида взрыва, механической прочности (устойчивости объекта), а также от расстояния, на котором произошел взрыв, рельефа местности и положения объектов на местности.

Для защиты от воздействия УВ следует использовать: траншеи, щели и окопы, снижающие се действие в 1,5-2 раза; блиндажи — в 2-3 раза; убежища — в 3-5 раз; подвалы домов (зданий); рельеф местности (лес, овраги, лощины и т. д.).

Световое излучение

Световое излучение — это поток лучистой энергии, включающий ультрафиолетовые, видимые и инфракрасные лучи.

Его источник — светящаяся область, образуемая раскаленными продуктами взрыва и раскаленным воздухом. Световое излучение распространяется практически мгновенно и длится, в зависимости от мощности ядерного взрыва, до 20 с. Однако сила его такова, что, несмотря на кратковременность, оно способно вызывать ожоги кожи (кожных покровов), поражение (постоянное или временное) органов зрения людей и возгорание горючих материалов объектов. В момент образования светящейся области температура на ее поверхности достигает десятков тысяч градусов. Основным поражающим фактором светового излучения является световой импульс.

Световой импульс — количество энергии в калориях, падающей на единицу площади поверхности, перпендикулярной направлению излучения, за все время свечения.

Ослабление светового излучения возможно вследствие экранирования его атмосферной облачностью, неровностями местности, растительностью и местными предметами, снегопадом или дымом. Так, густой лее ослабляет световой импульс в А-9 раз, редкий — в 2-4 раза, а дымовые (аэрозольные) завесы — в 10 раз.

Для защиты населения от световою излучения необходимо использовать защитные сооружения, подвалы домов и зданий, защитные свойства местности. Любая преграда, способная создать тень, защищает от прямого действия светового излучения и исключает ожоги.

Проникающая радиация

Проникающая радиация — ноток гамма-лучей и нейтронов, излучаемых из зоны ядерного взрыва. Время ее действия составляет 10-15 с, дальность — 2-3 км от центра взрыва.

При обычных ядерных взрывах нейтроны составляют примерно 30 %, при взрыве нейтронных боеприпасов — 70-80 % от у-излучения.

Поражающее действие проникающей радиации основано на ионизации клеток (молекул) живого организма, приводящей к гибели. Нейтроны, кроме того, взаимодействуют с ядрами атомов некоторых материалов и могут вызвать в металлах и технике наведенную активность.

Основным параметром, характеризующим проникающую радиацию, является: для у-излучений — доза и мощность дозы излучения, а для нейтронов — поток и плотность потока.

Допустимые дозы облучения населения в военное время: однократная — в течение 4 суток 50 Р; многократная — в течение 10-30 суток 100 Р; в течение квартала — 200 Р; в течение года — 300 Р.

В результате прохождения излучений через материалы окружающей среды уменьшается интенсивность излучения. Ослабляющее действие принято характеризовать слоем половинного ослабления, т. с. такой толщиной материала, проходя через которую радиация уменьшается в 2 раза. Например, в 2 раза ослабляют интенсивность у-лучей: сталь толщиной 2,8 см, бетон — 10 см, грунт — 14 см, дерево — 30 см.

В качестве защиты от проникающей радиации используются защитные сооружения , которые ослабляют ее воздействие от 200 до 5000 раз. Слой фунта в 1,5 м защищает от проникающей радиации практически полностью.

Радиоактивное загрязнение (заражение)

Радиоактивное загрязнение воздуха, местности, акватории и расположенных на них объектов происходит в результате выпадения радиоактивных веществ (РВ) из облака ядерного взрыва.

При температуре примерно 1700 °С свечение светящейся области ядерного взрыва прекращается и она превращается в темное облако, к которому поднимается пылевой столб (поэтому облако имеет грибовидную форму). Это облако движется по направлению ветра, и из него выпадают РВ.

Источниками РВ в облаке являются продукты деления ядерного горючего (урана, плутония), непрореагировавшая часть ядерного горючего и радиоактивные изотопы, образующиеся в результате действия нейтронов на грунт (наведенная активность). Эти РВ, находясь на загрязненных объектах, распадаются, испуская ионизирующие излучения, которые фактически и являются поражающим фактором.

Параметрами радиоактивного загрязнения являются доза облучения (по воздействию на людей) и мощность дозы излучения — уровень радиации (по степени загрязнения местности и различных объектов). Эти параметры являются количественной характеристикой поражающих факторов: радиоактивного загрязнения при аварии с выбросом РВ, а также радиоактивною загрязнения и проникающей радиации при ядерном взрыве.

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

По степени опасности зараженную местность по следу облака взрыва принято делить на четыре зоны (рис. 1):

Зона А — зона умеренного заражения. Характеризуется дозой излучения до полного распада радиоактивных веществ на внешней границе зоны 40 рад и на внутренней — 400 рад. Площадь зоны А составляет 70-80 % площади всего следа.

Зона Б — зона сильного заражения. Дозы излучения на границах равны соответственно 400 рад и 1200 рад. Площадь зоны Б — примерно 10 % площади радиоактивною следа.

Зона В — зона опасного заражения. Характеризуется дозами излучения на границах 1200 рад и 4000 рад.

Зона Г — зона чрезвычайно опасного заражения. Дозы на границах 4000 рад и 7000 рад.

Рис. 1. Схема радиоактивного загрязнения местности в районе ядерного взрыва и по следу движения облака

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

Большая часть радиоактивных осадков, вызывающая радиоактивное заражение местности, выпадает из облака за 10-20 ч после ядерного взрыва.

Электромагнитный импульс

Электромагнитный импульс (ЭМИ) — это совокупность электрических и магнитных полей, возникающих в результате ионизации атомов среды под воздействием гамма-излучения. Продолжительность его действия составляет несколько миллисекунд.

Основными параметрами ЭМИ являются наводимые в проводах и кабельных линиях токи и напряжения, которые могут приводить к повреждению и выводу из строя радиоэлектронной аппаратуры, а иногда и к повреждению работающих с аппаратурой людей.

При наземном и воздушном взрывах поражающее действие электромагнитного импульса наблюдается на расстоянии нескольких километров от центра ядерного взрыва.

Наиболее эффективной защитой от электромагнитного импульса является экранирование линий энергоснабжения и управления, а также радио- и электроаппаратуры.

Обстановка, складывающаяся при применении ядерного оружия в очагах поражения.

Очаг ядерного поражения — это территория, в пределах которой в результате применения ядерного оружия произошли массовые поражения и гибель людей, сельскохозяйственных животных и растений, разрушения и повреждения зданий и сооружений, коммунально-энергетических и технологических сетей и линий, транспортных коммуникаций и других объектов.

Зоны очага ядерного взрыва

Для определения характера возможных разрушений, объема и условий проведения аварийно-спасательных и других неотложных работ очаг ядерного поражения условно делят на четыре зоны: полных, сильных, средних и слабых разрушений.

Зона полных разрушений имеет па границе избыточное давление на фронте ударной волны 50 кПа и характеризуется массовыми безвозвратными потерями среди незащищенного населения (до 100 %), полными разрушениями зданий и сооружений, разрушениями и повреждениями коммунально-энергетических и технологических сетей и линий, а также части убежищ гражданской обороны, образованием сплошных завалов в населенных пунктах. Лес полностью уничтожается.

Зона сильных разрушений с избыточным давлением на фронте ударной волны от 30 до 50 кПа характеризуется: массовыми безвозвратными потерями (до 90 %) среди незащищенного населения, полными и сильными разрушениями зданий и сооружений, повреждением коммунально- энергетических и технологических сетей и линий, образованием местных и сплошных завалов в населенных пунктах и лесах, сохранением убежищ и большинства противорадиационных укрытий подвального типа.

Зона средних разрушений с избыточным давлением от 20 до 30 кПа характеризуется безвозвратными потерями среди населения (до 20 %), средними и сильными разрушениями зданий и сооружений, образованием местных и очаговых завалов, сплошных пожаров, сохранением коммунально-энергетических сетей, убежищ и большинства противорадиационных укрытий.

Зона слабых разрушений с избыточным давлением от 10 до 20 кПа характеризуется слабыми и средними разрушениями зданий и сооружений.

Очаг поражения но количеству погибших и пораженных может быть соизмерим или превосходить очаг поражения при землетрясении. Так, при бомбежке (мощность бомбы до 20 кт) города Хиросима 6 августа 1945 г. его большая часть (60 %) была разрушена, а число погибших составило до 140 000 чел.

Персонал объектов экономики и население, попадающие в зоны радиоактивного заражения, подвергаются воздействию ионизирующих излучений, что вызывает лучевую болезнь. Тяжесть болезни зависит от полученной дозы излучения (облучения). Зависимость степени лучевой болезни от величины дозы излучения приведена в табл. 2.

Таблица 2. Зависимость степени лучевой болезни от величины дозы облучения

В условиях военных действий с применением ядерного оружия в зонах радиоактивного заражения могут оказаться обширные территории, а облучение людей — принять массовый характер. Для исключения переоблучения персонала объектов и населения в таких условиях и для повышения устойчивости функционирования объектов народного хозяйства в условиях радиоактивного заражения па военное время устанавливают допустимые дозы облучения. Они составляют:

• при однократном облучении (до 4 суток) — 50 рад;
• многократном облучении: а) до 30 суток — 100 рад; б) 90 суток — 200 рад;
• систематическом облучении (в течение года) 300 рад.

Вызванные применением ядерного оружия, наиболее сложные. Для их ликвидации необходимы несоизмеримо большие силы и средства, чем при ликвидации ЧС мирного времени.

Все создатели ядерного оружия искренне полагали, что они делают благое дело, спасая мир от «коричневой чумы», «коммунистической заразы» и «империалистической экспансии». Для стран, стремившихся к обладанию энергией атома, это было архиважной задачей — бомба выступала символом и гарантом их национальной безопасности и спокойного будущего. Самое смертоносное из всех изобретенных человеком орудий убийства в глазах создателей было и самым мощным гарантом мира на Земле.

В основе деления и синтеза

Десятилетия, прошедшие после печальных событий начала августа 1945 года - взрывов американских атомных бомб над японскими городами Хиросима и Нагасаки, - подтвердили правоту ученых, давших в руки политиков небывалое оружие нападения и возмездия. Двух боевых применений вполне хватило для того, чтобы мы смогли прожить 60 лет, обходясь в военных действиях без применения ядерного оружия. И очень хочется надеяться на то, что данный вид оружия так и останется главным сдерживающим фактором новой мировой войны и никогда не будет применен по боевому назначению.

Ядерное оружие определяют как «оружие массового поражения взрывного действия, основанное на использовании энергии, выделяющейся при ядерных реакциях деления или синтеза». Соответственно ядерные заряды разделяют на ядерные и термоядерные. Пути освобождения энергии атомного ядра с помощью деления или синтеза были понятны физикам уже к концу 1930-х годов. Первый путь предполагал цепную реакцию деления ядер тяжелых элементов, второй - слияние ядер легких элементов с образованием более тяжелого ядра. Мощность ядерного заряда обычно выражают через «тротиловый эквивалент», то есть количество обычного взрывчатого вещества тротила, которое нужно взорвать, чтобы высвободилась такая же энергия. Одна ядерная бомба может быть эквивалентна по такой шкале миллиону тонн тротила, однако последствия от ее взрыва могут оказаться гораздо хуже, чем от взрыва миллиарда тонн обычной взрывчатки.

Последствия обогащения

Для получения ядерной энергии путем деления особый интерес представляют ядра изотопов урана с атомным весом 233 и 235 (233 U и 235 U) и плутония - 239 (239 Pu), делящиеся под воздействием нейтронов. Связь частиц во всех ядрах обусловлена сильным взаимодействием, особо эффективным на малых расстояниях. В крупных ядрах тяжелых элементов эта связь слабее, поскольку электростатические силы отталкивания между протонами как бы «разрыхляют» ядро. Распад ядра тяжелого элемента под действием нейтрона на два быстро летящих осколка сопровождается высвобождением большого количества энергии, испусканием гамма-квантов и нейтронов - в среднем 2,46 нейтрона на одно распавшееся урановое ядро и 3,0 - на одно плутониевое. Благодаря тому что при распаде ядер число нейтронов резко возрастает, реакция деления может мгновенно охватить все ядерное горючее. Так происходит при достижении «критической массы», когда начинается цепная реакция деления, приводящая к атомному взрыву.

1 - корпус
2 - взрывной механизм
3 - обычное взрывчатое вещество
4 - электродетонатор
5 - нейтронный отражатель
6 - ядерное горючее (235U)
7 - источник нейтронов
8 - процесс обжатия ядерного горючего направленным внутрь взрывом

В зависимости от способа получения критической массы различают атомные боеприпасы пушечного и имплозивного типа. В простом боеприпасе пушечного типа две массы 235 U, каждая из которых меньше критической, соединяются с помощью заряда обычного взрывчатого вещества (ВВ) путем выстрела из своеобразной внутренней пушки. Ядерное горючее можно разделить и на большее число частей, которые будут соединяться взрывом окружающего их ВВ. Такая схема сложнее, но позволяет достигать больших мощностей заряда.

В боеприпасе имплозивного типа уран 235 U или плутоний 239 Pu обжимается взрывом расположенного вокруг них обычного взрывчатого вещества. Под действием взрывной волны плотность урана или плутония резко повышается и «надкритическая масса» достигается при меньшем количестве делящегося материала. Для более эффективного протекания цепной реакции горючее в боеприпасах обоих типов окружают нейтронным отражателем, например на основе бериллия, а для инициирования реакции в центре заряда располагают источник нейтронов.

Изотопа 235 U, необходимого для создания ядерного заряда, в природном уране содержится всего 0,7%, остальное - стабильный изотоп 238 U. Для получения достаточного количества разделяющегося материала производят обогащение природного урана, и это было одной из самых сложных в техническом плане задач при создании атомной бомбы. Плутоний получают искусственно - он накапливается в промышленных ядерных реакторах, за счет превращения 238 U в 239 Pu под действием потока нейтронов.

Клуб взаимного устрашения
Взрыв советской ядерной бомбы 29 августа 1949 года сообщил всем об окончании американской ядерной монополии. Но ядерная гонка только разворачивалась, к ней очень скоро присоединились новые участники.

3 октября 1952 года взрывом собственного заряда заявила о вступлении в «ядерный клуб» Великобритания, 13 февраля 1960 года - Франция, а 16 октября 1964 года - Китай.

Политическое воздействие ядерного оружия как средства взаимного шантажа хорошо известно. Угроза быстрого нанесения противнику мощного ответного ядерного удара была и остается главным сдерживающим фактором, вынуждающим агрессора искать другие пути ведения военных действий. Это проявилось и в специфическом характере третьей мировой войны, осторожно именовавшейся «холодной».

Официальная «ядерная стратегия» хорошо отражала и оценку общей военной мощи. Так, если вполне уверенное в своей силе государство СССР в 1982 году объявило о «неприменении ядерного оружия первым», то ельцинская Россия вынуждена была объявить о возможности применения ядерного оружия даже против «неядерного» противника. «Ракетно-ядерный щит» и сегодня остался главной гарантией от внешней опасности и одной из основных опор самостоятельной политики. США в 2003 году, когда агрессия против Ирака была уже решенным делом, от болтовни о «несмертельном» оружии перешли к угрозе «возможного использования тактического ядерного оружия». Другой пример. Уже в первые годы XXI века «ядерный клуб» пополнили Индия и Пакистан. И почти сразу последовало резкое обострение противостояния на их границе.

Эксперты МАГАТЭ и пресса давно утверждают, что Израиль «в состоянии» произвести несколько десятков ядерных боеприпасов. Израильтяне же предпочитают загадочно улыбаться - сама возможность наличия ядерного оружия остается мощным средством давления даже в региональных конфликтах.

Согласно имплозивной схеме

При достаточном сближении ядер легких элементов между ними начинают действовать ядерные силы притяжения, что делает возможным синтез ядер более тяжелых элементов, который, как известно, продуктивнее распада. Полный синтез в 1 кг смеси, оптимальной для термоядерной реакции, дает энергии в 3,7-4,2 раза больше, чем полный распад 1кг урана 235 U. К тому же для термоядерного заряда не существует понятия критической массы, а именно это ограничивает возможную мощность ядерного заряда несколькими сотнями килотонн. Синтез позволяет достичь уровня мощности в мегатонны тротилового эквивалента. Но для этого ядра надо сблизить на такое расстояние, при котором проявятся сильные взаимодействия - 10 -15 м. Сближению препятствует электростатическое отталкивание между положительно заряженными ядрами. Чтобы преодолеть этот барьер, надо разогреть вещество до температуры в десятки миллионов градусов (откуда и название «термоядерная реакция»). При достижении сверхвысоких температур и состояния плотной ионизированной плазмы вероятность начала реакции синтеза резко повышается. Наибольшие шансы имеют ядра тяжелого (дейтерий, D) и сверхтяжелого (тритий, T) изотопов водорода, поэтому первые термоядерные заряды и именовали «водородными». При синтезе они образуют изотоп гелия 4 Нe. Дело остается за малым - достичь таких высоких температур и давления, какие бывают внутри звезд. Термоядерные боеприпасы делят на двухфазные (делениесинтез) и трехфазные (делениесинтез-деление). Однофазным делением считается ядерный или «атомный» заряд. Первая схема двухфазного заряда была найдена в начале 1950-х Я.Б. Зельдовичем, А.Д. Сахаровым и Ю.А. Трутневым в СССР и Э. Теллером и С. Уламом в США. В основе лежала идея «радиационной имплозии» - метода, при котором нагрев и обжатие термоядерного заряда происходят за счет испарения окружающей его оболочки. В процессе получался целый каскад взрывов - обычная взрывчатка запускала атомную бомбу, а атомная бомба поджигала термоядерную. В качестве термоядерного топлива тогда использовали дейтерид лития-6 (6 LiD). При ядерном взрыве изотоп 6 Li активно захватывал нейтроны деления, распадаясь на гелий и тритий, образуя необходимую для реакции синтеза смесь дейтерия и трития.

22 ноября 1955 года была взорвана первая советская термоядерная бомба проектной мощностью около 3 Мт (за счет замены части 6 LiD на пассивный материал мощность снизили до 1,6 Мт). Это было более совершенное оружие, нежели громоздкое стационарное устройство, взорванное американцами тремя годами ранее. А 23 февраля 1958 года уже на Новой Земле испытали следующий, более мощный заряд конструкции Ю.А. Трутнева и Ю.Н. Бабаева, ставший основой для дальнейшего развития отечественных термоядерных зарядов.

В трехфазной схеме термоядерный заряд окружен еще и оболочкой из 238 U. Под воздействием нейтронов высоких энергий, образующихся при термоядерном взрыве, происходит деление ядер 238 U, которое вносит дополнительный вклад в энергию взрыва.

Детонацию ядерных боеприпасов обеспечивают сложные многоступенчатые системы, включающие блокировочные устройства, исполнительные, вспомогательные, дублирующие узлы. Свидетельством их надежности и прочности корпусов боеприпасов может служить то, что ни одна из многих аварий с ядерным оружием, случившихся за 60 лет, не вызвала взрыва или радиоактивной утечки. Бомбы горели, попадали в авто- и железнодорожные катастрофы, отрывались от самолетов и падали на землю и в море, но ни одна при этом не взорвалась самопроизвольно.

Термоядерные реакции превращают в энергию взрыва всего 1-2% массы реагирующего вещества, и это далеко не предел с точки зрения современной физики. Значительно более высоких мощностей можно достичь, используя реакцию аннигиляции (взаимоуничтожение вещества и антивещества). Но пока реализация таких процессов в «макромасштабах» - область теории.

Поражающее действие воздушного ядерного взрыва мощностью 20 кт. Для наглядности поражающие факторы ядерного взрыва «разложены» по отдельным «линейкам». Принято различать зоны умеренного (зона А, доза радиации, полученная за время полного распада, от 40 до 400 р), сильного (зона Б, 400-1 200 р), опасного (зона В, 1 200–4 000 р), особо опасного (зона Г, чрезвычайная, 4 000–10 000 р) заражения

Мертвые пустыни
Поражающие факторы ядерного оружия, возможные способы их усиления, с одной стороны, и защиты от них - с другой проверялись в ходе многочисленных испытаний, в том числе - с участием войск. В Советской Армии провели два войсковых учения с реальным применением ядерного оружия - 14 сентября 1954 года на Тоцком полигоне (Оренбургская область) и 10 сентября 1956 года на Семипалатинском. Об этом в отечественной прессе в последние годы вышло много публикаций, в которых почему-то упустили тот факт, что в США провели восемь аналогичных войсковых учений. Одно из них - «Дезерт Рок-IV» - прошло примерно в то же время, что и Тоцкое, в Юкка-Флэт (штат Невада).

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

Реактивная катапульта

Всякое оружие должно содержать способ доставки боеприпаса к цели. Для ядерных и термоядерных зарядов таких способов придумано немало к разным видам вооруженных сил и родам войск. Ядерное оружие принято разделять на «стратегическое» и «тактическое». «Стратегические наступательные вооружения» (СНВ) предназначены прежде всего для поражения на территории противника целей, наиболее важных для его экономики и вооруженных сил. Основными элементами СНВ являются межконтинентальные баллистические ракеты наземного базирования (МБР), баллистические ракеты подводных лодок (БРПЛ) и стратегические бомбардировщики. В США такое сочетание получило название «ядерной триады». В СССР основная роль отводилась Ракетным войскам стратегического назначения, чья группировка стратегических МБР служила для противника главным сдерживающим фактором. На ракетные подводные крейсера, считавшиеся менее уязвимыми при ядерном нападении противника, возлагалось нанесение ответного удара. Бомбардировщики предназначались для продолжения войны после обмена ядерными ударами. Тактическое оружие - оружие поля боя.

Диапазон мощности
По мощности ядерных боеприпасов их делят на сверхмалые (до 1 кт), малые (от 1 до 10 кт), средние (от 10 до 100 кт), крупные (от 100 кт до 1 Мт), сверхкрупные (свыше 1 Мт). То есть Хиросима и Нагасаки оказываются в нижней части шкалы «средних» боеприпасов.

В СССР на полигоне Новая Земля 30 октября 1961 года взорвали самый мощный термоядерный заряд (основные разработчики - В.Б. Адамский, Ю.Н. Бабаев, А.Д. Сахаров, Ю.Н. Смирнов и Ю.А. Трутнев). Проектная мощность «супербомбы» массой около 26 т достигала 100 Мт, но для испытаний ее «уполовинили» до 50 Мт, а подрыв на высоте 4 000 м и ряд дополнительных мер исключили опасное радиоактивное загрязнение местности. А.Д. Сахаров предлагал морякам изготовить гигантскую торпеду со стомегатонным зарядом для удара по портам и прибрежным городам противника. По его же воспоминаниям: «контр-адмирал П.Ф. Фокин… был шокирован «людоедским характером» проекта и заметил в разговоре со мной, что военные моряки привыкли бороться с вооруженным противником в открытом бою и что для него отвратительна сама мысль о таком массовом убийстве» (цитируется по А.Б. Колдобскому «Стратегический подводный флот СССР и России, прошлое, настоящее, будущее»). Видный конструктор ядерного оружия Л.П. Феоктистов высказывается об этой идее: «В наших кругах она была широко известна и вызывала и иронию своей несбыточностью, и полное неприятие ввиду кощунственной, глубоко антигуманной сущности».

Американцы свой самый мощный взрыв в 15 Мт произвели 1 марта 1954 года у атолла Бикини в Тихом океане. И снова не без последствий для японцев - радиоактивные осадки накрыли находившийся более чем в 200 км от Бикини японский траулер «Фукурю-мару». 23 рыбака получили высокую дозу радиации, один скончался от лучевой болезни.

Самым «малым» тактическим ядерным оружием можно считать американскую систему «Дэви Крокет» 1961 года - 120- и 155-мм безоткатные орудия с ядерным снарядом в 0,01 кт. Впрочем, от системы вскоре отказались. Идею «атомной пули» на основе калифорния-254 (искусственно получаемого элемента с очень малой критической массой) не стали и реализовывать.

Ядерная зима
К концу 1970-х годов ядерный паритет противостоящих сверхдержав по всем компонентам и тупик «ядерной стратегии» стали очевидны. И тут - очень своевременно - вышла на арену теория «ядерной зимы». С советской стороны среди ее создателей называют академиков Н.Н. Моисеева и Г.С. Голицына, с американской - астронома К. Сагана. Г.С. Голицын вкратце так излагает последствия ядерной войны: «Массовые пожары. Небо черное от дыма. Пепел и дым поглощают солнечное излучение. Атмосфера нагревается, а поверхность остывает - солнечные лучи до нее не доходят. Уменьшаются все эффекты, связанные с испарениями. Прекращаются муссоны, которые переносят влагу с океанов на континенты. Атмосфера становится сухой и холодной. Все живое погибает». То есть независимо от наличия убежищ и уровня радиации выжившие в ядерной войне обречены на смерть просто от голода и холода. Теория получила свое «математическое» численное подтверждение и немало взбудоражила умы в 1980-е годы, хотя сразу же встретила неприятие в научных кругах. Многие специалисты сходились на мнении о том, что в теории ядерной зимы научная достоверность принесена в жертву гуманитарным, а точнее, политическим, устремлениям - ускорить ядерное разоружение. Этим и объясняется ее популярность.

Ограничение ядерных вооружений было вполне логично и явилось успехом не дипломатии и «экологов» (которые часто становятся просто инструментом текущей политики), а военной технологии. Высокоточное оружие, способное на дальности в несколько сот километров «положить» обычный заряд с точностью до десятков метров, генераторы мощных электромагнитных импульсов, выводящие из строя радиоэлектронные средства, объемно-детонирующие и термобарические боеприпасы, создающие обширные зоны разрушения, позволяют решать те же задачи, что и тактическое ядерное оружие, - без риска вызвать всеобщую ядерную катастрофу.

Вариации пусков

Управляемые ракеты - главный носитель ядерного оружия. Ракеты межконтинентальной дальности с ядерными боевыми частями - наиболее грозная составляющая ядерных арсеналов. Боеголовка (боевой блок) доставляется к цели за минимальное время, при этом представляет собой трудно поражаемую цель. С ростом точности попадания МБР превратились в средство поражения хорошо защищенных целей, включая жизненно важные объекты военного и гражданского назначения. Существенно повысили эффективность ракетно-ядерного оружия разделяющиеся боеголовки. Так, 20 боеприпасов по 50 кт по эффективности аналогичны одному в 10 Мт. Разделившиеся головки индивидуального наведения легче прорывают систему противоракетной обороны (ПРО), чем моноблочная. Разработка маневрирующих боевых блоков, траекторию которых противник не может просчитать, еще более затруднила работу ПРО.

МБР наземного базирования сейчас устанавливают либо в шахты, либо на мобильные установки. Шахтная установка - наиболее защищенная и готовая к немедленному пуску. Американская ракета шахтного базирования «Минитмэн-3» может доставить на дальность до 13 000 км разделяющуюся боеголовку с тремя блоками по 200 кт каждый, российская Р-36М - на 10 000 км боеголовку из 8 блоков мегатонного класса (возможна и моноблочная боевая часть). «Минометный» пуск (без яркого факела двигателя), мощный комплекс средств преодоления ПРО усиливают грозный облик ракет Р-36М и Н, названных на Западе SS-18 «Сатана». Но шахта стационарна, как ее ни прячь, и со временем ее точные координаты окажутся в полетной программе боевых блоков противника. Другой вариант базирования стратегических ракет - мобильный комплекс, с помощью которого можно держать противника в неведении о месте пуска. Например, боевой железнодорожный ракетный комплекс, замаскированный под обычный состав с пассажирскими и рефрижераторными вагонами. Пуск ракеты (например - РТ-23УТТХ с 10 боевыми блоками и дальностью стрельбы до 10 000 км) можно произвести с любого участка пути железной дороги. Тяжелые вездеходные колесные шасси позволили разместить пусковые установки МБР и на них. Скажем, российская универсальная ракета «Тополь-М» (РС-12М2 или SS-27) с моноблочной боевой частью и дальностью полета до 10 000 км, поставленная на боевое дежурство в конце 1990-х, предназначена для шахтных и мобильных грунтовых установок, предусмотрено ее базирование и на подводные лодки. Боевая часть этой ракеты при весе 1,2 тонны имеет мощность 550 кт, то есть каждый килограмм ядерного заряда в данном случае эквивалентен почти 500 тоннам взрывчатки.

Основной способ повысить внезапность удара и оставить противнику меньше времени на реакцию - сократить подлетное время, разместив пусковые установки ближе к нему. Этим противостоящие стороны занимались весьма активно, создавая оперативно-тактические ракеты. Договор, подписанный М. Горбачевым и Р. Рейганом 8 декабря 1987 года, привел к сокращению ракет средней (от 1 000 до 5 500 км) и меньшей (от 500 до 1 000 км) дальности. Причем по настоянию американцев в Договор включили комплекс «Ока» с дальностью не более 400 км, не попадавший под ограничения: уникальный комплекс пошел «под нож». Но ныне уже разработан новый российский комплекс «Искандер».

Попавшие под сокращение ракеты средней дальности достигали цели всего за 6-8 минут полета, в то время как оставшиеся на вооружении межконтинентальные баллистические ракеты обычно находятся в пути 25-35 минут.

В американской ядерной стратегии уже лет тридцать важная роль отводится крылатым ракетам. Их достоинства - высокая точность, скрытность полета на малых высотах с огибанием рельефа, малая радиолокационная заметность и возможность нанесения массированного удара с нескольких направлений. Крылатая ракета «Томагавк», запускаемая с надводного корабля или подводной лодки, может донести ядерную или обычную боеголовку на дальность до 2 500 км, преодолевая это расстояние примерно за 2,5 часа.

Ракетодром под водой

Основу морских стратегических сил составляют атомные подводные лодки с ракетными комплексами подводного старта. Несмотря на совершенные системы слежения за подводными лодками, подвижные «подводные ракетодромы» сохраняют преимущества скрытности и внезапности действий. Баллистическая ракета подводного старта - изделие своеобразное по условиям размещения и применения. Большая дальность стрельбы при широкой автономности плавания позволяет лодкам действовать ближе к своим берегам, уменьшая опасность того, что противник уничтожит лодку до пуска ракет.

Можно сопоставить два комплекса БРПЛ. Советская атомная подводная лодка типа «Акула» несет 20 ракет Р-39, на каждой - 10 боевых блоков индивидуального наведения мощностью по 100 кт, дальность стрельбы - 10 000 км. Американская лодка типа «Огайо» несет 24 ракеты «Трайдент-D5», каждая может доставить на 11 000-12 000 км 8 боевых блоков в 475 кт, или 14 в 100-150 кт.

Нейтронная бомба
Разновидностью термоядерных стали нейтронные боеприпасы, характеризующиеся повышенным выходом начальной радиации. Большая часть энергии взрыва «уходит» в проникающую радиацию, а основной вклад в нее вносят быстрые нейтроны. Так, если принять, что при воздушном взрыве обычного ядерного боеприпаса 50% энергии «уходит» в ударную волну, 30-35% - в световое излучение и ЭМИ, 5- 10% - в проникающую радиацию, остальное - на радиоактивное заражение, то в нейтронном (для случая, когда его инициирующий и основной заряды вносят равный вклад в энергообразование) на те же факторы расходуется соответственно 40, 25, 30 и 5%. Результат: при надземном взрыве нейтронного боеприпаса в 1 кт разрушение сооружений происходит в радиусе до 430 м, лесные пожары - до 340 м, зато радиус, в котором человек мгновенно «хватает» 800 рад, составляет 760 м, 100 рад (лучевая болезнь) - 1 650 м. Зона поражения живой силы растет, зона разрушения уменьшается. В США нейтронные боеприпасы сделали тактическими - в виде, скажем, 203- и 155-мм снарядов мощностью от 1 до 10 кт.

Стратегия «бомберов»

Стратегические бомбардировщики - американский В-52, советские Ту-95 и М4 - были первым межконтинентальным средством ядерного нападения. МБР существенно потеснили их в этой роли. С вооружением стратегических бомбардировщиков крылатыми ракетами - вроде американской AGM-86B или советской Х-55 (обе несут заряд до 200 кт на дальность до 2 500 км), позволяющими наносить удары, не входя в зону действия вражеской ПВО, - их значение возросло.

На вооружении авиации остается и такое «простое» средство, как свободно падающая ядерная авиабомба, например американская В-61/83 с зарядом от 0,3 до 170 кт. Ядерные боевые заряды создавали для комплексов ПВО и ПРО, но с совершенствованием ракет и обычных боевых частей от таких зарядов отказались. Зато ядерные взрывные устройства решили «поднять выше» - в космический эшелон ПРО. Один из давно планируемых его элементов - лазерные установки, в которых ядерный взрыв служит мощным импульсным источником энергии для накачки сразу нескольких лазеров рентгеновского диапазона.

Тактическое ядерное оружие также имеется в различных видах вооруженных сил и родах войск. Ядерные бомбы, например, могут нести не только стратегические бомбардировщики, но и многие самолеты фронтовой или палубной авиации.

В ВМС для ударов по портам, военно-морским базам, крупным кораблям имелись ядерные торпеды, такие как советская 533-мм Т-5 с зарядом мощностью 10 кт и равная ей по мощности заряда американская Mk 45 ASTOR. В свою очередь противолодочная авиация могла нести ядерные глубинные бомбы.

Российский тактический мобильный ракетный комплекс «Точка-У» (на плавающем шасси) доставляет ядерный или обычный заряд на дальность «всего» до 120 км.

Первыми образцами атомной артиллерии были громоздкая американская 280-мм пушка 1953 года и появившиеся чуть позже советские 406-мм пушка и 420-мм миномет. Впоследствии предпочли создать «спецснаряды» к обычным наземным артиллерийским системам - к 155-мм и 203-мм гаубицам в США (мощностью от 1 до 10 кт), 152-мм гаубицам и пушкам, 203-мм пушкам и 240-мм минометам в СССР. Ядерные спецснаряды создавались и для морской артиллерии, например американский 406-мм снаряд в 20 кт мощностью («одна Хиросима» в тяжелом артиллерийском снаряде).

Ядерный рюкзак

Привлекающие столь много внимания «ядерные рюкзаки» создавались вовсе не для подкладывания под Белый дом или Кремль. Это - инженерные фугасы, служащие для создания заграждений за счет образования воронок, завалов в горных массивах и зон разрушений и затоплений в сочетании с радиоактивными осадками (при наземном взрыве) или остаточной радиацией в районе воронки (при подземном взрыве). Причем в одном «рюкзаке» может находиться как целое ядерное взрывное устройство сверхмалого калибра, так и часть устройства большей мощности. Американский «рюкзак» Mк-54 мощностью в 1 килотонну при этом весит всего 68 кг.

Разрабатывались фугасы и другого назначения. В 1960-е годы, например, американцами была выдвинута идея создания по границе ГДР и ФРГ так называемого ядерно-минного пояса. А британцы собирались в случае оставления своих баз в ФРГ закладывать мощные ядерные заряды, которые должны были подорваться по радиосигналу уже в тылу «наступающей советской армады».

Опасность ядерной войны породила в разных странах колоссальные по размаху и стоимости государственные строительные программы - подземные убежища, командные пункты, хранилища, транспортные коммуникации и системы связи. Появлению и развитию ракетно-ядерного оружия человечество во многом обязано освоением околоземного космического пространства. Так, знаменитая королевская ракета Р-7, выведшая на орбиту и первый искусственный спутник, и корабль «Восток-1», была разработана для «заброски» термоядерного заряда. Много позже ракета Р-36М стала основой для ракет-носителей «Зенит-1» и «Зенит-2». Но влияние ядерного оружия было куда шире. Само наличие ракетно-ядерных вооружений межконтинентальной дальности делало необходимым создание комплекса средств разведки и управления, охватывающих практически всю планету и базирующихся на группировке орбитальных спутников. Работы над термоядерным оружием способствовали развитию физики высоких давлений и температур, существенно продвинули астрофизику, объяснив ряд процессов, происходящих во Вселенной.

Ядерный взрыв представляет собой неуправляемый процесс. В ходе него осуществляется высвобождение большого количества лучистой и тепловой энергии. Данный эффект является результатом ядерной цепной реакции деления либо термоядерного синтеза, проходящей за небольшой временной отрезок.

Краткие общие сведения

Ядерный взрыв по своему происхождению может являться следствием человеческой деятельности на Земле либо в околоземном пространстве. Это явление также в ряде случаев возникает в результате природных процессов на некоторых видах звезд. Искусственный ядерный взрыв представляет собой мощное оружие. Применяется оно для уничтожения масштабных наземных и подземных защищенных объектов, скоплений техники и войск противника. Кроме того, используется это оружие для полного уничтожения и подавления противоборствующей стороны в качестве инструмента, разрушающего малые и большие населенные пункты с проживающими в них мирными гражданами, а также промышленные стратегические объекты.

Классификация

Как правило, ядерные взрывы характеризуют по двум признакам. К ним относят мощность заряда и местоположение точки заряда непосредственно в подрывной момент. Проекция этой точки на поверхность земли именуется эпицентром взрыва. Мощность измеряют в тротиловом эквиваленте. Это масса тринитротолуола, при подрыве которого происходит выделение такого же количества энергии, как и при оцениваемом ядерном. Чаще всего при измерении мощности используются такие единицы, как одна килотонна (1 кт) и одна мегатонна (1 Мт) тротилового эквивалента.

Явления

Ядерный взрыв сопровождается специфическими эффектами. Они характерны только для данного процесса и не присутствуют при прочих подрывах. Интенсивность явлений, которые сопровождают ядерный взрыв, зависит от местоположения центра. В качестве примера можно рассмотреть случай, являвшийся наиболее частым до момента запрета испытаний на планете (под водой, на земле, в атмосфере) и, собственно, в космосе, - искусственная цепная реакция в приземном слое. После детонирования процесса синтеза или деления за весьма краткое время (около долей микросекунд) происходит выделение в ограниченном объеме огромного количества тепловой и лучистой энергии. О завершении реакции, как правило, свидетельствует разлет конструкции устройства и испарения. Эти эффекты обусловлены влиянием повышенной температуры (до 107 К) и огромного давления (порядка 109 атм.) в самом эпицентре. С большого расстояния визуально данная фаза представляет собой очень яркую светящуюся точку.

Электромагнитное излучение

Световое давление во время реакции начинает нагревать и вытеснять окружающий воздух из эпицентра. В результате формируется огненный шар. Вместе с этим образуется скачок давления между сжатым излучением и невозмущенным воздухом. Это обусловлено превосходством скорости перемещения нагревательного фронта над звуковой скоростью в условиях среды. После того как ядерная реакция входит в стадию затухания, прекращается выделение энергии. Последующее расширение осуществляется благодаря разнице в давлениях и температурах в зоне огненного шара и непосредственно окружающего воздуха. Следует отметить, что рассматриваемые явления не имеют ничего общего с научными изысканиями героя современного сериала (его, кстати, зовут так же, как и известного физика Глэшоу - Шелдон) "Теория большого взрыва".

Проникающая радиация

Ядерные реакции представляют собой источник электромагнитного излучения разного типа. В частности, оно проявляется в широком спектре в диапазоне от радиоволн до гамма-квантов, атомных ядер, нейтронов, быстрых электронов. Появляющееся излучение, именуемое проникающей радиацией, в свою очередь, порождает определенные последствия. Они свойственны только ядерному взрыву. Высокоэнергичные гамма-кванты и нейтроны в процессе взаимодействия с атомами, входящими в состав окружающего вещества, претерпевают преобразование своей стабильной формы в радиоактивные изотопы нестабильного типа с разными периодами и путями полураспада. В результате формируется так называемая наведенная радиация. Вместе с осколками ядер атомов расщепляющегося вещества либо с продуктами от термоядерного синтеза, которые остаются от взрывного устройства, получившиеся радиоактивные компоненты поднимаются в атмосферу. Далее они рассеиваются на достаточно большой территории и формируют заражение на местности. Нестабильные изотопы, сопровождающие ядерный взрыв, находятся в таком спектре, что распространение радиации может продолжаться тысячелетиями, несмотря на то что интенсивность излучения со временем снижается.

Электромагнитный импульс

Образованные от ядерного взрыва высокоэнергичные гамма-кванты в процессе прохождения через окружающую среду ионизируют атомы, входящие в ее состав, выбивая электроны из них и сообщая им довольно большую энергию для осуществления каскадной ионизации прочих атомов (вплоть до тридцати тысяч ионизаций на гамма-квант). В итоге под эпицентром формируется "пятно" ионов, имеющих положительный заряд и окруженных электронным газом в огромном количестве. Данная конфигурация носителей, переменная во времени, образует мощное электрическое поле. Оно вместе с рекомбинацией ионизированных атомных частиц исчезает после взрыва. В процессе происходит порождение сильных электрических токов. Они служат в качестве дополнительного источника излучения. Весь описанный комплекс эффектов носит название электромагнитного импульса. Несмотря на то что в него уходит меньше 1/3 десятимиллиардной доли взрывной энергии, происходит он в течение весьма короткого периода. Мощность, которая при этом выделяется, может достигнуть 100 ГВт.

Процессы наземного типа. Особенности

В процессе химической детонации температура примыкавшего к заряду и привлеченного к движению грунта сравнительно невелика. Ядерный взрыв имеет свои особенности. В частности, температура грунта может составлять десятки миллионов градусов. Большая часть образованной от нагрева энергии в течение первых же мгновений выделяется в воздух и идет дополнительно на образование ударной волны и теплового излучения. При обычном взрыве данных явлений не наблюдается. В связи с этим отмечаются резкие различия в воздействии на грунтовый массив и поверхность. При наземном взрыве химического соединения передается до половины энергии в грунт, а при ядерном - буквально несколько процентов. Это обуславливает разницу в размерах воронки и энергии сейсмических колебаний.

Ядерная зима

Данное понятие характеризует гипотетическое состояние климата на планете в случае широкомасштабной войны с применением ядерного оружия. Предположительно, в связи с выносом в стратосферу огромного количества сажи и дыма, результатов многочисленных пожаров, спровоцированных несколькими боезарядами, на Земле температура понизится повсеместно до арктических показателей. Это будет обусловлено и значительным увеличением числа отраженных от поверхности солнечных лучей. Вероятность возникновения глобального похолодания была предсказана достаточно давно (еще во времена существования Советского Союза). Позже подтверждение гипотезы было осуществлено модельными расчетами.

Радиоактивность. Закон радиоактивного распада. Воздействие ионизирующего излучения на биологические объекты. Единица измерения радиоактивности.

Радиоактивность - это способность атомов некоторых изотопов самопроизвольно распадаться, испуская излучение. Впервые такое излучение, испускаемое ураном, обнаружил Беккерель, поэтому вначале радиоактивные излучения называли лучами Беккереля. Основной вид радиоактивного распада - выбрасывание из ядра атома альфа-частицы - альфа-распад (см. Альфа-излучение) или бета-частицы - бета-распад (см. Бета-излучение).

Важнейшей характеристикой радиоактивности является закон радиоактивного распада, показывающий как со временем t изменяется (в среднем) число N радиоактивных ядер в образце

N(t) = N 0 e –λt ,

где N 0 – число исходных ядер в начальный момент (момент их образования или начала наблюдения), а λ – постоянная распада (вероятность распада радиоактивного ядра в единицу времени). Через эту постоянную можно выразить среднее время жизни радиоактивного ядра τ = 1/λ, а также период полураспада T 1/2 = ln2/τ. Период полураспада наглядно характеризует скорость распада, показывая за какое время число радиоактивных ядер в образце уменьшится вдвое.

Единицы измерения.

Воздействие ионизирующего излучения на биологические объекты.
В результате воздействия ионизирующего излучения на организм человека в тканях могут происходить сложные физические, химические и биохимические процессы.

При попадание радиоактивных веществ внутрь организма поражающее действие оказывают в основном альфа-источники, а затем и бетта-источники, т.е. в обратной наружному облучению последовательности. Альфа-частицы, имеющие небольшую плотность ионизации, разрушают слизистую оболочку, которая является слабой защитой внутренних органов по сравнению с наружным кожным покровом.

Существует три пути поступления радиоактивных веществ в организм: при вдыхание воздуха, загрязненного радиоактивными веществами, через зараженную пищу или воду, через кожу, а также при заражении открытых ран. Наиболее опасен первый путь, поскольку во-первых, объем легочной вентиляции очень большой, а во-вторых, значения коэффициента усвоения в легких более высоки.

Пылевые частицы, на которых сорбированы радиоактивные изотопы, при вдыхании воздуха через верхние дыхательные пути частично оседают в полости рта и носоглотке. Отсюда пыль поступает в пищеварительный тракт. Остальные частицы поступают в легкие. Степень задержки аэрозолей в легких зависит от их дисперсионности. В легких задерживается около 20% всех частиц; при уменьшении размеров аэрозолей величина задержки увеличивается до 70%.

При всасывании радиоактивных веществ из желудочно-кишечного тракта имеет значение коэффициент резорбции, характеризующий долю вещества, попадающего из желудочно-кишечного тракта в кровь. В зависимости от природы изотопа коэффициент изменяется в широких пределах: от сотых долей процента(для циркония, ниобия), до нескольких десятков процентов (водород, щелочно-земельные элементы). Резорбция через неповрежденную кожу в 200-300 раз меньше, чем через желудочно-кишечный тракт, и, как правило, не играет существенной роли.
При попадании радиоактивных веществ в организм любым путем они уже через несколько минут обнаруживаются в крови. Если поступление радиоактивных веществ было однократным, то концентрация их в крови вначале возрастает до максимума, а затем в течение 15-20 суток снижается.

Концентрации в крови долгоживущих изотопов в дальнейшем могут удерживаться практически на одном уровне в течение длительного времени вследствие обратного вымывания отложившихся веществ. Эффект воздействия ионизирующего излучения на клетку - результат комплексных взаимосвязанных и взаимообусловленных преобразований. По А.М. Кузину, радиационное поражение клетки осуществляется в три этапа. На первом этапе излучение воздействует на сложные макромолекулярные образования, ионизируя и возбуждая их. Это физическая стадия лучевого воздействия. Второй этап - химические преобразования. Они соответствуют процессам взаимодействия радикалов белков, нуклеиновых кислот и липидов с водой, кислородом, радикалами воды и возникновению органических перекисей. Радикалы, возникающие в слоях упорядоченно расположенных белковых молекул, взаимодействуют с образованием "сшивок", в результате чего нарушается структура биомембран. Из-за повреждения лизосомальных мембран происходит увеличение активности и высвобождение ферментов, которые путем диффузии достигают любой органеллы клетки и легко в нее проникают, вызывая ее лизис.

Конечный эффект облучения является результатом не только первичного повреждения клеток, но и последующих процессов восстановления. Предполагается, что значительная часть первичных повреждений в клетке возникает в виде так называемых потенциальных повреждений, которые могут реализовываться в случае отсутствия восстановительных процессов. Реализация этих процессов способствуют процессы биосинтеза белков и нуклеиновых кислот. Пока реализация потенциальных повреждений не произошло, клетка может в них "восстановиться". Это, как предполагается, связано с ферментативными реакциями и обусловлено энергетическим обменом. Считается, что в основе этого явления лежит деятельность систем, которые в обычных условиях регулируют интенсивность естественного мутационного процесса.

Мутагенное воздействие ионизирующего излучения впервые установили русские ученые Р.А. Надсон и Р.С. Филиппов в 1925 году в опытах на дрожжах. В 1927 году это открытие было подтверждено Р.Меллером на классическом генетическом объекте - дрозофиле.

Ионизирующие излучения способны вызывать все виды наследственных перемен. Спектр мутаций, индуцированных облучением, не отличается от спектра спонтанных мутаций.

Последние исследования Киевского Института нейрохирургии показали, что радиация даже в малых количествах, при дозах в десятки бэр, сильнейшим образом воздействует на нервные клетки - нейроны. Но нейроны гибнут не от прямого воздействия радиации. Как выяснилось, в результате воздействия радиации у большинства ликвидаторов ЧАЭС наблюдается "послерадиационная энцефлопатия". Общие нарушения в организме под действием радиации приводит к изменению обмена веществ, которые влекут за собой патологические изменения головного мозга.

2. Принципы устройства ядерных боеприпасов . Основные возможности дальнейшего развития и совершенствования ядерного оружия.

Ядерными боеприпасами называются снаряженные ядерными (термоядерными) зарядами боевые части ракет, авиационные бомбы, артиллерийские снаряды, торпеды и инженерные управляемые мины (ядерные фугасы).

Основными элементами ядерных боеприпасов являются: ядерный заряд, датчики подрыва, система автоматики, источник электрического питания и корпус.

Корпус служит для компоновки всех элементов боеприпаса, предохранения их от механических и тепловых повреждений, придания боеприпасу необходимой баллистической формы, а также для повышения коэффициента использования ядерного горючего.

Датчики подрыва (взрывательные устройства) предназначены для подачи сигнала на приведение в действие ядерного заряда. Они могут быть контактного и дистанционного (неконтактного) типов.

Контактные датчики срабатывают в момент встречи боеприпаса с преградой, а дистанционные - на заданной высоте (глубине) от поверхности земли (воды).

Дистанционные датчики в зависимости от типа и назначе­ния ядерного боеприпаса могут быть временными, инерционны­ми, барометрическими, радиолокационными, гидростатическими и др.

Система автоматики включает систему предохранения, блок автоматики и систему аварийного подрыва.

Система предохранения исключает возможность случайного взрыва ядерного заряда при проведении регламентных работ, хра­нении боеприпаса и при полете его на траектории.

Блок автоматики срабатывает по сигналам, поступающим от датчиков подрыва и предназначен для формирования высоковольтного электрического импульса на приведение в действие ядерного заряда.

Система аварийного подрыва служит для самоуничтожения бое­припаса без ядерного взрыва в случае его отклонения от заданной траектории.

Источником питания всей электрической системы боеприпаса являются аккумуляторные батареи различных типов, которые обла­дают одноразовым действием и приводятся в рабочее состояние непосредственно перед его боевым применением.

Ядерный заряд представляет собой устройство для осуществле­ния ядерного взрыва Ниже будут рассмотрены существующие ти­пы ядерных зарядов и их принципиальное устройство.

Ядерные заряды

Устройства, предназначенные для осуществления взрывного процесса высвобождения внутриядерной энергии, называются ядерными зарядами.

Различают два основных вида ядерных зарядов:

1 - заряды, энергия взрыва которых обусловлена цепной реакци­ей делящихся веществ, переведенных в надкритическое состояние, - атомные заряды;

2 -заряды, энергия взрыва которых обусловлена термоядернойреакцией синтеза ядер, - термоядерные заряды.

Атомные заряды. Основным элементом атомных зарядов явля­ется делящееся вещество (ядерное взрывчатое вещество).

До взрыва масса ЯВВ находится в подкритическом состоянии. Для осуществления ядерного взрыва она переводится в надкритическое состояние. Используются два типа устройств, обеспечивающих формирование надкритической массы: пушечный н имплозивный.

В зарядах пушечного типа ЯВВ состоит из двух или бо­лее частей, масса которых в отдельности меньше критической, что обеспечивает исключение самопроизвольного начала цепной ядер­ной реакции. При осуществлении ядерного взрыва отдельные части ЯВВ под действием энергии взрыва обычного взрывного вещества соединяются в одно целое и общая масса ЯВВ становится больше критической, что создает условия для цепной реакции взрывного характера.

Перевод заряда в надкритическое состояние осуществляется действием порохового заряда. Вероятность получения расчетной мощности взрыва в таких зарядах зависит от скорости сближения частей ЯВВ При недостаточных скоростях сближения коэффици­ент критичности может стать несколько больше единицы еще до момента непосредственного контакта частей ЯВВ. В этом случае реакция может начаться с одного начального центра деления под воздействием, например, нейтрона спонтанного деления, в резуль­тате чего происходит неполноценный взрыв с небольшим коэффи­циентом использования ядерного горючего

Преимуществом ядерных зарядов пушечного типа являются про­стота конструкции, малые габариты и масса, высокая механическая прочность, что позволяет создавать на их основе малогабаритные ядерные боеприпасы (артиллерийские снаряды, ядерные мины и др.).

В зарядах имплозивного типа для создания надкритической массы используется эффект имплозии - всестороннего обжа­тия ЯВВ силой взрыва обычного ВВ, которая приводит к резкому увеличению его плотности.

Эффект имплозии создает огромную концентрацию энергии в зоне ЯВВ и позволяет достичь давления, превышающего миллионы атмосфер, что приводит к увеличению плотности ЯВВ в 2 - 3 раза и уменьшению критической массы в 4 - 9 раз.

Для гарантированного имитирования цепной реакции деления и ее ускорения от искусственного источника нейтронов должен быть подан мощный импульс нейтронов в момент наивысшей имплозии Поскольку в таком состоянии ЯВВ находится в течение нескольких микросекунд, то момент посылки импульса нейтронов должен быть синхронизирован с моментом достижения наибольшей критичности.

Преимуществом атомных зарядов имплозивного типа является более высокий коэффициент использования ЯВВ, а также возмож­ность в определенных пределах менять мощность ядерного взрыва с помощью специального переключателя.

К недостаткам атомных зарядов относятся большие масса и га­бариты, низкая механическая прочность и чувствительность к тем­пературному режиму

Термоядерные заряды В зарядах этого типа условия для реак­ции синтеза создаются за счет подрыва атомного заряда (детонато­ра) из урана-235, плутония-239 или калифорния-251 Термоядерные заряды могут быть нейтронными и комбинированными

В термоядерных нейтронных зарядах, в качестве термо­ядерного горючего используются дейтерий и тритий в чистом виде или в виде гидридов металлов "Запалом" реакции служит высоко­обогащенный плутоний-239 или калифорний-251, обладающие сравнительно небольшой величиной критической массы Это по­зволяет увеличить коэффициент термоядерности боеприпаса.

В термоядерных комбинированных зарядах в качестве термоядерного горючего используется дейтерид лития (LiD). Для "запала" реакции синтеза служит реакция деления урана-235. В це­лях получения нейтронов высокой энергии для протекания реакции (1.18) уже в самом начале ядерного процесса в ядерный заряд по­мещается ампула с тритием (1Н3).Нейтроны же деления необходи­мы для получения трития из лития в начальный период реакции В последующем воспроизводство трития будет происходить за счет нейтронов, выделяющихся при реакциях синтеза дейтерия и трития, а также деления урана-238 (самого распространенного и наи­более дешевого природного урана), которым специально окружа­ется зона реакции в виде оболочки Наличие такой оболочки по­зволяет не только осуществить лавинообразную термоядерную реакцию, но и получить дополнительную энергию взрыва, так как при высокой плотности потока нейтронов с энергией более 10 МэВ реакция деления ядер урана-238 протекает достаточно эффектив­но При этом количество высвобождаемой энергии становится очень большим и в боеприпасах крупного и сверхкрупного калиб­ров может составить до 80 % всей энергии комбинированного термоядерного боеприпаса.

Классификация ядерных боеприпасов

Ядерные боеприпасы классифицируют по мощности выделяемой энергии ядерного заряда, а также по типу используемой в них ядерной реакции Для характеристики мощности боеприпаса применяется поня­тие "тротиловый эквивалент" -это такая масса тротила, энергия взрыва которого роена энергии, выделяемой при воздушном взрыве ядерного боеприпжа (заряда) Тротиловый эквивалент обозначается буквой § и измеряется в тоннах (т), тысячах тонн (кг), миллионах тонн (Мт)

По мощности ядерные боеприпасы условно подразделяются на пять калибров.

Калибр ядерного боеприпаса

Тротиловый эквивалент тыс. т.

Сверхмалый До 1

Средний 10-100

Крупный 100-1000

Сверхкрупный Более 1000

Классификация ядерных взрывов по видам и мощности. Поражающие факторы ядерного взрыва.

В зависимости от задач, решаемых с применением ядерного оружия, ядерные взрывы могут производиться в воздухе, на по- верхности земли и воды, под землей и водой. В соответствии с этим различают воздушный, наземный (надводный) и подземный (подводный) взрывы (рисунок. 3.1).

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

Наземный (надводный) ядерный взрыв – это взрыв, произве- денный на поверхности земли (воды), при котором светящаяся об- ласть касается поверхности земли (воды), а пылевой (водяной) столб с момента образовании соединен с облаком взрыва. 50 Характерной особенностью наземного (надводного) ядерного взрыва является сильное радиоактивное заражение местности (во- ды) 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, про- изведенный под землей (под водой) и характеризующийся выбро- сом большого количества грунта (воды), перемешанного с продук- тами ядерного взрывчатого вещества (осколками деления урана- 235 или плутония-239). Поражающее и разрушающее действие подземного ядерного взрыва определяется в основном сейсмо- взрывными волнами (основной поражающий фактор), образовани- ем воронки в грунте и сильным радиоактивным заражением мест- ности. Световое излучение и проникающая радиация отсутствуют. Характерным для подводного взрыва является образование султана (столба воды), базисной волны, образующейся при обрушении сул- тана (столба воды).

Воздушный ядерный взрыв начинается кратковременной осле- пительной вспышкой, свет от которой можно наблюдать на рассто- янии нескольких десятков и сот километров. Вслед за вспышкой появляется светящаяся область в виде сферы или полусферы (при наземном взрыве), являющаяся источником мощного светового излучения. Одновременно из зоны взрыва в окружающую среду распространяется мощный поток гамма-излучения и нейтронов, которые образуются в ходе цепной ядерной реакции и в процессе распада радиоактивных осколков деления ядерного заряда. Гамма- кванты и нейтроны, испускаемые при ядерном взрыве, называют проникающей радиацией. Под действием мгновенного гамма- излучения происходит ионизация атомов окружающей среды, ко- торая приводит к возникновению электрических и магнитных по- лей. Эти поля, ввиду их кратковременности действия, принято называть электромагнитным импульсом ядерного взрыва.

В центре ядерного взрыва температура мгновенно повышается до нескольких миллионов градусов, в результате чего вещество за- ряда превращается в высокотемпературную плазму, испускающую рентгеновское излучение. Давление газообразных продуктов вна- чале достигает нескольких миллиардов атмосфер. Сфера раскален- ных газов светящейся области, стремясь расшириться, сжимает прилегающие слои воздуха, создает резкий перепад давления на границе сжатого слоя и образует ударную волну, которая распро- 51 страняется от центра взрыва в различных направлениях. Так как плотность газов, составляющих огненный шар, намного ниже плотности окружающего воздуха, то шар быстро поднимается вверх. При этом образуется облако грибовидной формы, содержа- щее газы, пары воды, мелкие частицы грунта и огромное количе- ство радиоактивных продуктов взрыва. По достижении максималь- ной высоты облако под действием воздушных течений переносится на большие расстояния, рассеивается и радиоактивные продукты выпадают на поверхность земли, создавая радиоактивное зараже- ние местности и объектов.

В военных целях;

По мощности:

Сверхмалые (менее 1 тыс. т. тротила);

Малые (1 - 10 тыс. т.);

Средние (10-100 тыс. т);

Крупные (100 тыс. т. -1 Мт);

Сверхкрупные (свыше 1 Мт).

По виду взрыва:

Высотный (свыше 10 км);

Воздушный (световая облако не достигает поверхности Земли);

Наземный;

Надводный;

Подземный;

Подводный.

Поражающее факторы ядерного взрыва. Поражающими факторами ядерного взрыва являются:

Ударная волна (50 % энергии взрыва);

Световое излучение (35 % энергии взрыва);

Проникающая радиация (45 % энергии взрыва);

Радиоактивное заражение (10 % энергии взрыва);

Электромагнитный импульс (1% энергии взрыва);

В отличие от ядерных реакторов, в которых происходит регулируемая ядерная реакция деления, при ядерном взрыве происходит экспоненциально быстрое освобождение большого количества ядерной энергии, продолжающееся до тех пор, пока не израсходуется весь ядерный заряд. Ядерная энергия может освобождаться в больших количествах в двух процессах – в цепной реакции деления тяжёлых ядер нейтронами и в реакции соединения (синтеза) лёгких ядер. Обычно в качестве ядерного заряда используют чистые изотопы 235 U и 239 Pu. Схематически устройство атомной бомбы показано на рис. 1.

Для осуществления ядерного взрыва в результате цепной реакции деления необходимо, чтобы масса делящегося вещества (урана-235, плутония-239 и др.) превышала критическую (50 кг для 235 U и 11 кг для 239 Pu). До взрыва система должна быть подкритической. Обычно это многослойная конструкция. Переход в надкритическое состояние происходит за счет делящегося вещества с помощью сходящейся сферической детонационной волны. Для такого сближения обычно используется химический взрыв вещества из сплава тротила и гексогена. При полном делении 1 кг урана выделяется энергия равная энерговыделению при взрыве 20 килотонн тротила. Атомный взрыв развивается за счёт экспоненциально растущего со временем числа разделившихся ядер.

N(t) = N 0 exp(t/τ).

Среднее время между двумя последовательными актами деления 10 -8 сек. Отсюда можно получить для времени полного деления 1 кг ядерной взрывчатки величину 10 -7 – 10 -6 сек. Это и определяет время атомного взрыва.
В результате большого энерговыделения в центре атомной бомбы температура поднимается до 10 8 К, а давление – до 10 12 атм. Вещество превращается в разлетающуюся плазму.

Для осуществления термоядерного взрыва используются реакции синтеза лёгких ядер.

d + t 4 He + n +17.588 МэВ
d + d 3 He + n + 3.27 МэВ
d + D t + p + 4.03 МэВ
3 He + d 4 He + p + 18.34 МэВ
6 Li + n ® t + 4 He + 4.78 МэВ

Рис. 2. Схема термоядерной бомбы

Сама идея водородной бомбы чрезвычайно проста. Это цилиндрический контейнер с жидким дейтерием. Дейтерий должен нагреваться после взрыва обычной атомной бомбы. При достаточно сильном нагреве должно выделятся большое количество энергии в результате реакции термоядерного синтеза между ядрами дейтерия. Температура, необходимая для начала термоядерной реакции должна составлять миллион градусов. Однако детальное исследование величины сечений реакций синтеза ядер дейтерия, от которой зависит скорость распространения реакции горения показало, что она протекает недостаточно эффективно и быстро. Тепловая энергия, которая высвобождается за счет термоядерных реакций, рассеивается гораздо быстрее, чем пополняется за счет последующих реакций синтеза. Естественно в этом случае взрывной процесс происходить не будет. Произойдет разброс горючего материала. Принципиально новое решение состояло в том, чтобы инициирование термоядерной реакции происходило в результате создания сверхплотной среды дейтерия. Был предложен способ создания сверхплотной среды дейтерия под действием рентгеновского излучения, образующегося при взрыве атомной бомбы. В результате сжатия горючего вещества происходит самоподдерживающаяся реакция термоядерного синтеза. Схематически реализация этого подхода показана на рис. 2.
После взрыва ядерного заряда, рентгеновские лучи, спущенные из области ядерного заряда распространяются по пластмассовому наполнителю, ионизуя атомы углерода и водорода. Урановый экран, расположенный между областью ядерного заряда и объемом с дейтеридом лития предотвращает преждевременный нагрев дейтерида лития. Под действием рентгеновских лучей и высокой температуры в результате абляции возникает огромное давление, сжимающее капсулу с дейтеридом лития. Плотности материала капсулы возрастают в десятки тысяч раз. Находящийся в центре плутониевый стержень в результате сильной ударной волны также сжимается в несколько раз и переходит в надкритическое состояние. Быстрые нейтроны, образовавшиеся при взрыве ядерного заряда, замедлившись в дейтериде лития до тепловых скоростей, приводят к цепным реакциям деления плутония, что действует наподобие дополнительного запала, вызывает дополнительные увеличения давления и температуры. Температура, возникающая в результате термоядерной реакции повышается до 300 млн. К., что и приводит в конечном счете к взрывному процессу. Весь процесс взрыва длится в течение десятых долей микросекунды.
Термоядерные бомбы значительно мощнее атомных. Обычно их тротиловый эквивалент 100 – 1000 кт (у атомных бомб он 1 – 20 кт).
При ядерном взрыве в воздухе образуется мощная ударная волна. Радиус поражения обратно пропорционален кубическому корню из энергии взрыва. Для ядерной бомбы 20 кт он около 1 км. Освободившаяся энергия в течение нескольких мкс передаётся окружающей среде. Образуется ярко светящийся огненный шар. Через 10 -2 – 10 -1 сек он достигает максимального радиуса 150 м, температура его падает до 8000 К (ударная волна уходит далеко вперёд). За время свечения (секунды) в электромагнитное излучение переходит 10 – 20 % энергии взрыва. Разреженный нагретый воздух, несущий поднятую с земли радиоактивную пыль, за несколько минут достигает высоты 10 – 15 км. Далее радиоактивное облако расплывается на сотни километров. Ядерный взрыв сопровождается мощным потоком нейтронов и электромагнитного излучения.