Типы ядерных превращений, альфа и бета-распад. Виды ядерных взрывов

1. Виды ядерных зарядов

а) Атомные заряды.

Действие атомного оружия основывается на реакции деления тяжелых ядер (уран-235, плутоний-239 и т.д.). Цепная реакция деления развивается не в любом количестве делящегося вещества, а лишь только в определенной для каждого вещества массе. Наименьшее количество делящегося вещества, в котором возможна саморазвивающаяся цепная ядерная реакция, называют критической массой. Уменьшение критической массы будет наблюдаться при увеличении плотности вещества.

Делящееся вещество в атомном заряде находится в подкритическом состоянии. По принципу его перевода в надкритическое состояние атомные заряды делятся на пушечные и имплозивного типа. В зарядах пушечного типа две и более частей делящегося вещества, масса каждой из которых меньше критической, быстро соединяются друг с другом в надкритическую массу в результате взрыва обычного взрывчатого вещества (выстреливания одной части в другую). При создании зарядов по такой схеме трудно обеспечить высокую надкритичность, вследствие чего его коэффициент полезного действия невелик. Достоинством схемы пушечного типа является возможность создания зарядов малого диаметра и высокой стойкости к действию механических нагрузок, что позволяет использовать их в артиллерийских снарядах и минах. В зарядах имплозивного типа делящееся вещество, имеющее при нормальной плотности массу меньше критической, переводится в надкритическое состояние повышением его плотности в результате обжатия с помощью взрыва обычного взрывчатого вещества. В таких зарядах представляется возможность получить высокую надкритичность и, следовательно, высокий коэффициент полезного использования делящегося вещества.

б)Термоядерные заряды.

Действие термоядерного оружия основывается на реакции синтеза ядер легких элементов. Для возникновения цепной термоядерной реакции необходима очень высокая (порядка нескольких миллионов градусов) температура, которая достигается взрывом обычного атомного заряда. В качестве термоядерного горючего используется обычно дейтрид лития-6 (твердое вещество, представляющее собой соединение лития-6 и дейтерия).

в)Нейтронные заряды.

Нейтронный заряд представляет собой особый вид термоядерного заряда, в котором резко увеличен выход нейтронов. Для боевой части ракеты "Лэнс" на долю реакции синтеза приходится порядка 70% освобождающейся энергии.

г)"Чистый" заряд.

Чистый заряд-это ядерный заряд, при взрыве которого выход долгоживущих радиоактивных изотопов существенно снижен.

2) Конструкция и способы доставки

Основными элементами ядерных боеприпасов являются:

Система автоматики

Корпус предназначен для размещения ядерного заряда и системы автоматики, а также предохраняет их от механического, а в некоторых случаях и от теплового воздействия. Система автоматики обеспечивает взрыв ядерного заряда в заданный момент времени и исключает его случайное или преждевременное срабатывание. Она включает:

Систему предохранения

Систему аварийного подрыва

Систему подрыва заряда

Источник питания

Систему датчиков подрыва

Средствами доставки ядерных боеприпасов могут являться баллистические ракеты, крылатые и зенитные ракеты, авиация. Ядерные боеприпасы применяются для снаряжения авиабомб, фугасов, торпед, артиллерийских снарядов (203,2 мм СГ и 155 мм СГ-США).

3) Мощность ядерных боеприпасов

Ядерное оружие обладает колоссальной мощностью. При делении урана массой порядка килограмма освобождается такое же количество энергии, как при взрыве тротила массой около 20 тысяч тонн. Термоядерные реакции синтеза являются еще более энергоемкими. Мощность взрыва ядерных боеприпасов принято измерять в единицах тротилового эквивалента. Тротиловый эквивалент-это масса тринитротолуола, которая обеспечила бы взрыв, по мощности эквивалентный взрыву данного ядерного боеприпаса. Обычно он измеряется в килотоннах (кТ) или в мегатоннах (МТ).

В зависимости от мощности ядерные боеприпасы делят на калибры:

Сверхмалый (менее 1кТ)

Малый (от 1 до 10 кТ)

Средний (от 10 до 100 кТ)

Крупный (от 100 кТ до 1 МТ)

Сверхкрупный (свыше 1 МТ)

Термоядерными зарядами комплектуются боеприпасы сверхкрупного, крупного и среднего калибров; ядерными - сверхмалого, малого и среднего калибров, нейтронными сверхмалого и малого калибров.

4)Виды ядерных взрывов

В зависимости от задач, решаемых ядерным оружием, от вида и расположения объектов, по которым планируются ядерные удары, а также от характера предстоящих боевых действий ядерные взрывы могут быть осуществлены в воздухе, у поверхности земли (воды) и под землей (водой). В соответствии с этим различают следующие виды ядерных взрывов:

Воздушный (высокий и низкий)

Наземный (надводный)

Подземный (подводный)

5)Поражающие факторы ядерного взрыва.

Ядерный взрыв способен мгновенно уничтожить или вывести из строя незащищенных людей, открыто стоящую технику, сооружения и различные материальные средства. Основными поражающими факторами ядерного взрыва являются:

Ударная волна

Световое излучение

Проникающая радиация

Радиоактивное заражение местности

Электромагнитный импульс

Рассмотрим их.

а) Ударная волна в большинстве случаев является основным поражающим фактором ядерного взрыва. По своей природе она подобна ударной волне обычного взрыва, но действует более продолжительное время и обладает гораздо большей разрушительной силой. Ударная волна ядерного взрыва может на значительном расстоянии от центра взрыва наносить поражения людям, разрушать сооружения и повреждать боевую технику.

Ударная волна представляет собой область сильного сжатия воздуха, распространяющуюся с большой скоростью во все стороны от центра взрыва. Скорость распространения ее зависит от давления воздуха во фронте ударной волны; вблизи центра взрыва она в несколько раз превышает скорость звука, но с увеличением расстояния от места взрыва резко падает. За первые 2 сек ударная волна проходит около 1000 м, за 5 сек-2000 м, за 8 сек - около 3000 м. Это служит обоснованием норматива N5 ЗОМП "Действия при вспышке ядерного взрыва": отлично - 2 сек, хорошо - 3 сек, удовлетврительно-4 сек.

Поражающее действие ударной волны на людей и разрушающее действие на боевую технику, инженерные сооружения и материальные средства прежде всего определяются избыточным давлением и скоростью движения воздуха в ее фронте. Незащищенные люди могут, кроме того поражаться летящими с огромной скоростью осколками стекла и обломками разрушаемых зданий, падающими деревьями, а также разбрасываемыми частями боевой техники, комьями земли, камнями и другими предметами, приводимыми в движение скоростным напором ударной волны. Наибольшие косвенные поражения будут наблюдаться в населенных пунктах и в лесу; в этих случаях потери войск могут оказаться большими, чем от непосредственного действия ударной волны. Ударная волна способна наносить поражения и в закрытых помещениях, проникая туда через щели и отверстия. Поражения, наносимые ударной волной, подразделяются на легкие, средние, тяжелые и крайне тяжелые. Легкие поражения характеризуются временным повреждением органов слуха, общей легкой контузией, ушибами и вывихами конечностей. Тяжелые поражения характеризуются сильной контузией всего организма; при этом могут наблюдаться повреждения головного мозга и органов брюшной полости, сильное кровотечение из носа и ушей, тяжелые переломы и вывихи конечностей. Степень поражения ударной волной зависит прежде всего от мощности и вида ядерного взрыва. При воздушном взрыве мощностью 20 кТ легкие травмы у людей возможны на расстояниях до 2,5 км, средние - до 2 км, тяжелые - до 1,5 км от эпицентра взрыва. С ростом калибра ядерного боеприпаса радиусы поражения ударной волной растут пропорционально корню кубическому из мощности взрыва. При подземном взрыве возникает ударная волна в грунте, а при подводном - в воде. Кроме того, при этих видах взрывов часть энергии расходуется на создание ударной волны и в воздухе. Ударная волна, распространяясь в грунте, вызывает повреждения подземных сооружений, канализации, водопровода; при распространении ее в воде наблюдается повреждение подводной части кораблей, находящихся даже на значительном расстоянии от места взрыва.

Определение

Ядерной реакцией называют процесс, который возникает в результате взаимодействия нескольких (обычно двух) сложных атомных ядер или элементарных частиц.

Под определение ядерной реакции подходит, в том числе, и упругое рассеяние частиц, при котором новые частицы не возникают, и не происходит возбуждения частиц, происходит только перераспределение энергии и импульса между ними.

Рассмотрим понятие ядерной реакции в узком смысле. В подобных реакциях среди исходных частиц имеется хотя бы одно ядро. Это ядро сталкивается с элементарной частицей или другим ядром. Как результат столкновения происходит ядерная реакция, и возникают новые частицы.

Обычно ядерные реакции проходят при действии ядерных сил, но возможны исключения. Так, расщепление ядра при воздействии на него $\gamma $- кванта с высокой энергией является ядерной реакцией, но эта реакция происходит под воздействием электромагнитных сил.

Универсальная и наглядная запись ядерной реакции заимствована их химии. В левой части записывают суму исходных частиц, ставят стрелку и в правой части пишут сумму конечных продуктов реакции. Так, выражение:

\[{}^1_1{p+{}^7_3{Li\to {}^1_0{n+}{}^7_4{Be}}}(1)\]

значит, что происходит ядерная реакция при бомбардировке изотопа лития протонами, в результате получают нейтрон и изотоп бериллия.

Ядерные реакции иногда записывают в символической форме: $A(a,bcd\dots)B$, где $A$ - ядро мишени; $a$ - бомбардирующая частица; $bcd$ - частицы, которые испускаются в ходе ядерной реакции, $B$ - остаточное ядро. Заметим, что в скобках, после запятой пишут более легкие продукты реакции, вне скобок, тяжелые. В символическом виде реакцию (1) можно записать как:

\[{}^7{Li\ \left(p,n\right)}{}^7{Be}\left(2\right).\]

Часто применяют еще более короткую запись ядерных реакций, при такой записи указывают только легкие частицы и не указывают ядра, которые участвовали в реакции. Так, запись ($p,n$) обозначает, что протон выбивает нейтрон, из какого - то ядра.

Количественно ядерные реакции описывают при помощи квантовой механики.

Типы ядерных реакций

Ядерные реакции делят в соответствии со следующими признаками:

  1. По типу частиц, которые принимают участие в этих реакциях (реакции при участии заряженных частиц, например, электронов, протонов и т.д.), реакций проходящие под воздействием квантов, реакции при участи нейтронов.
  2. По величине энергии частиц, которые вызывают ядерную реакцию. Реакции с участием нейтронов часто происходят при малых энергиях, порядка электрон-вольт. Ядерные реакции вызываемые $\gamma $- квантами и заряженными частицами возникают при средних энергиях в ${\approx 10}^6$эВ. Ядерные реакции, при которых возникают элементарные частицы, не существующие в свободном состоянии, протекают при больших энергиях в сотни и тысячи мега электрон-вольт.
  3. По типу ядер, которые участвуют в ядерных реакциях: легкие, средние и тяжелые ядра.
  4. В зависимости от характера превращений, которые происходят в реакции: испускание нейтронов, заряженных частиц, реакции захвата.
  5. В зависимости от механизма взаимодействия при реакции: реакции, идущие через составное ядро и прямые ядерные реакции.

Примеры задач с решением

Пример 1

Задание. В чем заключаются особенности ядерных реакций проходящих под воздействием $\gamma $- квантов?

Решение. Ядерные реакции, которые происходят при воздействии $\gamma $- квантов еще называют фотоядерными. Эти реакции вызваны электромагнитными взаимодействиями.

Если энергия $\gamma $- кванта мала, то квант при взаимодействии с ядром испытывает только упругое рассеяние. Если энергия $\gamma $ кванта увеличивается, то появляется возможность реализации реакций типа ($\gamma ,n$); ($\gamma ,p$); ($\gamma ,\ 2n$) и т.д. Эти реакции аналогичны поглощению $\gamma -$квантов атомами, называют такие реакции ядерным фотоэффектом. При делении ядер велика вероятность реакции фотоделения ядра ($\gamma ,f$). Если энергии больше порога рождения мезона, то вместе с расщеплением ядра происходит процесс фоторождения, например, пионов.

Для реализации фотоядерных реакций энергия $\gamma $- кванта должна быть больше, чем энергия освобождения соответствующей частицы или группы частиц из ядра.

Особенностью фотоядерных реакций является существование огромных резонансов в сечениях поглощения $\gamma $ - квантов - больших и широких максимумов в зависимости эффективных сечений от энергии квантов. Для легких ядер (${}^{12}{C,\ {}^{16}O}$) этот максимум находится в области 20-25 МэВ, для средних и тяжелых: 13-18 МэВ. Ширина максимума составляет 3-4 МэВ. Максимальный вклад в полное сечение поглощения $\gamma $- квантов в области большого резонанса вносят реакции ($\gamma ,n$); ($\gamma ,p$). Сечение поглощения $\gamma $- квантов ядрами даже в области резонанса на один - два порядка меньше, сечения поглощения таких же $\gamma $- квантов, вызываемого атомными электронами. Фотоядерные реакции мало влияют на поглощение $\gamma $ - излучения веществом.

Энергетическое и угловое распределение частиц, вылетающих при ядерном фотоэффекте, не согласуется с концепцией Бора, так как считают, что поглощение $\gamma $ - кванта происходит на поверхности ядра одним или несколькими нуклонами. \textit{}

Пример 2

Задание. Что такое составное ядро при ядерных реакциях?

Решение. Многие ядерные реакции, которые протекают при невысоких энергиях, проходят через стадию образования, так называемого составного ядра (рис.1(С)).

Составное (промежуточное) ядро находится в возбужденном состоянии, время его жизни порядка $\tau \approx {10}^{-15}c$.

составного ядра ввел Н. Бор. Частица, которая проникает внутрь ядра, обычно сильно взаимодействует с его нуклонами, при этом энергия ее взаимодействия составляет примерно тот же порядок, что и кинетическая энергия сомой частицы. Поэтому вероятность захвата частицы ядром велика. Частица застревает в ядре, в результате взаимодействия с нуклонами энергия частицы уменьшается, частица довольно долго не может покинуть ядро. Частица, попав в ядро, теряет индивидуальность, и рассматривается как система новых нуклонов, присоединяясь к старым нуклонам ядра. Возникшая система нуклонов считается промежуточным ядром.

Составное ядро появляется в возбужденном состоянии и стремится потерять энергию возбуждения за счет возможного процесса. Это ядро принципиально схоже с радиоактивным ядром. Примером одного из возможных механизмов радиоактивного превращения может быть следующий: энергия захваченной частицы распределяется случайным образом между нуклонами составного ядра и в результате флуктуации концентрируется на одной из частиц. Эта частица вылетает из ядра. Совсем не обязательно, что вылетает из ядра та же частица, что была захвачена ядром.

Так, процесс столкновения частицы $a$ (рис.1) с ядром ($X$)разбивают на два этапа:

  • Частица $a$ сближается с ядром $X$, образуется составное ядро C, которое находится в возбужденном состоянии.
  • На втором этапе происходит распад составного ядра, при котором образуется новое ядро $Y$ и частица $b$.

Ядерная реакция изображается схемой.

Ядерным оружием называются боеприпасы, поражающее действие которых основано на использовании внутриядерной энергии, высвобождающейся при взрывных ядерных реакциях (деления, синтеза или того и другого одновременно). Для доставки этого оружия к цели используются ракеты, авиация и другие средства.

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

ядерные , в которых используется энергия, выделяющаяся в результате деления ядер тяжелых элементов (урана, плутония и др.);

термоядерные, использующие энергию, выделяющуюся при синтезе легких элементов (водорода, дейтерия, трития и др.) с образованием более тяжёлого ядра.

нейтронные - разновидность боеприпасов с термоядерным зарядом малой мощности, отличающимся высоким выходом нейтронного излучения.

Для получения ядерной энергии путем деления используются 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. 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. Благодаря тому, что при распаде ядер число нейтронов резко возрастает, реакция деления может мгновенно охватить все ядерное горючее.

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.

Поражающее действие ядерного взрыва зависит в основном от мощности боеприпаса и вида взрыва . Мощность ядерного взрыва измеряется тротиловым эквивалентом , то есть массой взрывчатого вещества тринитротолуола (тротила), энергия взрыва которого эквивалентна энергии взрыва данного ядерного боеприпаса . Тротиловый эквивалент измеряется в тоннах, тысячах тонн – килотоннах (кт) и миллионах тонн - мегатоннах (мт).

По мощности ядерные боеприпасы условно подразделяются на сверхмалые (мощность взрыва до 1 кт), малые (мощность взрыва 1–10 кт), средние (мощность взрыва 10–100 кт), крупные (мощность взрыва 100 кт - 1 мт) и сверхкрупные (мощность взрыва более 1 мт).

Скачайте 800+ конспектов
всего за 300 руб. *

* Старая цена - 500 руб.
Акция действует до 1.12.2017 года

Вопросы занятия:

1. Виды ядерных взрывов и их отличие по внешним признакам

Ядерные взрывы могут осуществляться в воздухе на различной высоте, у поверхности земли (воды) и под землей (водой). В соответствии с этим ядерные взрывы разделяют на воздушные, высотные, наземные (надводные) и подземные (подводные).

Воздушный ядерный взрыв

К воздушным ядерным взрывам относятся взрывы в воздухе на такой высоте, когда светящаяся область взрыва не касается поверхности земли (воды) (рис. а). Одним из признаков воздушного взрыва является то, что пылевой столб не соединяется с облаком взрыва (высокий воздушный взрыв). Воздушный взрыв может быть высоким и низким.
Точка на поверхности земли (воды), над которой произошел взрыв, называется эпицентром взрыва.
Воздушный ядерный взрыв начинается ослепительной кратковременной вспышкой, свет от которой может наблюдаться на расстоянии нескольких десятков и сотен километров. Вслед за вспышкой в месте взрыва возникает шарообразная светящаяся область, которая быстро увеличивается в размерах и поднимается вверх. Температура светящейся области достигает десятков миллионов градусов. Светящаяся область служит мощным источником светового излучения. Увеличиваясь, огненный шар быстро поднимается вверх и охлаждается, превращаясь в поднимающееся клубящееся облако. При подъеме огненного шара, а затем клубящегося облака создается мощный восходящий поток воздуха, который засасывает с земли поднятую взрывом пыль, которая удерживаются в воздухе в течение нескольких десятков минут.

При низком воздушном взрыве (рис. б) столб пыли, поднятый взрывом, может соединиться с облаком взрыва; в результате образуется облако грибовидной формы. Если воздушный взрыв произошел на большой высоте, то столб пыли может и не соединиться с облаком. Облако ядерного взрыва, двигаясь по ветру, утрачивает свою характерную форму и рассеивается. Ядерный взрыв сопровождается резким звуком, напоминающим сильный раскат грома. Воздушные взрывы могут применяться противником для поражения войск на поле боя, разрушения городских и промышленных зданий, поражения самолетов и аэродромных сооружений. Поражающими факторами воздушного ядерного взрыва являются: ударная волна, световое излучение, проникающая радиация и электромагнитный импульс.

1.2. Высотный ядерный взрыв

Высотный ядерный взрыв производится на высоте от 10 км и более от поверхности земли. При высотных взрывах на высоте нескольких десятков километров в месте взрыва образуется шарообразная светящаяся область, размеры ее больше, чем при взрыве такой же мощности в приземном слое атмосферы. После остывания светящаяся область превращается в клубящееся кольцевое облако. Пылевой столб и облако пыли при высотном взрыве не образуются. При ядерных взрывах на высотах до 25-30 км поражающими факторами этого взрыва являются ударная волна, световое излучение, проникающая радиация и электромагнитный импульс.

С увеличением высоты взрыва вследствие разрежения атмосферы ударная волна значительно ослабевает, а роль светового излучения и проникающей радиации возрастает. Взрывы, происходящие в ионосферной области, создают в атмосфере районы или области повышенной ионизации, которые могут влиять на распространение радиоволн (ультракоротковолнового диапазона) и нарушать работу радиотехнических средств.
Радиоактивное заражение поверхности земли при высотных ядерных взрывах практически отсутствует.
Высотные взрывы могут применяться для уничтожения воздушных и космических средств нападения и разведки: самолетов, крылатых ракет, спутников, головных частей баллистических ракет.

1.3. Наземный ядерный взрыв

При наземном взрыве образуется мощное пылевое облако и столб пыли, чем при воздушном, причем столб пыли с момента его образования соединен с облаком взрыва, в результате чего в облако вовлекается огромное количество грунта, который придает ему темную окраску. Перемешиваясь с радиоактивными продуктами, грунт способствует их интенсивному выпадению из облака. При наземном взрыве радиоактивное заражение местности в районе взрыва и по следу движения облака значительно сильнее, чем при воздушном. Наземные взрывы предназначаются для разрушения объектов, состоящих из сооружений большой прочности, и поражения войск, находящихся в прочных укрытиях, если при этом допустимо или желательно сильное радиоактивное заражение местности и объектов в районе взрыва или на следе облака. Эти взрывы применяются и для поражения открыто расположенных войск, если необходимо создать сильное радиоактивное заражение местности. При наземном ядерном взрыве поражающими факторами являются ударная волна, световое излучение, проникающая радиация радиоактивное заражение местности и электромагнитный импульс.

1.4. Подземный ядерный взрыв

При подземном взрыве характерного, грибовидного облака, как правило, не образуется. Образующийся столб имеет значительно более темную окраску, чем облако наземного взрыва. Достигнув максимальной высоты, столб начинает разрушаться. Радиоактивная пыль, оседая на землю, сильно заражает местность в районе взрыва и по пути движения облака.
Подземные взрывы могут осуществляться для разрушения особо важных подземных сооружений и образования завалов в горах в условиях, когда допустимо сильное радиоактивное заражение местности и объектов. При подземном ядерном взрыве поражающими факторами являются сейсмовзрывные волны и радиоактивное заражение местности.

1.5. Надводный ядерный взрыв

Этот взрыв имеет внешнее сходство с наземным ядерным взрывом и сопровождается теми же поражающими факторами, что и наземный взрыв. Разница заключается в том, что грибовидное облако надводного взрыва состоит из плотного радиоактивного тумана или водяной пыли.

Характерным для этого вида взрыва является образование поверхностных волн. Действие светового излучения значительно ослабляется вследствие экранирования большой массой водяного пара. Выход из строя объектов определяется в основном действием воздушной ударной волны. Радиоактивное заражение акватории, местности и объектов происходит вследствие выпадения радиоактивных частиц из облака взрыва. Надводные ядерные взрывы могут осуществляться для поражения крупных надводных кораблей и прочных сооружений военно-морских баз, портов, когда допустимо или желательно сильное радиоактивное заражение воды и прибрежной местности.

1.6. Подводный ядерный взрыв

Подводным ядерным взрывом называется взрыв, осуществленный в воде на той или иной глубине. При таком взрыве вспышка и светящаяся область, как правило, не видны. При подводном взрыве на небольшой глубине над поверхностью воды поднимается полый столб воды, достигающий высоты более километра. В верхней части столба образуется облако, состоящее из брызг и паров воды. Это облако может достигать несколько километров в диаметре. Через несколько секунд после взрыва водяной столб начинает разрушаться и у его основания образуется облако, называемое базисной волной. Базисная волна состоит из радиоактивного тумана; она быстро распространяется во все стороны от эпицентра взрыва, одновременно поднимается вверх и относится ветром. Спустя несколько, минут базисная волна смешивается с облаком султана (султан - клубящееся облако, окутывающее верхнею часть водяного столба) и превращается в слоисто-кучевое облако, из которого выпадает радиоактивный дождь. В воде образуется ударная волна, а на ее поверхности - поверхностные волны, распространяющиеся во все стороны. Высота волн может достигать десятков метров. Подводные ядерные взрывы предназначены для уничтожения кораблей и разрушений подводной части сооружений. Кроме того, они могут осуществляться для сильного радиоактивного заражения кораблей и береговой полосы.

2. Краткая характеристика поражающих факторов ядерного взрыва и их воздействие на организм человека, боевую технику и вооружение

Ядерный взрыв сопровождается выделением огромного количества энергии и способен практически мгновенно вывести из строя на значительном расстоянии незащищенных людей, открыто расположенную технику, сооружения и различные материальные средства. Основными, поражающими факторами ядерного взрыва являются: ударная волна (сейсмовзрывные волны), световое излучение, проникающая радиация электромагнитный импульс, и радиоактивное заражение местности.

1.2. Ударная волна

Ударная волна является основным поражающим фактором ядерного взрыва. Она представляет собой область сильного сжатия среды (воздуха, воды), распространяющуюся во все стороны от точки взрыва со сверхзвуковой скоростью. В самом начале взрыва передней границей ударной волны является поверхность огненного шара. Затем, по мере удаления от центра взрыва, передняя граница (фронт) ударной волны отрывается от огненного шара, перестает светиться и становится невидимой.
Основными параметрами ударной волны являются избыточное давление во фронте ударной волны, время ее действия и скоростной напор. При подходе ударной волны к какой-либо точке пространства в ней мгновенно повышается давление и температура, а воздух начинает двигаться в направлении распространения ударной волны. С удалением от центра взрыва давление во фронте ударной волны падает. Затем становится меньше атмосферного (возникает разрежение). В это время воздух начинает двигаться в направлении, противоположном направлению распространения ударной волны. После установления атмосферного давления движение воздуха прекращается.
Ударная волна проходит первые 1000 м за 2 сек, 2000 м - за 5 сек, 3000 м - за 8 сек.
За это время человек, увидев вспышку, может укрыться и тем самым уменьшить вероятность поражения волной или вообще избежать его.
Ударная волна может наносить поражения людям, разрушать или повреждать технику, вооружение, инженерные сооружения и имущество. Поражения, разрушения и повреждения вызываются как непосредственным воздействием ударной, волны, так и косвенно - обломками разрушаемых зданий, сооружений, деревьев и т.п.
Степень поражения людей и различных объектов зависит от того, на каком расстоянии от места взрыва и в каком положении они находятся. Объекты, расположенные на поверхности земли, повреждаются сильнее, чем заглубленные.

1.2. Световое излучение

Световое излучение ядерного взрыва представляет собой поток лучистой энергии, источником которой является светящаяся область, состоящая из раскаленных продуктов взрыва и раскаленного воздуха. Размеры светящейся области пропорциональны мощности взрыва. Световое излучение распространяется практически мгновенно (со скоростью 300000 км/ сек) и длится в зависимости от мощности взрыва от одной до нескольких секунд. Интенсивность светового излучения и его поражающее действие уменьшаются с увеличением расстояния от центра взрыва; при увеличении расстояния в 2 и 3 раза интенсивность светового излучения снижается в 4 и 9 раз.
Действие светового излучения при ядерном взрыве заключается в нанесении поражений людям и животным ультрафиолетовыми, видимыми и инфракрасными (тепловыми) лучами в виде ожогов различной степени, а также в обугливании или возгорании воспламеняющихся частей и деталей сооружений, зданий, вооружения, боевой техники, резиновых катков танков и автомобилей, чехлов, брезентов и других видов имущества и материалов. При прямом наблюдении взрыва с близкого расстояния световое излучение причиняет повреждения сетчатке глаз и может вызвать потерю зрения (полностью или частично).

1.3. Проникающая радиация

Проникающая радиация представляет собой поток гамма лучей и нейтронов, испускаемых в окружающую среду из зоны и облака ядерного взрыва. Продолжительность действия проникающей радиации, составляете всего несколько секунд, тем не менее, она способна наносить тяжелое поражение личному составу в виде лучевой болезни, особенно если он расположен открыто. Основным источником гамма-излучения являются осколки деления вещества заряда, находящиеся в зоне взрыва и радиоактивном облаке. Гамма-лучи и нейтроны способны проникать через значительные толщи различных материалов. При прохождении через различные материалы поток гамма-лучей ослабляется, причем, чем плотнее вещество, тем больше ослабление гамма-лучей. Например, в воздухе гамма-лучи распространяются на многие сотни метров, а в свинце всего лишь на несколько сантиметров. Нейтронный поток наиболее сильно ослабляется веществами, в состав которых входят легкие элементы (водород, углерод). Способность материалов ослаблять гамма-излучение и поток нейтронов можно характеризовать величиной слоя половинного ослабления.
Слоем половинного ослабления называется толщина материала, проходя через, которую гамма-лучи и нейтроны ослабляются в 2 раза. При увеличении толщины материала до двух слоев половинного ослабления доза радиации уменьшается в 4 раза, до трех слоев - в 8 раз и т. д.

Значение слоя половинного ослабления для некоторых материалов

Материал

Плотность, г/см3

по нейтронам

по гамма-излучению

Полиэтилен

Коэффициент ослабления проникающей радиации при наземном взрыве мощностью 10 тыс. т. для закрытого бронетранспортера равен 1,1. Для танка - 6, для траншеи полного профиля – 5. Подбрустверные ниши и перекрытые щели ослабляют радиацию в 25-50 раз; покрытие блиндажа ослабляет радиацию в 200-400 раз, а покрытие убежища - в 2000-3000 раз. Стена железобетонного сооружения толщиной в 1 м ослабляет радиацию примерно в 1000 раз; броня танков ослабляет радиацию в 5-8 раз.

1.4. Радиоактивное заражение местности

Радиоактивное заражение местности, атмосферы и различных объектов при ядерных взрывах вызывается осколками деления, наведенной активностью и не прореагировавшей частью заряда.
Основным источником радиоактивного заражения при ядерных взрывах являются радиоактивные продукты ядерной реакции - осколки деления ядер урана или плутония. Радиоактивные продукты ядерного взрыва, осевшие на поверхность земли, испускают гамма-лучи, бета- и альфа-частицы (радиоактивные излучения).
Радиоактивные частицы выпадают из облака и заражают местность, создавая радиоактивный след на расстояниях в десятки и сотни километров от центра взрыва. По степени опасности зараженную местность по следу облака ядерного взрыва делят на четыре зоны.

На зараженной местности люди подвергаются действию радиоактивных излучений, в результате чего у них может развиться лучевая болезнь. Не менее опасно попадание радиоактивных веществ внутрь организма, а также на кожу. Так, при попадании на кожу, особенно на слизистые оболочки полости рта, носа и глаз, даже малых количеств радиоактивных веществ могут наблюдаться радиоактивные поражения.
Вооружение и техника, зараженные РВ, представляют определенную опасность для личного состава, если обращаться, с ними без средств защиты. В целях исключения поражения личного состава от радиоактивности зараженной техники установлены допустимые уровни заражения продуктами ядерных взрывов, не приводящие к лучевому поражению. Если заражение выше допустимых норм, то необходимо удалять радиоактивную пыль с поверхностей, т. е. производить их дезактивацию.
Радиоактивное заражение, в отличие от других поражающих факторов, действует длительное время (часы, сутки, годы) и на больших площадях. Оно не имеет внешних признаков и обнаруживается только с помощью специальных дозиметрических приборов.

1.5. Электромагнитный импульс

Электромагнитные поля, сопровождающие ядерные взрывы, называют электромагнитным импульсом (ЭМИ).
При наземном и низком воздушном взрывах поражающее воздействие ЭМИ наблюдается на расстоянии нескольких километров от центра взрыва. При высотном ядерном взрыве могут возникнуть поля ЭМИ в зоне взрыва и на высотах 20-40 км от поверхности земли.
Поражающее действие ЭМИ проявляется, прежде всего, по отношению к радиоэлектронной и электротехнической аппаратуре, находящейся на вооружении и военной технике и других объектах. Под действием ЭМИ в указанной аппаратуре наводятся электрические токи и напряжения, которые могут вызвать пробой изоляции, повреждение трансформаторов, порчу полупроводниковых приборов, перегорание плавких вставок и других элементов радиотехнических устройств.

1.6. Сейсмовзрывные волны в грунте

При воздушных и наземных ядерных взрывах в грунте образуются сейсмовзрывные волны, представляющие собой механические колебания грунта. Эти волны распространяются на большие расстояния от эпицентра взрыва, вызывают деформации грунта и являются существенным поражающим фактором для подземных, шахтных и котлованных сооружений.
Источником сейсмовзрывных волн при воздушном взрыве является воздушная ударная волна, действующая на поверхность земли. При наземном взрыве сейсмовзрывные волны образуются как в результате действия воздушной ударной волны, так и вследствие передачи энергии грунту непосредственно в центре взрыва.
Сейсмовзрывные волны формируют динамические нагрузки на конструкции, элементы строений и т. д. Сооружения и их конструкции совершают колебательные движения. Напряжения, возникающие в них, при достижении определенных значений приводить к разрушениям элементов конструкций. Колебания, передаваемые от строительных конструкций на размещаемые в сооружениях вооружение, военную технику и внутреннее оборудование, могут приводить к их повреждениям. Пораженным может оказаться и личный состав в результате действия на него перегрузок и акустических волн, вызываемых колебательным движением элементов сооружений.

3. Лучевая болезнь. Допустимые мощности доз облучения

3.1. Лучевая болезнь.

Поражающее действие проникающей радиации на организм человека и животных обусловливается биологическим действием ионизирующего излучения, в результате этого нарушаются различные жизненные процессы в организме, что приводят к заболеванию лучевой болезнью. В зависимости от полученной дозы излучения различают четыре степени лучевой болезни.

Лучевая болезни первой степени возникает при дозе излучения 100-200 рад. Часть пораженных теряет боеспособность спустя 2-4 недели. Лечение амбулаторное или стационарное.
Лучевая болезнь второй степени возникает при дозе излучения 200-400 рад. Пораженные выходят из строя спустя 2-3 недели. Лечение стационарное. Смертельные исходы возможны у 5-15% пораженных.
Лучевая болезнь третьей степени наступает при дозе 400-600 рад. Пораженные выходят из строя в течение 1-10 суток. Лечение стационарное. Смертность составляет 20-30%.
Лучевая болезнь четвертой степени наступает при дозе 600-1000 рад. Потеря боеспособности происходит в течение первых часов. Большинство пораженных погибают в ближайшие 10 суток.

3.2. Допустимые мощности доз облучения

Допустимые значения степени заражения поверхностей объектов
радиоактивными продуктами ядерного взрыва, мрад/ч

Наименование объекта

Возраст радиоактивных
продуктов, ч

Нательное белье, лицевая часть противогаза, обмундирование, снаряжение, обувь, средства индивидуальной защиты, личное оружие, медицинское имущество

Продовольственная тара, кухонный инвентарь, оборудование столовых, хлебопекарен, продовольственных кладовых

автотранспорт, самолеты, спецмашины, артиллерийские установки, минометы, ракетные комплексы, техническое имущество

бронированные объекты (БТР, БМП, танки, пусковые установки)

Примечание. При измерении степени заражения поверхностей объектов расстояние между датчиком прибора и поверхностью должно быть 1–1,5 см.

4. Особенности поражающего действия нейтронных боеприпасов

Нейтронное оружие это разновидность ядерного оружия, имеющего повышенный выход энергии нейтронного излучения для поражения живой силы и вооружения противника. В нейтронных боеприпасах поражающее воздействий ударной волны и светового излучения на человека, вооружение и технику резко ограничено.
Нейтронные боеприпасы это термоядерные боеприпасы сверхмалой и малой мощности, т.е. имеющие тротиловый эквивалент до 10000 т. В состав такого боеприпаса входит плутониевый детонатор и некоторое количество изотопов водорода - дейтерия и трития.
По поражающему действию проникающей радиации на людей взрыв нейтронного боеприпаса в 1000 т эквивалентен взрыву атомного боеприпаса мощностью 10000-20000 т.
Одной из особенностей действия мощного потока проникающей радиации нейтронных боеприпасов является то, что прохождение нейтронов высокой энергии через материалы конструкций техники и сооружений, а так же через грунт в районе взрыва вызывает появление в них наведенной радиоактивности. Наведенная радиоактивность в технике в течение многих часов после взрыва может явиться причиной поражения людей, ее обслуживающих.
Обладая большой проникающей способностью, нейтронное оружие способно поражать живую силу противника на значительном расстоянии от эпицентра ядерного взрыва и в укрытиях. При этом в биологических объектах происходит ионизация живой ткани, приводящая к нарушению жизнедеятельности отдельных систем и организма в целом, развитию лучевой болезни.
Поражающее действие нейтронного оружия на военную технику происходит за счет взаимодействия нейтронов и гамма-излучения с конструкционными материалами и радиоэлектронной аппаратурой, что приводит к появлению «наведенной» радиоактивности и, как следствие, нарушению функционирования вооружения и военной техники.
Защита от проникающей радиации нейтронного боеприпаса составляет определенные трудности, так как те материалы, которые лучше ослабляют нейтронный поток хуже защищают от гамма излучения и наоборот. Отсюда вывод: для защиты от проникающей радиации нейтронного боеприпаса необходимо комбинировать водородосодержащие вещества и материалы с повышенной плотностью.

5. Способы защиты личного состава и боевой техники от поражающих факторов ядерного взрыва

Защита личного состава, вооружения и военной техники от ударной волны достигается двумя основными способами:

  • первый способ заключается в максимально возможном для данных условий обстановки рассредоточении подразделений. Характер рассредоточения регламентируется уставами, наставлениями и решениями командиров на ведение боя и выполнение боевых задач;
  • второй способ заключается в изоляции личного состава, вооружения и военной техники от воздействий повышенного давления и скоростного напора ударной волны в различных укрытиях. Так, открытые траншеи уменьшают радиус поражения личного состава по сравнению с открытой местностью на 30–35%, перекрытые траншеи (щели) – в два раза, блиндажи – в три раза.

В траншеях, ходах сообщения и открытых щелях радиус зоны поражения личного состава в среднем в 1,4 раза, а в окопах на двух-трех человек и в перекрытых щелях - в среднем в 1,8 раза меньше, чем при открытом расположении.
Поражающее действие ударной волны на личный состав будет меньше, если он расположен за прочными местными предметами, на обратных скатах высот, в оврагах, карьерах и т. п.
Радиус зон поражения техники, расположенной в окопах и котлованных укрытиях, в 1,2-1,5 раза меньше, чем при открытом расположении.
В населенных пунктах поражение людей будет происходить главным образом от косвенного воздействия ударной волны - при разрушении зданий и сооружений.

Защита личного состава от светового излучения достигается:

  • использованием закрытых видов вооружения и военной техники, перекрытых фортификационных сооружений;
  • средствами индивидуальной защиты, обладающими термической стойкостью, применением специальных очков и средств защиты глаз в темное время суток;
  • использованием экранирующих свойств оврагов, лощин, местных предметов;
  • проведением мероприятий по повышению отражательной способности и стойкости к воздействию светового излучения материалов;
  • Осуществлением противопожарных мероприятий;
  • применением дымовых завес.

Поражающее действие светового излучения определяется мощностью и видом ядерного взрыва, прозрачностью атмосферы и цветом поражаемого объекта. Наибольшую опасность в этом отношении представляет воздушный взрыв. Туман, дымка, дождь значительно поглощают излучение и уменьшают радиус поражения.
На степень поражения закрытых участков тела оказывают влияние цвет одежды, ее толщина, а также плотность прилегания к телу. Люди, одетые в свободную одежду светлых тонов получают меньше ожогов закрытых участков тела, чем люди, одетые в плотно прилегающую одежду темного цвета.
Световое излучение распространяется прямолинейно и не проникает через непрозрачные материалы. Поэтому любая преграда (стена, броня, покрытие убежища, лес, густой кустарник и т. п.), которая способна создавать зону тени, защищает от ожогов. Эффективным способом защиты личного состава от светового излучения является быстроезалегание за какую-либо преграду.
При расположении личного состава в убежищах, блиндажах, перекрытых щелях, под брустверных нишах, танках, боевых машинах пехоты и бронетранспортерах закрытого типа поражение его световым излучением практически полностью исключается. При расположении в открытых щелях, окопах, траншеях или ходах сообщения лежа вероятность непосредственного поражения световым излучением уменьшается от 1,5 до 5 раз.
Существуют особенности воздействия светового излучения ночью. Глаза человека более чувствительны к световому излучению, чем другие участки тела. Радиус временного ослепления от светового излучения ядерного взрыва ночью значительно больше радиуса возникновения ожогов тела. В зависимости от условий продолжительность ослепления может составлять от нескольких секунд до 30 мин.

Защитой от проникающей радиации служат различные материалы, ослабляющие γ- излучение и потоки нейтронов. Первый вид излучения сильнее всего ослабляется тяжелыми материалами (свинец, сталь, бетон). Поток нейтронов лучше всего ослабляется легкими материалами, содержащими ядра легких элементов, например водорода (вода, полиэтилен).
Бронетанковая техника хорошо ослабляет γ- излучения, но обладает низкими защитными свойствами по нейтронам. Поэтому для увеличения защитных свойств она усиливается легкими водородосодержащими материалами. Наибольшей кратностью ослабления от проникающей радиации обладают фортификационные сооружения (перекрытые траншеи – до 100, убежища – до 1500).
Ослабление действия проникающей радиации на организм человека достигается применением различных противорадиационных препаратов.

Толщина слоя половинного ослабления проникающей радиации

Материал

Плотность, г/см3

Слой половинного ослабления, см

по нейтронам

по γ - излучению

Полиэтилен

Кратность ослабления дозы излучения от зараженной местности

Атомное оружие по праву считают не только самым страшным, но и самым величественным изобретением человечества. В нём скрыта столько разрушительной силы, что взрывной волной с лица планеты Земля сметается не только все виды жизни, но и любые, даже самые крепкие сооружения. Только на воинских хранилищах России ядерного оружия столько, что одновременный его подрыв способен привести к уничтожению нашей планеты.

И в этом нет ничего удивительного ведь российские запасы находятся на втором месте после американских. За такими представителями, как «Кузькина мать» и «Царь-бомба» закреплено звание самого мощного оружия всех времён. В ТОП 10 перечислены ядерные бомбы всего мира, обладающие или обладавшие наибольшим потенциалом. Некоторые из них были использованы, нанося при этом экологии планеты непоправимый вред.

10 место. Little boy (Малыш) мощностью 18 килотонн


Эта бомба стала первой использованной не на полигоне, а в реальных условиях. Её использование оказало большое влияние на завершение войны между Америкой и Японией. От взрыва Little boy в городе Хиросима погибло сто сорок её жителей. Длина этой бомбы составляла три метра, а диаметр – семьдесят сантиметров. Высота ядерного столба, образовавшегося после взрыва, составляла больше шести километров. Этот город и по сей день остаётся незаселенным.

9 место. Fat Man (Толстяк) – 21 килотонна


Так называлась вторая бомба, скинутая американским самолётом на город Нагасаки. Жертвами этого взрыва стало восемьдесят тысяч горожан, которые погибли сразу, притом, что ещё тридцать пять тысяч человек стали жертвами облучения. Эта бомба до сих пор является самым мощным оружием, за всю историю человечества, применение которого осуществлялось для достижения военных целей.

8 место. Trinity (Штучка) – 21 килотонна


Trinity принадлежит пальма первенства среди ядерных бомб, взорванных с целью изучения реакций и происходящих процессов. Ударной волной взрыва было поднято облако на высоту одиннадцать километров. Впечатление, которое было получено учёными, наблюдавшими за первым в истории человека ядерным взрывом, они назвали ошеломляющим. Клубы дыма белого цвета в виде столба, чей диаметр достигал двух километров, стремительно поднялись вверх, где и образовали шапку в виде гриба.

7 место. Baker (Бейкер) – 23 килотонна


Baker – так называли одну из трёх бомб, принявших участие в операции под кодовым названием Crossroads («Перекрёстки), которая проводилась в 1946 году. В ходе испытания изучались последствия взрыва атомных снарядов. В качестве испытуемых использовались животные и суда морского класса. Взрыв был осуществлён на глубине равной двадцати семи километрам. В результате было вытеснено примерно два миллиона тонн воды, что привело к образованию столба высотой больше полукилометра. Бейкером была спровоцирована первая в мире ядерная катастрофа. Радиоактивность острова Бикини, который был выбран для проведения испытаний, достигла такого уровня, что проживать на нём стало невозможно. До 2010 года он считался совершенно необитаемым.

6 место Рея – 955 килотонн


Рея является самой мощной атомной бомбой, испытания которой были произведены Францией в 1971 году. Взрыв этого снаряда был осуществлён на территории атолла Муруроа, используемым в качестве полигона для проведения ядерных взрывов. По 1998 год там произвели испытание более двухсот ядерных снарядов.

5 место. Castle Romeo – 11 мегатонн


Castle Romeo относится к разряду одного из самых мощных ядерных взрывов, из числа проводимых Америкой. Приказ о начале проведения операции был подписан 27 марта 1954 года. Для проведения взрыва в открытый океан была выведена баржа, так как имелись опасения что взрывом бомбы может быть разрушен остров, расположенный неподалёку. Предполагалось, что мощность взрыва не превысит четырёх мегатонн, однако фактически она равнялась одиннадцати мегатонн. В ходе расследования было выявлено, что причиной этого явилось использование дешёвого материала, используемого как термоядерное топливо.

4 место. Устройство Mike – 12 мегатонн


Первоначально устройство Mike (Иви Майк) не обладало никакой ценностью и использовалось как экспериментальная бомба. Ядерное облако от его взрыва поднялось на тридцать семь километров, а шляпка облака в диаметре достигала 161 км. Силу ядерной волны оценили в двенадцать мегатонн. Этой мощности оказалось вполне достаточно, для полного уничтожения всех островков Элугелаб, на которых производились испытания. Там, где они находились, образовалась воронка, в диаметре достигающая двух километров. Её глубина составляла пятьдесят метров. Расстояние, на которое разлетелись осколки, нёсшие радиоактивное заражение, составило пятьдесят километров, если считать от эпицентра.

3 место. Castle Yankee – 13,5 мегатонны


Вторым по мощности взрывом, осуществлённым американскими учёными, был взрыв Castle Yankee. Предварительно проведённые расчёты, позволяли предположить, что мощность устройства не сможет превысить десяти мегатонн, в пересчёте на тротиловый эквивалент. Но фактическая сила взрыва составила тринадцать с половиной мегатонн. Ножка ядерного гриба вытянулась на сорок километров, а шляпка – на шестнадцать. Четырёх дней хватило радиационному облаку чтобы достигнуть города Мехико, расстояние до которого от места взрыва составляло одиннадцать тысяч километров.

2 место. Castle Bravo (Креветка TX-21) – 15 мегатонн


Мощнее бомбу чем Castle Bravo американцы не испытывали. Проведена операция была в 1954 году и повлекла за собой необратимые для экологии последствия. В результате пятнадцати мега-тонного взрыва произошло очень сильное радиационное заражение. Облучению подверглись сотни людей, местом жительства которых были Маршалловы острова. Длина ножки ядерного гриба достигла сорока километров, а шляпка растянулась на сто километров. В результате взрыва, на морском дне образовалась огромная воронка, диаметр которой достигал двух километров. Последствия, спровоцированные испытаниями, заставили ввести ограничения на операции, в которых использовались ядерные снаряды.

1 место. Царь-бомба (АН602) – 58 мегатонн


Мощнее советской Царь-бомбы не было и нет во всём мире. Длина снаряда достигала восьми метров, а диаметр – двух. В 1961 году взрыв этого снаряда произвели на архипелаге под названием Новая Земля. Согласно первоначальным планам мощность АН602 должна была составлять сто мегатонн. Однако учёные, убоявшись глобальности разрушительной силы такого заряда, приняли решение остановиться на пятидесяти восьми мегатоннах. Активацию Царь-бомбы осуществили на высоте четырёх километров. Последствия этого поразили всех. Огненное облако в диаметре достигало десяти километров. Длина «ножки» ядерного гриба составила порядка 67 км, а диаметр шапки накрыл 97 км. Вполне реальная опасность угрожала даже жизни людей, проживающих на расстоянии меньше 400 километров. Отзвуки мощной звуковой волны были слышны на расстоянии в тысячу километров. Поверхность острова, на котором производились испытания стала абсолютно ровной без выступов и каких бы то ни было строений на ней. Сейсмической волне удалось обогнуть Землю три раза, позволив каждому её жителю почувствовать на себе всю мощь, несомую ядерным оружием. Результатом этого испытания стало то, что представителями больше ста стран был подписан договор, запрещающий проведение данного вида испытаний. При этом неважно какая среда выбирается для этого – земля, вода или атмосфера.