Реферат: Ядерное оружие
Ю.Г.Афанасьев, А.Г.Овчаренко, С.Л.Раско, Л.И.Трутнева
Ядерныморужием называют боеприпасы, действие которых основано на использованиивнутриядерной энергии, выделяющейся при ядерных реакциях деления или синтеза.Центром ядерного взрыва называют точку, в которой происходит вспышка илинаходится центр огненного шара, а эпицентром — проекцию центра взрыва на земнуюили водную поверхность.
1. Виды ядерных зарядов
Атомные заряды
Действиеатомного оружия основывается на реакции деления тяжелых ядер (уран-235,плутоний-239 и т.д.). Цепная реакция деления развивается не в любом количестведелящегося вещества, а лишь только в определенной для каждого вещества массе.Наименьшее количество делящегося вещества, в котором возможна саморазвивающаясяцепная ядерная реакция, называют критической массой. Уменьшение критическоймассы будет наблюдаться при увеличении плотности вещества.
Делящеесявещество в атомном заряде находится в подкритическом состоянии. По принципу егоперевода в надкритическое состояние атомные заряды делятся на пушечные иимплозивного типа.
Взарядах пушечного типа две и более частей делящегося вещества, масса каждой изкоторых меньше критической, быстро соединяются друг с другом в надкритическуюмассу в результате взрыва обычного взрывчатого вещества (выстреливания однойчасти в другую).
Присоздании зарядов по такой схеме трудно обеспечить высокую надкритичность,вследствие чего его коэффициент полезного действия невелик. Достоинством схемыпушечного типа является возможность создания зарядов малого диаметра и высокойстойкости к действию механических нагрузок, что позволяет использовать их вартиллерийских снарядах и минах.
Взарядах имплозивного типа делящееся вещество, имеющее при нормальной плотностимассу меньше критической, переводится в надкритическое состояние повышением егоплотности 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.
Термоядерные заряды
Действиетермоядерного оружия основывается на реакции синтеза ядер легких элементов. Длявозникновения цепной термоядерной реакции необходима очень высокая (порядканескольких миллионов градусов) температура, которая достигается взрывомобычного атомного заряда. В качестве термоядерного горючего используется обычнодейтрид лития-6 (твердое веще-ство, представляющее собой соединение лития-6 идейтерия).
Нейтронные заряды
Нейтронныйзаряд представляет собой особый вид термоядерного заряда малой мощности сповышенным нейтронным излучением. Как известно, при взрыве ядерного боеприпасаударная волна несет около 50% энергии, а проникающая радиация не более 5%.Предназначение ядерного заряда нейтронного типа заключается в том, чтобыперераспределить соотношение поражающих факторов в пользу проникающей радиации,а точнее, потока нейтронов.
Поданным иностранной печати, американским специалистам удалось создать подобныеснаряды для боеголовок тактических ракет «Лэнс» и 155-миллиметровыхартиллерийских систем. При взрыве нейтронного снаряда ударная волна и световоеизлучение вызывают сплошные разрушения в радиусе 200-300 м. А доза нейтронногоизлучения, которая возникает на расстоянии 800 м от точки взрыва нейтроннойбоеголовки ракеты «Лэес», почти сразу лишает человеческий организмжизнеспособности.
«Чистый» заряд.
Чистыйзаряд — это ядерный заряд, при взрыве которого выход долгоживущих радиоактивныхизотопов существенно снижен.
Ядерныебоеприпасы применяются для снаряжения авиабомб, фугасов, торпед, артиллерийскихснарядов.
Средствамидоставки ядерных боеприпасов могут являться баллистические ракеты, крылатые изенитные ракеты, авиация.
Мощность ядерных боеприпасов
Ядерноеоружие обладает колоссальной мощностью. При делении урана массой порядкакилограмма освобождается такое же количество энергии, как при взрыве тротиламассой около 20 тысяч тонн. Термоядерные реакции синтеза являются еще болееэнергоемкими. Мощность взрыва ядерных боеприпасов принято измерять в единицахтротилового эквивалента. Под тротиловым эквивалентом понимается энергетическаяхарактеристика взры-ва ядерного или термоядерного заряда. Иными словами,тротиловый эквивалент — это масса тринитротолуола, которая обеспечила бы взрыв,по мощности эквивалентный взрыву данного ядерного боеприпаса. Обычно онизмеряется в килотоннах (кТ) или в мегатоннах (МгТ).
Взависимости от мощности ядерные боеприпасы делят на калибры:
сверхмалый(менее 1 кТ);
малый(от 1 до 10 кТ);
средний(от 10 до 100 кТ);
крупный(от 100 кТ до 1 МгТ);
сверхкрупный(свыше 1 МгТ).
Термоядернымизарядами комплектуются боеприпасы сверхкрупного, крупного и среднего калибров;ядерными — сверхмалого, малого и среднего калибров, нейтронными — сверхмалого ималого калибров.
Виды ядерных взрывов
Взависимости от задач, решаемых ядерным оружием, от вида и расположенияобъектов, по которым планируются ядерные взрывы, а также от характерапредстоящих боевых действий ядерные взрывы могут быть осуществлены в воздухе, уповерхности земли (воды) и под землей (водой). В соответствии с этим различаютследующие виды ядерных взрывов: воздушный, высотный (в разряженных слояхатмосферы), наземный (надводный), подземный (подводный).
2. Поражающие факторы ядерного взрыва
Ядерныйвзрыв способен мгновенно уничтожить или вывести из строя незащищенных людей,открыто стоящую технику, сооружения и различные материальные средства.Основными поражающими факторами ядерного взрыва (ПФЯВ) являются:
ударнаяволна;
световоеизлучение;
проникающаярадиация;
радиоактивноезаражение местности;
электромагнитныйимпульс (ЭМИ).
Приядерном взрыве в атмосфере распределение выделяющейся энергии между ПФЯВпримерно следующее: около 50% на ударную волну, на долю светового излучения 35%,на радиоактивное заражение 10% и 5% на проникающую радиацию и ЭМИ.
Ударная волна
Ударнаяволна в большинстве случаев является основным поражающим фактором ядерноговзрыва. По своей природе она подобна ударной волне вполне обычного взрыва, нодействует более продолжительное время и обладает гораздо большей разрушительнойсилой. Ударная волна ядерного взрыва может на значительном расстоянии от центравзрыва наносить поражения людям, разрушать сооружения и повреждать боевуютехнику.
Ударнаяволна представляет собой область сильного сжатия воздуха, распространяющуюся сбольшой скоростью во все стороны от центра взрыва. Скорость распространения еезависит от давления воздуха во фронте ударной волны; вблизи центра взрыва она внесколько раз превышает скорость звука, но с увеличением расстояния от меставзрыва резко падает. За первые 2 с ударная волна проходит около 1000 м, за 5 с- 2000 м, за 8 с — около 3000 м.
Поражающеедействия ударной волны на людей и разрушающее действие на боевую технику,инженерные сооружения и материальные средства прежде всего определяютсяизбыточным давлением и скоростью движения воздуха в ее фронте. Незащищенныелюди могут, кроме того, поражаться летящими с огромной скоростью осколкамистекла и обломками разрушаемых зданий, падающими деревьями, а такжеразбрасываемыми частями боевой техники, комьями земли, камнями и другимипредметами, приводимыми в движение скоростным напором ударной волны. Наибольшиекосвенные поражения будут наблюдаться в населенных пунктах и в лесу; в этих случаяхпотери населения могут оказаться большими, чем от непосредственного действияударной волны. Поражения, наносимые ударной волной, подразделяются на легкие,средние, тяжелые и крайне тяжелые.
Легкиепоражения наступают при избыточном давлении 20-40 кПа (0,2-0,4 кгс/см2) ихарактеризуются временным повреждением органов слуха, общей легкой контузией,ушибами и вывихами конечностей. Средние поражения возникают при избыточномдавлении 40-60 кПа (0,4-0,6 кгс/см2). При этом могут возникнуть вывихи конечностей,контузия головного мозга, повреждение органов слуха, кровотечение из носа иушей. Тяжелые поражения возможны при избыточном давлении ударной волны 60-100кПа (0,6-1,0 кгс/см2) и характеризуются сильной контузией всего организма; приэтом могут наблюдаться повреждения головного мозга и органов брюшной полости,сильное кровотечение из носа и ушей, тяжелые переломы и вывихи конечностей.Крайне тяжелые травмы могут привести к смертельному исходу при избыточномдавлении более 100 кПа (1,0 кгс/см2).
Степеньпоражения ударной волной зависит прежде всего от мощности и вида ядерноговзрыва. При воздушном взрыве мощностью 20 кТ легкие травмы у людей возможны нарасстояниях до 2,5 км, средние — до 2 км, тяжелые — до 1,5 км, крайне тяжелые — до 1,0 км от эпицентра взрыва. С ростом калибра ядерного боеприпаса радиусыпоражения ударной волной растут пропорционально корню кубическому из мощностивзрыва.
Гарантированнаязащита людей от ударной волны обеспечивается при укрытии их в убежищах. Вслучае отсутствия убежищ используются естественные укрытия и рельеф местности.
Приподземном взрыве возникает ударная волна в грунте, а при подводном — в воде.Ударная волна, распространяясь в грунте, вызывает повреждения подземныхсооружений, канализации, водопровода; при распространении ее в воде наблюдаетсяповреждение подводной части кораблей, находящихся даже на значительномрасстоянии от места взрыва.
Применительнок гражданским и промышленным зданиям степени разрушения характеризуются слабым,средним, сильным и полным разрушениями.
Слабоеразрушение сопровождается разрушением оконных и дверных заполнений и легкихперегородок, частично разрушается кровля, возможны трещины в стенах верхнихэтажей. Подвалы и нижние этажи сохраняются полностью.
Среднееразрушение проявляется в разрушении крыш, внутренних перегородок, окон,обрушением чердачных перекрытий, трещинами в стенах. Восстановление зданийвозможно при проведении капитальных ремонтных работ.
Сильноеразрушение характеризуется разрушением несущих конструкций и перекрытий верхнихэтажей, появлением трещин в стенах. Использование зданий становитсяневозможным. Ремонт и восстановление зданий становится нецелесообразным.
Приполном разрушении обрушаются все основные элементы здания, включая и несущиеконструкции. Использовать такие здания невозможно, и, чтобы они не представлялиопасность, их полностью обрушают.
Световое излучение
Световоеизлучение ядерного взрыва представляет собой поток лучистой энергии, включающейультрафиолетовое, видимое и инфракрасное излучение. Источником световогоизлучения является светящаяся область, состоящая из раскаленных продуктоввзрыва и раскаленного воздуха. Яркость светового излучения в первую секунду внесколько раз превосходит яркость Солнца. Максимальная температура светящейсяобласти находится в пределах 8000-10000 оС.
Поражающеедействие светового излучения характеризуется световым импульсом. Световымимпульсом называется отношение количества световой энергии к площади освещеннойповерхности, расположенной перпендикулярно распространению световых лучей.Единицей светового импульса является джоуль на квадратный метр (Дж/м2) иликалория на квадратный сантиметр (кал/см2).
Поглощеннаяэнергия светового излучения переходит в тепловую, что приводит к разогревуповерхностного слоя материала. Нагрев может быть настолько сильным, чтовозможно обугливание или воспламенение горючего материала и растрескивание илиоплавление негорючего, что может привести к огромным пожарам. При этом действиесветового излучения ядерного взрыва эквивалентно массированному применениюзажигательного оружия.
Кожныйпокров человека также поглощает энергию светового излучения, за счет чего можетнагреваться до высокой температуры и получать ожоги. В первую очередь ожогивозникают на открытых участках тела, обращенных в сторону взрыва. Если смотретьв сторону взрыва незащищенными глазами, то возможно поражение глаз, приводящеек полной потере зрения.
Ожоги,вызываемые световым излучением, не отличаются от ожогов, вызываемых огнем иликипятком. Они тем сильнее, чем меньше расстояние до взрыва и чем большемощность боеприпаса. При воздушном взрыве поражающее действие световогоизлучения больше, чем при наземном той же мощности. В зависимости отвоспринятой величины светового импульса ожоги делятся на три степени.
Ожогипервой степени возникают при световом импульсе 2-4 кал/см2 и проявляются вповерхностном поражении кожи: покраснении, припухлости, болезненности. Приожогах второй степени при световом импульсе 4-10 кал/см2 на коже появляютсяпузыри. При ожогах третьей степени при световом импульсе 10-15 кал/см2наблюдается омертвление кожи и образование язв.
Привоздушном взрыве боеприпаса мощностью 20 кТ и прозрачности атмосферы порядка 25км ожоги первой степени будут наблюдаться в радиусе 4,2 км от центра взрыва;при взрыве заряда мощностью 1 МгТ это расстояние увеличится до 22,4 км. Ожогивторой степени проявляются на расстояниях 2,9 и 14,4 км и ожоги третьей степени- на расстояниях 2,4 и 12,8 км соответственно для боеприпасов мощностью 20 кТ и1 МгТ.
Защитойот светового излучения могут служить различные предметы, создающие тень, нолучшие результаты достигаются при использовании убежищ и укрытий.
Проникающая радиация
Проникающаярадиация представляет собой поток гамма квантов и нейтронов, испускаемых иззоны ядерного взрыва. Гамма кванты и нейтроны распространяются во все стороныот центра взрыва.
Сувеличением расстояния от взрыва количество гамма квантов и нейтронов,проходящее через единицу поверхности, уменьшается. При подземном и подводномядерных взрывов действие проникающей радиации распространяется на расстояния,значительно меньшие, чем при наземных и воздушных взрывах, что объясняетсяпоглощением потока нейтронов и гамма квантов землей и водой.
Зоныпоражения проникающей радиацией при взрывах ядерных боеприпасов средней ибольшой мощности несколько меньше зон поражения ударной волной и световымизлучением.
Длябоеприпасов с небольшим тротиловым эквивалентом (1000 тонн и менее), наоборот,зоны поражающего действия проникающей радиацией превосходят зоны пораженияударной волной и световым излучением.
Поражающеедействие проникающей радиации определяется способностью гамма квантов инейтронов ионизировать атомы среды, в которой они распространяются. Проходячерез живую ткань, гамма кванты и нейтроны ионизируют атомы и молекулы,входящие в состав клеток, которые приводят к нарушению жизненных функцийотдельных органов и систем. Под влиянием ионизации в организме возникаютбиологические процессы отмирания и разложения клеток. В результате этого упораженных людей развивается специфическое заболевание, называемое лучевойболезнью.
Дляоценки ионизации атомов среды, а следовательно, и поражающего действияпроникающей радиации на живой организм введено понятие дозы облучения (или дозырадиации), единицей измерения которой является рентген (Р). Дозе радиации 1Рсоответствует образование в одном кубическом сантиметре воздуха приблизительно2 миллиардов пар ионов.
Взависимости от дозы излучения различают четыре степени лучевой болезни. Первая(легкая) возникает при получении человеком дозы от 100 до 200 Р. Онахарактеризуется общей слабостью, легкой тошнотой, кратковременнымголовокружением, повышением потливости; личный состав, получивший такую дозу,обычно не выходит из строя. Вторая (средняя) степень лучевой болезниразвивается при получении дозы 200-300 Р; в этом случае признаки поражения — головная боль, повышение температуры, желудочно-кишечное расстройство — проявляются более резко и быстро, личный состав в большинстве случаев выходитиз строя. Третья (тяжелая) степень лучевой болезни возникает при дозе свыше300-500 Р; она характеризуется тяжелыми головными болями, тошнотой, сильнойобщей слабостью, головокружением и другими недомоганиями; тяжелая форма нередкоприводит к смертельному исходу. Доза облучения свыше 500 Р вызывает лучевуюболезнь четвертой степени и для человека обычно считается летальной.
Защитойот проникающей радиации служат различные материалы, ослабляющие поток гамма- инейтронного излучений. Степень ослабления проникающей радиации зависит от свойствматериалов и толщины защитного слоя. Ослабление интенсивности гамма- инейтронного излучений характеризуется слоем половинного ослабления, которыйзависит от плотности материалов.
Слойполовинного ослабления — это слой вещества, при прохождении которогоинтенсивность гамма-лучей или нейтронов уменьшается в два раза.
Радиоактивное заражение
Радиоактивноезаражение людей, боевой техники, местности и различных объектов при ядерномвзрыве обусловливается осколками деления вещества заряда (Pu-239, U-235, U-238)и не прореагировавшей частью заряда, выпадающими из облака взрыва, а такженаведенной радиоактивностью. С течением времени активность осколков делениябыстро уменьшается, особенно в первые часы после взрыва. Так, например, общаяактивность осколков деления при взрыве ядерного боеприпаса мощностью 20 кТчерез один день будет в несколько тысяч раз меньше, чем через одну минуту послевзрыва.
Привзрыве ядерного боеприпаса часть вещества заряда не подвергается делению, авыпадает в обычном своем виде; распад ее сопровождается образованиемальфа-частиц. Наведенная радиоактивность обусловлена радиоактивными изотопами(радионуклидами), образующимися в грунте в результате облучения его нейтронами,испускаемыми в момент взрыва ядрами атомов химических элементов, входящих всостав грунта. Образовавшиеся изотопы, как правило, бета-активны, распад многихиз них сопровождается гамма-излучением. Периоды полураспада большинства изобразующихся радиоактивных изотопов, сравнительно невелики — от одной минуты дочаса. В связи с этим наведенная активность может представлять опасность лишь впервые часы после взрыва и только в районе, близком к эпицентру.
Основнаячасть долгоживущих изотопов сосредоточена в радиоактивном облаке, котороеобразуется после взрыва. Высота поднятия облака для боеприпаса мощностью 10 кТравна 6 км, для боеприпаса мощностью 10 МгТ она составляет 25 км. По мерепродвижения облака из него выпадают сначала наиболее крупные частицы, а затемвсе более и более мелкие, образуя по пути движения зону радиоактивногозаражения, так называемый след облака. Размеры следа зависят главным образом отмощности ядерного боеприпаса, а также от скорости ветра и могут достигать вдлину несколько сотен и в ширину несколько десятков километров.
Степеньрадиоактивного заражения местности характеризуется уровнем радиации наопределенное время после взрыва. Уровнем радиации называют мощностьэкспозиционной дозы (Р/ч) на высоте 0,7-1 м над зараженной поверхностью.
Возникающиезоны радиоактивного заражения по степени опасности принято делить на следующиечетыре зоны.
ЗонаГ — чрезвычайно опасного заражения. Ее площадь составляет 2-3% площади следаоблака взрыва. Уровень радиации составляет 800 Р/ч.
ЗонаВ — опасного заражения. Она занимает примерно 8-10% площади следа облакавзрыва; уровень радиации 240 Р/ч.
ЗонаБ — сильного заражения, на долю которой приходится примерно 10 % площадирадиоактивного следа, уровень радиации 80 Р/ч.
ЗонаА — умеренного заражения площадью 70-80 % от площади всего следа взрыва.Уровень радиации на внешней границе зоны через 1 час после взрыва составляет 8Р/ч.
Пораженияв результате внутреннего облучения появляются вследствие попаданиярадиоактивных веществ внутрь организма через органы дыхания ижелудочно-кишечный тракт. В этом случае радиоактивные излучения вступают внепосредственный контакт с внутренними органами и могут вызвать сильную лучевуюболезнь; характер заболевания будет зависеть от количества радиоактивныхвеществ, попавших в организм.
Навооружение, боевую технику и инженерные сооружения радиоактивные вещества неоказывают вредного воздействия.
Электромагнитный импульс
Ядерныевзрывы в атмосфере и в более высоких слоях приводят к возникновению мощныхэлектромагнитных полей. Эти поля ввиду их кратковременного существования принятоназывать электромагнитным импульсом (ЭМИ).
Поражающеедействие ЭМИ обусловлено возникновением напряжений и токов в проводникахразличной протяженности, расположенных в воздухе, технике, на земле или надругих объектах. Действие ЭМИ проявляется, прежде всего, по отношению крадиоэлектронной аппаратуре, где под действием ЭМИ наводятся электрические токии напряжения, которые могут вызвать пробой электроизоляции, повреждениетрансформаторов, сгорание разрядников, порчу полупроводниковых приборов и другихэлементов радиотехнических устройств. Наиболее подвержены воздействию ЭМИ линиисвязи, сигнализации и управления. Сильные электромагнитные поля могут повредитьэлектрические цепи и нарушить работу неэкранированного электротехническогооборудования.
Высотныйвзрыв способен создать помехи в работе средств связи на очень больших площадях.Защита от ЭМИ достигается экранированием линий энергоснабжения и аппаратуры.
3 Очаг ядерного поражения
Очагомядерного поражения называется территория, на которой под воздействиемпоражающих факторов ядерного взрыва возникают разрушения зданий и сооружений,пожары, радиоактивное заражение местности и поражения населения. Одновременноевоздействие ударной волны, светового излучения и проникающей радиации взначительной мере обусловливает комбинированный характер поражающего действиявзрыва ядерного боеприпаса на людей, военную технику и сооружения. Прикомбинированном поражении людей травмы и контузии от воздействия ударной волнымогут сочетаться с ожогами от светового излучения с одновременным возгораниемот светового излучения. Радиоэлектронная аппаратура и приборы, кроме того,могут потерять работоспособность в результате воздействия электромагнитногоимпульса (ЭМИ).
Размерыочага тем больше, чем мощнее ядерный взрыв. Характер разрушений в очаге зависиттакже от прочности конструкций зданий и сооружений, их этажности и плотностизастройки.
Завнешнюю границу очага ядерного поражения принимают условную линию на местности,проведенную на таком расстоянии от эпицентра взрыва, где величина избыточногодавления ударной волны равна 10 кПа.
Список литературы
Дляподготовки данной работы были использованы материалы с сайта www.bti.secna.ru/