Надземный ядерный взрыв, нужен хелп Опции

[Andrey-Chechako]

при этом «гурм-эффект» (эдакая «кучка» всё равно присутствует).

что это? (в одной книге читал))

[Горан Фло]

что это? (в одной книге читал))

Эээ, каюсь, позаимствовал у Павлова.
Не, ну правда, он так описал это дело - прямо "гурм" и есть. Как в учебных секретных фильмах "Ядерное оружие в тактических операциях сухопутных войск".
Типа - такой "гурм", который не соединяется с "шариком", а сам по себе на земле такой бурлит и выпячивается.
Котяшок такой, пардоньте за выражение.

[Гость_Алекс Унгерн_*]

Мне, собственно, как раз нужен классический гриб для морального эффекта среди населения (ну и картинка в тексте красивая)). Для большинства людей ядерный удар равносилен концу света, соответственно воля к сопротивлению подавляется. Плюс попутно решается задача по подавлению систем связи.

[BurnedHeart]

Мне, собственно, как раз нужен классический гриб для морального эффекта среди населения (ну и картинка в тексте красивая)). Для большинства людей ядерный удар равносилен концу света, соответственно воля к сопротивлению подавляется. Плюс попутно решается задача по подавлению систем связи.

Электромагнитный импульс? Но его мощность довольно быстро падает с расстоянием. Так что гарантировано выйдет из строя только то, что в радиусе сотен метров, может километров, если взрыв мощный.

[Виктор Мясников]

Даже при подрыве малого ядерного заряда взрыв будет обязательно. Над эпицентром образуется разреженная воздушная зона, в которую затягивает дым, пыль и газы. Они клубком взмывают вверх, достигая более плотных слоев, облако начинает расплываться в шляпку гриба, а следом продолжают тянуться продукты горения и пыль, образуя ножку. Ну, там еще дополнительные эффекты от отраженной ударной волны, если взрыв был воздушный. А из шляпки выпадают более твердые фракции по кругу в стороны от ножки.

[Akai]

Подскажите, надземный ядерный взрыв в атмосфере на высоте километров 5-10 тоже имеет форму гриба или форму шара?

Строго говоря, никакой геометрии у взрыва нет, поскольку это процесс. Если же говорить о том, будет или нет иметь место грибовидное пылевое облако, то это зависит от многих факторов: мощности и высоты взрыва, свойств грунта, характера местности и др. Например, при взрыве ядерного заряда с тротиловым эквивалентом 1 мегатонна на высоте пяти километров летом над городом в сухую погоду пылевой столб на поверхности земли возникнет, но с облаком взрыва не соединится, а вот при подрыве на высоте менее двух километров — да, образуется «классическое» грибовидное облако. Светящаяся область на разных фазах развития взрыва имеет различный размер, но в общем шарообразную форму (на данной высоте, на меньшей — условно сферического сегмента). В какой-то момент она начинает подниматься вверх, вовлекая в себя окружающие массы воздуха, и её форма начинает меняться. После остывания светящейся области получается клубящееся облако, и какая форма у него будет — не знает никто.

И если кто еще знает, подскажите мощность тактических ядерных зарядов. Плюс-минус.

Например, американские тактические авиабомбы свободного падения: В61-3 имеют мощность в тротиловом эквиваленте 0,3 кт, 1,5 кт, 60 кт или 170 кт, В61-4 — 0,3 кт, 1,5 кт, 10 кт или 50 кт, В61-10 — 0,3 кт, 5 кт, 10 кт, 80 кт или 100 кт (но эти бомбы на боевом дежурстве не стоят, а находятся на складах). На базе В61-4 разрабывается В61-12 эквивалентной В61-4 мощности. Википедия ещё говорит про 7-ю и 11-ю модификации В61 (340 кт и 10 кт соответственно). Я про них ничего не знаю, так что пусть эта информация останется на её совести. Ничего тактического у американцев на боевом дежурстве, пожалуй, больше нет.

Если из нашего, то в пример можно привести тактический ракетный комплекс «Точка-У», ракеты 9М79Б2 которого, оснащены специальной головной частью (согласно википедии, мощность то ли 100, то ли 200 кт — скорее первое); «Бирюсу» (С-300ПТ), «Волхов М-6» (С-300ПС) и другие с их зенитными управляемыми ракетами В-500С (5В55С) со спецБЧ (мощность мне не известна, к сожалению, но не более 0,5 Мт, и в войсках их, кажется, нет). Специальные авиабомбы свободного падения ТН-1000 (мощность не известна) и ТН-1200 (точных данных нет, где-то видел число 45 кт), которые может нести бомбардировщик Су-24/Су-24м. По слухам, на подмосковном «Амуре» (А-135, система ПРО) до сих пор несут боевое дежурство ядерные «Азовы» (51Т6), мощность которых, опять же по слухам, то ли 10-20 кт, то ли вообще 1-2 Мт (что маловероятно).

А если такая задача. Ядерный надземный взрыв над Москвой или окрестностями. Задача: подавление средств связи посредством ЭМИ, разрушения взрывной волной средней тяжести, не слишком сильное радиоактивное загрязнение местности, чтобы ей затем вполне можно было пользоваться. Примерная дальность/высота и мощность заряда?

Мне, собственно, как раз нужен классический гриб

В принципе высота и мощность заряда могут быть любыми. Эта задача так просто не решается, в ней слишком много неизвестных. Опять же есть большие сомнения, что на такой город, как Москва, для гарантированного результата будет достаточно одного ядерного заряда. Ну да ладно, прикинуть можно.

Возьмём для эксперимента американскую В61-3 в варианте 170 кт. Чтобы при взрыве ядерного боеприпаса такой мощности возникло грибовидное облако, высота подрыва должна быть меньше 1107 м (иначе «ножка» со «шляпкой» не соединится и «гриба» не будет). Пускай для красоты будет ровно 1000 м. Высоко — все увидят. Время года пусть будет лето. Безветренное утро, когда воздух над городом свеж и прозрачен. Застройка в эпицентре взрыва бомбы пусть будет тридцатипроцентная (в этом случае её можно не учитывать).

Тогда, если не ошибаюсь, получим следующее (числа приблизительные):

а) суммарная доза проникающей радиации на расстоянии:
– 1 км от эпицентра — более 7000 рад — те, кто не в укрытии, умрут;
– 2 км от эпицентра — около 220 рад — лучевая болезнь средней тяжести;
– 3 км от эпицентра — примерно 15 рад — как правило, лучевая болезнь при такой дозе не возникает;

б) световое излучение на расстоянии:
– 1 км от эпицентра — более 200 кал/см кв. — сгорит всё, что может гореть;
– 5 км от эпицентра — около 18 кал/см кв. — ожоги 3-й и 4-й степеней у людей, возможны пожары;
– 10 км от эпицентра — около 4,3 кал/см кв. — ожоги 2-й степени у людей, пожары маловероятны;

в) избыточное давление во фронте ударной волны будет:
– 3 кгс/см кв. — на расстоянии 111 м от эпицентра — смертельные травмы у людей, практически полные разрушения любых зданий, однако подземные сети коммунального хозяйства и кабельные линии практически не пострадают;
– 0,5 кгс/см кв. — на расстоянии 2,105 км от эпицентра — контузии тяжелой степени у людей, сильные разрушения любых строений;
– 0,35 кгс/ см кв. — на расстоянии 2,77 км — контузии средней тяжести у людей, лёгкие повреждения железобетонных зданий, сильные повреждения кирпичных зданий и полное разрушение деревянных;
– 0,165 кгс/ см кв. — на расстоянии 5,54 км — могут происходить разрывы барабанных перепонок у людей, гарантированное разрушение кровель, оконных переплётов и остекления, средние повреждения кирпичных зданий и сильные деревянных;

г) поскольку высота подрыва бомбы равна одному километру, то про радиоактивное заражение местности можно всерьёз не думать, оно существенной опасности не представляет;

д) по электромагнитному импульсу информации крайне мало (а экспериментальной и вовсе нет), поэтому посчитать что-то сложно. Вообще электромагнитный импульс распространяется на километры и десятки километров. Но, понятно, что с расстоянием падает его интенсивность.

Есть основания полагать, что в данном случае зона поражения электромагнитным импульсом будет никак не меньше зоны поражения воздушной ударной волной.

Можно в духе капитана Очевидность предположить, что в зонах поражения других поражающих факторов взрыва, кроме электромагнитного импульса, любая электронная аппаратура (как гражданская, так и военная) будет гарантированно повреждена или уничтожена, а за их пределами с высокой вероятностью пострадает благодаря наведённым токам. Выведена из строя окажется в том числе и защищённая гражданская аппаратура, и военная, частично или полностью, в результате срабатывания средств защиты и повреждения линий.

е) слышно взрыв будет очень далеко, 20–30 км — точно, а дальше по-разному.

В общем, один тактический ядерный боеприпас сравнимой с В61-3 мощности с высокой вероятностью на несколько часов или дней (зависит от экстренных служб) полностью парализует жизнь Москвы.

Обычный атомный заряд, как нас учили на ГО: не больше 10% в ударную волну - 90% в световое излучение и и электро-магнитный импульс.

Энергия очень по-разному распределяется в зависимости от высоты подрыва заряда. Например, при воздушном ядерном взрыве в световое излучение трансформируется порядка 35 % его энергии, в воздушную ударную волну — порядка 50 %, остальное — в проникающую радиацию (запишем сюда же и электромагнитный импульс). При космическом же всё будет уже по-другому: воздуха нет, значит, нет и ударной волны, практически вся энергия взрыва уходит в излучение.

Степень радиоактивного заражения местности зависит более не от этого, а от качества изотопного состава.

Разумеется, качественный состав имеет значение, но степень радиоактивного заражения всё-таки прямо зависит от высоты подрыва и мощности боеприпаса, потому что существует явление наведённой радиоактивности. И особенно велика роль этого явления при термоядерных взрывах.

[Andrey-Chechako]

Огромное спасибо за развернутый ответ! Прочитал с интересом

[Гость_Сочинитель_*]

Akai, вы определённо какой-то военный специалист. Да?

[Гость_Алекс Унгерн_*]

Да уж. Исчерпывающе. Спасибо всем, кто поделился информацией.

[Akai]

Akai, вы определённо какой-то военный специалист. Да?

Нет. Просто «моя» тема — это постап. Ну, одна из.

[Fr0st Ph0en!x]

Разумеется, качественный состав имеет значение, но степень радиоактивного заражения всё-таки прямо зависит от высоты подрыва и мощности боеприпаса, потому что существует явление наведённой радиоактивности. И особенно велика роль этого явления при термоядерных взрывах.

Спасибо, это полезные сведения, по крайней мере, лично мне. Правда, не очень понял зависимость наведенной радиоактивности от высоты взрыва. Поясните, если не сложно.
С мощностью-то понятно.

[Akai]

Спасибо, это полезные сведения, по крайней мере, лично мне. Правда, не очень понял зависимость наведенной радиоактивности от высоты взрыва. Поясните, если не сложно.
С мощностью-то понятно.

Наверное, мне не стоило употреблять «потому что». Потому что не только наведённая радиоактивность влияет на заражение местности. Ладно.

Строго говоря, наведённая радиоактивность при ядерном взрыве проявляется всегда, когда есть что активировать, но местность заражается не всегда.

Возьмём для примера два взрыва: высокий воздушный и низкий воздушный.

При высоких воздушных взрывах пыль с земли в облако взрыва не попадает, активируется только воздух. Но газ, понятное дело, на землю не выпадает. Довольно быстро радиоактивный воздух смешивается с неактивным, «всплывая» в лежащие выше слои атмосферы и охлаждаясь, увлекая с собой продукты взрыва. Постепенно они осаждаются на частицах пыли и каплях воды, которые всегда присутствуют в атмосфере. Ввиду крайне малых размеров и веса всё это дело может подниматься на очень большую высоту (километры и даже десятки километров) и оставаться в атмосфере долгое время — до нескольких недель — и выпадает на очень большой территории. Поэтому радиоактивное заражение местности продуктами взрыва при высоких воздушных взрывах минимально или вовсе отсутствует.

Однако заражение местности происходит ещё и в результате активации почвы.

При высоких воздушных взрывах потоки гамма-квантов и нейтронов до поверхности земли добираются значительно ослабленными или вовсе не добираются, поэтому наведённая активность в почве или отсутствует, или минимальна. При низких же воздушных взрывах расстояние до поверхности земли меньше, поэтому наведённая активность оказывается значительно больше.

Кроме этого, образуется пылевой столб, который соединяется с облаком взрыва. Частицы грунта, попадающие в облако, когда его температура сравнительно высока, расплавляются (или даже испаряются), смешиваясь с радиоактивными продуктами взрыва. Частицы пыли, попадающие в облако взрыва позже, когда его температура уже не столь высока, расплавится не могут, но они входят в контакт с ранее образовавшимися радиоактивными частицами (поскольку облако клубится), и те осаждаются на их поверхности. Такие частицы имеют относительно большой размер и вес, поэтому не могут долго держаться в атмосфере. Происходит их выпадение и радиоактивное заражение местности непосредственно в районе взрыва и/или окрестностях.

Кстати, уровень наведённой радиации (и, следовательно, заражения местности) также зависит и от химического состава почвы (чем больше марганца и натрия, тем выше).

[Sodom]

При высоких воздушных взрывах потоки гамма-квантов и нейтронов до поверхности земли добираются значительно

гамма при ЯВ канешно есть, но большая часть электромагнитного излучения приходится на мягкий рентген, образующийся при торможении осколков плутония/урана в материале заряда. И кстате, гамма-излучение ЯВ не вызывает заметной или опасной наведенной радиоактивности))

[Гость_Сочинитель_*]

Чёт я уже совсем запутался. Ядрёный взрыв и его последствия - это фигня? Просто большие разрушения, как от мощной бомбы и всё?

[Гость_Monk_*]

Ядрёный взрыв и его последствия - это фигня? Просто большие разрушения, как от мощной бомбы и всё?

Ну, мне тоже так показалось. Судя по вышесказанному, можно тупо в канализацию залезть через люк и переждать. Если успеешь, конечно. Что вряд ли, ибо мы, гражданские, когда узнаем о бомбе, будет уже поздно куда-то бежать. Я сомневаюсь, что нас предупредят.

[BurnedHeart]

Чёт я уже совсем запутался. Ядрёный взрыв и его последствия - это фигня? Просто большие разрушения, как от мощной бомбы и всё?

Он имел ввиду высокий воздушный взрыв, когда из-за больших масс воздуха, все смешивается в большой пропорции. В кино и литературе разрушительность ядерного оружия, конечно, преувеличена. Люди любят все гипертрофировать и драматизировать. Но все равно, это очень большая бяка. Очень большая.

[Sodom]

эффективно, наведенную радиацию вызывает лишь нейтронный поток, все остальное - не имеет особого значения. В этом плане, наиболее убедительны водородные, или термоядерные заряды, основанные на принципе "деление-синтез-деление". На боевом дежурстве, у нас и у них, стоят именно такие. Почему? Со стратегической точки зрения, получается, что чем большая мощность выделится на конечном участке траектории боевой головы, тем практичнее для стороны-инициатора конфликта, либо ответчика.

Поэтому, внешние оболочки-тамперы боевых термоядерных блоков всегда делают именно из делящегося материала: урана обедненного (как правило) природного (реже), обогащенного по 235-изотопу (W-88). Потому как, зочем забрасывать инертный металл на орбиту (вроде вольфрама или свинца - это ж балласт, а на борту МБР - каждый килограмм - в сотни раз дороже золота), если имеется возможность увеличить мощность заряда урановым усилением. Особенно это актуально, при совершенствовании ПРО: разработка рентгеновских лазеров с атомной накачкой способно сделать превентивный удар маловероятным. Сейчас, судя по всему, до цели дойдет чуть больше половины РГЧ. Ядерная война - это не вырыть котлован для искусственного водохранилища. Ядерная война - это абсолютный размен, поэтому конструкторы ядерных блоков не очень часто задумывались о чистоте взрыва, хотя есть данные о глубоком выжигании дв тампера боеприпасов "деление-синтез-деление"

[Akai]

гамма при ЯВ канешно есть, но большая часть электромагнитного излучения приходится на мягкий рентген, образующийся при торможении осколков плутония/урана в материале заряда.

Для высотных взрывов (10–15 км и выше) — да, для нашего случая (1 км) — я бы не взялся утверждать.

И кстате, гамма-излучение ЯВ не вызывает заметной или опасной наведенной радиоактивности))

эффективно, наведенную радиацию вызывает лишь нейтронный поток, все остальное - не имеет особого значения.

Ну да, гамма-кванты с ядрами атомов не очень-то. В отличие от нейтронов.

Думаю, точная современная физико-химическая модель протекания ядерного взрыва для художественного произведения не нужна, хватит и приближенной.

Ядрёный взрыв и его последствия - это фигня? Просто большие разрушения, как от мощной бомбы и всё?

Надо разбираться с каждым конкретным взрывом отдельно. Может оказаться, что почти фигня, а может, что полный абзац.

[Гость_Алекс Унгерн_*]

Еще вопрос по скорости распространения поражающих факторов.
ЭМИ логично, что со скоростью света. Ударная волна - со скоростью звука.
Оптическое излучение - тоже со скоростью света? А проникающая радиация?

[Brazer]

Ядерное оружие и его поражающие факторы



Я дерное оружие и его поражающие факторы
Понятие ядерное оружие объединяет взрывные устройства, в которых энергия взрыва образуется при делении или слиянии ядер. В узком смысле под ядерным оружием понимают взрывные устройства, использующие энергию, выделяемую при делении тяжелых ядер. Устройства, использующее энергию, выделяющуюся при синтезе легких ядер, называются термоядерными.

Ядерное оружие

Ядерная реакция, энергия которой используется в ядерных взрывных устройствах, заключается в делении ядра в результате захвата этим ядром нейтрона. Поглощение нейтрона способно привести к делению практически любого ядра, однако для подавляющего большинства элементов реакция деления возможна только в случае если нейтрон до поглощения его ядром обладал энергией, превышающей некоторое пороговое значение. Возможность практического использования ядерной энергии в ядерных взрывных устройствах или в ядерных реакторах обусловлена существованием элементов, ядра которых делятся под воздействием нейтронов любой энергии, в том числе сколь угодно малой. Вещества, обладающие подобным свойством называются делящимися веществами.

Единственным встречающимся в природе в заметных количествах делящимся веществом является изотоп урана с массой ядра 235 атомных единиц массы (уран-235). Содержание этого изотопа в природном уране составляет всего 0.7%. Оставшаяся часть приходится на уран-238. Поскольку химические свойства изотопов абсолютно одинаковы, для выделения урана-235 из природного урана необходимо осуществление достаточно сложного процесса разделения изотопов. В результате может быть получен высокообогащенный уран, содержащий около 94% урана-235, который пригоден для использования в ядерном оружии.

Делящиеся вещества могут быть получены искусственно, причем наименее сложным с практической точки зрения является получение плутония-239, образующегося в результате захвата нейтрона ядром урана-238 (и последующей цепочки радиоактивных распадов промежуточных ядер). Подобный процесс можно осуществить в ядерном реакторе, работающем на природном или слабообогащенном уране. В дальнейшем, плутоний может быть выделен из отработавшего топлива реактора в процессе химической переработки топлива, что заметно проще осуществляемого при получении оружейного урана процесса разделения изотопов.

Для создания ядерных взрывных устройств могут быть использованы и другие делящиеся вещества, например уран-233, получаемый при облучении в ядерном реакторе тория-232. Однако, практическое применение нашли только уран-235 и плутоний-239, прежде всего из-за относительной простоты получения этих материалов.

Возможность практического использования выделяющейся при делении ядер энергии обусловлена тем, что реакция деления может иметь цепной, самоподдерживающийся характер. В каждом акте деления образуется примерно два вторичных нейтрона, которые, будучи захвачены ядрами делящегося вещества, могут вызвать их деление, в свою очередь приводящее к образованию еще большего количества нейтронов. При создании специальных условий, количество нейтронов, а следовательно и актов деления, растет от поколения к поколению.

Зависимость количества актов деления от времени может быть описана с помощью так называемого коэффициента размножения нейтронов k, равного разности количества нейтронов образующихся в одном акте деления и количества нейтронов, потерянных за счет поглощения, не приводящего к делению, или за счет ухода за пределы массы делящегося вещества. Параметр k, таким образом, соответствует количеству актов деления которое вызывает распад одного ядра. Если параметр k меньше единицы, то реакция деления не имеет цепного характера, так как количество нейтронов, способных вызвать деление оказывается меньшим, чем их начальное количество. При достижении значения k=1 количество нейтронов, вызывающих деление, а значит и актов распада, не меняется от поколения к поколению. Реакция деления приобретает цепной самоподдерживающийся характер. Состояние вещества, в котором реализуется цепная реакция деления с k=1, называется критическим. При k>1 говорят о сверхкритическом состоянии.

Если предположить, что цепная реакция начинается с одного акта деления и значение коэффициента размножения составляет 2, то несложно оценить количество поколений, необходимое для выделения энергии, эквивалентной взрыву 1 килотонны тринитротолуола (1012 калорий или 4.191012 Дж). Поскольку в каждом акте деления выделяется энергия равная примерно 180 МэВ (2.910-11 Дж), должно произойти 1.451023 актов распада (что соответствует делению примерно 57 г делящегося вещества). Подобное количество распадов произойдет в течение примерно 53 поколений делящихся ядер. Весь процесс займет около 0.5 микросекунд, причем основная доля энергии выделится в течение последних нескольких поколений. Продление процесса всего на несколько поколений приведет к значительному росту выделенной энергии. Так, для увеличения энергии взрыва в 10 раз (до 100 кт) необходимо всего пять дополнительных поколений.

Основным параметром, определяющим возможность осуществления цепной реакции деления и скорость выделения энергии в ходе этой реакции является коэффициент размножения нейтронов. Этот коэффициент зависит как от свойств делящихся ядер, таких как количество вторичных нейтронов, сечения реакций деления и захвата, так и от внешних факторов, определяющих потери нейтронов вызванные их уходом за пределы массы делящегося вещества. Вероятность ухода нейтронов зависит от геометрической формы образца и увеличивается с увеличением площади его поверхности. Вероятность же захвата нейтрона пропорциональна концентрации ядер делящегося вещества и длине пути, который нейтрон проходит в образце. Если взять образец, имеющий форму шара, то при увеличении массы образца вероятность приводящего к делению захвата нейтрона растет быстрее, чем вероятность его ухода, что приводит к увеличению коэффициента размножения. Массу, при которой подобный образец достигает критического состояния (k=1), называют критической массой делящегося вещества. Для высокообогащенного урана значение критической массы составляет около 52 кг, для оружейного плутония-11 кг. Критическую массу можно уменьшить примерно вдвое окружив образец делящегося вещества слоем материала, отражающего нейтроны, например, бериллия или природного урана.

Цепная реакция возможна и при наличии меньшего количества делящегося вещества. Поскольку вероятность захвата пропорциональна концентрации ядер, увеличение плотности образца, например в результате его сжатия, способно привести к возникновению в образце критического состояния. Именно этот способ и применяется в ядерных взрывных устройствах, в которых масса делящегося вещества, находящаяся в подкритическом состоянии переводится в сверхкритическое с помощью направленного взрыва, подвергающего заряд сильной степени сжатия. Минимальное количество делящегося вещества, необходимого для осуществления цепной реакции, зависит в основном от достижимой на практике степени сжатия.

Степень и скорость сжатия массы делящегося вещества определяют не только количество расщепляющегося материала, необходимого для создания взрывного устройства, но и мощность взрыва. Причиной этого служит тот факт, что энергия, выделяющаяся в ходе цепной реакции приводит к быстрому разогреву массы делящегося вещества и, как результат, к разлету этой массы. Через некоторое время заряд теряет критичность и цепная реакция останавливается. Поскольку полная энергия взрыва зависит от количества ядер, успевших претерпеть деление за время в течение которого заряд находился в критическом состоянии, для получения достаточно большой мощности взрыва необходимо удерживать массу делящегося вещества в критическом состоянии как можно дольше. На практике это достигается путем быстрого сжатия заряда с помощью направленного взрыва, так что в момент начала цепной реакции, масса делящегося вещества обладает очень большим запасом критичности.

Поскольку в процессе сжатия заряд находится в критическом состоянии, необходимо устранить посторонние источники нейтронов, которые могут дать начало цепной реакции еще до достижения зарядом необходимой степени критичности. Преждевременное начало цепной реакции приведет, во-первых, к уменьшению скорости выделения энергии, а во-вторых, к более раннему разлету заряда и потере им критичности. После того как масса делящегося вещества оказалась в критическом состоянии, начало цепной реакции могут дать акты спонтанного деления ядер урана или плутония. Однако, интенсивность спонтанного деления оказывается недостаточной для того, чтобы обеспечить необходимую степень синхронизации момента начала цепной реакции с процессом сжатия вещества и для обеспечения достаточно большого количества нейтронов в первом поколении. Для решения этой проблемы в ядерных взрывных устройствах применяют специальный источник нейтронов, который обеспечивает "впрыск" нейтронов в массу делящегося вещества. Момент "впрыска" нейтронов должен быть тщательно синхронизован с процессом сжатия, так как слишком раннее начало цепной реакции приведет к быстрому началу разлета делящегося вещества и, следовательно, к значительному уменьшению энергии взрыва.

Взрыв первого ядерного взрывного устройства был произведен США 16 июля 1945 г. в Аламогордо, штат Нью Мексико. Устройство представляло собой плутониевую бомбу, в которой для создания критичности был использован направленный взрыв. Мощность взрыва составила около 20 кт. В СССР взрыв первого ядерного взрывного устройства, аналогичного американскому, был произведен 29 августа 1949 г.

Термоядерное оружие

В термоядерном оружии энергия взрыва образуется в ходе реакций синтеза легких ядер, таких как дейтерий, тритий, являющихся изотопами водорода или литий. Подобные реакции могут происходить только при очень высоких температурах, при которых кинетическая энергия ядер достаточна для сближения ядер на достаточно малое расстояние. Температуры, о которых идет речь, составляют около 107-108 К.

Использование реакций синтеза для увеличения мощности взрыва может быть произведено по-разному. Первый способ заключается в помещении внутрь обычного ядерного устройства контейнера с дейтерием или тритием (или дейтеридом лития). Возникающие в момент взрыва высокие температуры приводят к тому, что ядра легких элементов вступают в реакцию, за счет которой происходит дополнительное выделение энергии. С помощью подобного метода можно заметно увеличить мощность взрыва. В то же время, мощность подобного взрывного устройства по-прежнему ограничивается конечным временем разлета делящегося вещества.

Другой способ-создание многоступенчатых взрывных устройств, в которых за счет специальной конфигурации взрывного устройства энергия обычного ядерного заряда (т.н. первичный заряд) используется для создания необходимых температур в отдельно расположенном "вторичном" термоядерном заряде, энергия которого, в свою очередь, может быть использована для подрыва третьего заряда и т.д. Первое испытание подобного устройства-взрыв "Майк"- было произведено в США 1 ноября 1952 г. В СССР подобное устройство было впервые испытано 22 ноября 1955 г. Мощность взрывного устройства, сконструированного подобным образом, может быть сколь угодно большой. Самый мощный ядерный взрыв был произведен именно с помощью многоступенчатого взрывного устройства. Мощность взрыва составила 60 Мт, причем мощность устройства была использована лишь на одну треть.

Последовательность событий при ядерном взрыве

Выделение огромного количества энергии, происходящее в ходе цепной реакции деления, приводит к быстрому разогреву вещества взрывного устройства до температур порядка 107 К. При таких температурах вещество представляет собой интенсивно излучающую ионизированную плазму. На этом этапе в виде энергии электромагнитного излучения выделяется около 80% энергии взрыва. Максимум энергии этого излучения, называемого первичным, приходится на рентгеновский диапазон спектра. Дальнейший ход событий при ядерном взрыве определяется в основном характером взаимодействия первичного теплового излучения с окружающей эпицентр взрыва средой, а также свойствами этой среды.

В случае если взрыв произведен на небольшой высоте в атмосфере, первичное излучение взрыва поглощается воздухом на расстояниях порядка нескольких метров. Поглощение рентгеновского излучения приводит к образованию облака взрыва, характеризующегося очень высокой температурой. На первой стадии это облако растет в размерах за счет радиационной передачи энергии из горячей внутренней части облака к его холодному окружению. Температура газа в облаке примерно постоянна по его объему и снижается по мере его увеличения. В момент когда температура облака снижается до примерно 300 тысяч градусов, скорость фронта облака уменьшается до величин, сравнимых со скоростью звука. В этот момент формируется ударная волна, фронт которой "отрывается" от границы облака взрыва. Для взрыва мощностью 20 кт это событие наступает примерно через 0.1 мсек после взрыва. Радиус облака взрыва в этот момент составляет около 12 метров.

Интенсивность теплового излучения облака взрыва целиком определяется видимой температурой его поверхности. На некоторое время воздух, нагретый в результате прохождения взрывной волны, маскирует облако взрыва, поглощая излучаемую им радиацию, так что температура видимой поверхности облака взрыва соответствует температуре воздуха за фронтом ударной волны, которая падает по мере увеличения размеров фронта. Через примерно 10 миллисекунд после начала взрыва температура во фронте падает до 3000°С и он вновь становится прозрачным для излучения облака взрыва. Температура видимой поверхности облака взрыва вновь начинает расти и через примерно 0.1 сек после начала взрыва достигает примерно 8000°С (для взрыва мощностью 20 кт). В этот момент мощность излучения облака взрыва максимальна. После этого температура видимой поверхности облака и, соответственно, излучаемая им энергия быстро падает. В результате, основная доля энергии излучения высвечивается за время меньшее одной секунды.

Формирование импульса теплового излучения и образование ударной волны происходит на самых ранних стадиях существования облака взрыва. Поскольку внутри облака содержится основная доля радиоактивных веществ, образующихся в ходе взрыва, дальнейшая его эволюция определяет формирование следа радиоактивных осадков. После того как облако взрыва остывает настолько, что уже не излучает в видимой области спектра, процесс увеличения его размеров продолжается за счет теплового расширения и оно начинает подниматься вверх. В процессе подъема облако увлекает за собой значительную массу воздуха и грунта. В течение нескольких минут облако достигает высоты в несколько километров и может достичь стратосферы. Скорость выпадения радиоактивных осадков зависит от размера твердых частиц, на которых они конденсируются. Если в процессе своего формирования облако взрыва достигло поверхности, количество грунта, увлеченного при подъеме облака будет достаточно велико и радиоактивные вещества оседают в основном на поверхности частиц грунта, размер которых может достигать нескольких миллиметров. Такие частицы выпадают на поверхность в относительной близости от эпицентра взрыва, причем за время выпадения их радиоактивность практически не уменьшается.

В случае если облако взрыва не касается поверхности, содержащиеся в нем радиоактивные вещества конденсируются в гораздо меньшие частицы с характерными размерами 0.01-20 микрон. Поскольку такие частицы могут достаточно долго существовать в верхних слоях атмосферы, они рассеиваются над очень большой площадью и за время, прошедшее до их выпадения на поверхность, успевают потерять значительную долю своей радиоактивности. В этом случае радиоактивный след практически не наблюдается. Минимальная высота, взрыв на которой не приводит к образованию радиоактивного следа, зависит от мощности взрыва и составляет примерно 200 метров для взрыва мощностью 20 кт и около 1 км для взрыва мощностью 1 Мт.

Ударная волна, формирующаяся на ранних стадиях существования облака взрыва, представляет собой один из основных поражающих факторов атмосферного ядерного взрыва. Основными характеристиками ударной волны являются пиковое избыточное давление и динамическое давление во фронте волны. Способность объектов выдерживать воздействие ударной волны зависит от множества факторов, таких как наличие несущих элементов, материал постройки, ориентация по отношению ко фронту. Избыточное давление в 1 атм (15 фунтов/кв. дюйм), возникающее на расстоянии 2.5 км от наземного взрыва мощностью 1 Мт, способно разрушить многоэтажное здание из железобетона. Для противостояния воздействию ударной волны военные объекты, особенно шахты баллистических ракет проектируют таким образом, чтобы они могли выдержать избыточные давления в сотни атмосфер. Радиус области, в которой при взрыве в 1 Мт создается подобное давление составляет около 200 метров. Соответственно, для поражения укрепленных целей особую роль играет точность атакующих баллистических ракет.

На начальных стадиях существования ударной волны ее фронт представляет собой сферу с центром в точке взрыва. После того как фронт достигает поверхности, образуется отраженная волна. Так как отраженная волна распространяется в среде, через которую прошла прямая волна, скорость ее распространения оказывается несколько выше. В результате, на некотором расстоянии от эпицентра две волны сливаются возле поверхности, образуя фронт, характеризуемый примерно в два раза большими значениями избыточного давления. Поскольку для взрыва данной мощности расстояние, на котором образуется подобный фронт, зависит от высоты взрыва, высоту взрыва можно подобрать для получения максимальных значений избыточного давления на определенной площади. Если целью взрыва является уничтожение укрепленных военных объектов, оптимальная высота взрыва оказывается очень малой, что неизбежно приводит к образованию значительного количества радиоактивных осадков.

Еще одним поражающим фактором ядерного оружия является проникающая радиация, представляющая собой поток высокоэнергетичных нейтронов и гамма-квантов, образующихся как непосредственно в ходе взрыва так и в результате распада продуктов деления. Наряду с нейтронами и гамма-квантами, в ходе ядерных реакций образуются также альфа- и бета-частицы, влияние которых можно не учитывать из-за того что они очень эффективно задерживаются на расстояниях порядка нескольких метров. Нейтроны и гамма-кванты продолжают выделяться в течение достаточно длительного времени после взрыва, оказывая воздействие на радиационную обстановку. К собственно проникающей радиации обычно относят нейтроны и гамма-кванты появляющиеся в течение первой минуты после взрыва. Подобное определение связано с тем, что за время порядка одной минуты облако взрыва успевает подняться на высоту, достаточную для того, чтобы радиационный поток на поверхности стал практически незаметен.

Интенсивность потока проникающей радиации и расстояние на котором ее действие может нанести существенный ущерб, зависят от мощности взрывного устройства и его конструкции. Доза радиации, полученная на расстоянии около 3 км от эпицентра термоядерного взрыва мощностью 1 Мт достаточна для того чтобы вызвать серьезные биологические изменения в организме человека. Ядерное взрывное устройство может быть специально сконструировано таким образом чтобы увеличить ущерб, наносимый проникающей радиацией по сравнению с ущербом, наносимым другими поражающими факторами (так называемое нейтронное оружие).

Процессы, происходящие в ходе взрыва на значительной высоте, где плотность воздуха невелика, несколько отличаются от происходящих при проведении взрыва на небольших высотах. Прежде всего, из-за малой плотности воздуха поглощение первичного теплового излучения происходит на гораздо больших расстояниях и размер облака взрыва может достигать десятков километров. Существенное влияние на процесс формирования облака взрыва начинают оказывать процессы взаимодействия ионизированных частиц облака с магнитным полем Земли. Ионизированные частицы, образовавшиеся в ходе взрыва, оказывают также заметное влияние на состояние ионосферы, затрудняя, а иногда и делая невозможным распространение радиоволн (этот эффект может быть использован для ослепления радиолокационных станций).

Одним из результатов проведения высотного взрыва оказывается возникновение мощного электромагнитного импульса, распространяющегося над очень большой территорией. Электромагнитный импульс возникает и в результате взрыва на малых высотах, однако напряженность электромагнитного поля в этом случае быстро спадает по мере удаления от эпицентра. В случае же высотного взрыва, область действия электромагнитного импульса охватывает практически всю видимую из точки взрыва поверхность Земли.

В случае если взрыв произведен под землей, на начальной стадии взрыва поглощение окружающей средой первичного теплового излучения приводит к образованию полости, давление в которой в течение менее чем микросекунды возрастает до нескольких миллионов атмосфер. Далее, в течение долей секунды в окружающей породе формируется ударная волна, фронт которой обгоняет распространение полости взрыва. Ударная волна вызывает разрушение породы в непосредственной близости от эпицентра и, ослабляясь по мере своего продвижения, дает начало серии сейсмических импульсов, сопровождающих подземный взрыв. Полость взрыва продолжает расширяться с несколько меньшей чем в начале скоростью, достигая в итоге значительных размеров. Так, радиус полости, образованной взрывом мощностью 150 кт может достичь 50 метров. На этом этапе стены полости представляют собой расплавленную породу. На третьем этапе газ внутри полости остывает, а расплавленная порода застывает на дне.

В течение следующей стадии, которая может длиться от нескольких секунд до нескольких часов, давление газов в полости падает так, что они больше неспособны выдерживать нагрузку верхних слоев породы, которые обрушиваются вниз. В результате образуется вертикальная сигарообразная структура, заполненная обломками породы. Размеры этой структуры зависят от характера породы, в которой произведен взрыв. В верхнем конце этой структуры остается полость, заполненная радиоактивными газами. В случае если взрыв произошел на недостаточно большой глубине, часть газов может выйти на поверхность.