Поражающие факторы ядерного оружия

На протяжении всей своей истории человек создавал совершенные инструменты для решения поставленных целей. Понадобился дом – появился молоток. Нужды комфорта и желание познавать новое двигали разум по направлению к развитию и самообогащению. Но процветание общества не всегда означает мир и согласие между его членами. Порой возникает необходимость доказать свою позицию чем-либо кроме слов. Так родилась идея вооружения. Наблюдая за природными процессами, люди создавали копья, луки, мечи, топоры. В ответ им выковывались доспехи и сбивались щиты. Но когда начал набирать обороты научный прогресс, стали создаваться более совершенные виды «острых палок». Началось все с двух супругов, которые горели идей исследования нового – семейства Кюри (Рисунок 1).

поражающие факторы ядерного оружия
Рисунок 1. Пьер и Мария Кюри

В конце XIX столетия они занимались исследованиями странных минералов, вызывавших интерес научного общества. В 1896 году Анри Беккерель установил, что урановые руды способны испускать излучение, но не смог объяснить природу его появления. Все идеи оканчивались теорией годичной давности, разработанной Вильгельмом Рентгеном, которая объясняла появление излучения под воздействием внешних источников. Однако теория имела огромное белое пятно относительно природы странного излучения, испускаемого тяжёлым веществом, добываемым в урановых карьерах. И вот супружеская пара поставила цель докопаться до истины. Постепенно и кропотливо супруги обрабатывали тонны руды, чтобы выделить очищенный метал. Спустя некоторое время им это удалось, и началась длинная серия экспериментов. Результаты их работы сильно повлияли на научное сообщество: был дан мощный толчок развитию классической физики и заложен фундамент для исследования ядерного синтеза (Рисунок 2). Множество умов занялись этим вопросом, ведь энергия, заключённая в атомах была огромной, а потенциал её применения – безграничным. Пролить свет на происходящее удалось пытливому уму Эрнеста Резерфорда.

как разрабатывалось ядерное оружие
Рисунок 2. Исследование ядерного синтеза

Поставив эксперимент по рассеиванию частиц, он смог доказать бинарную природу заряда атома. Положительный заряд сосредотачивался в ядре, а электронное облако вокруг обладало отрицательным зарядом. Дело оставалось за малым: понять, как можно использовать полученные знания для получения благ. Ответ был получен благодаря работам Эйнштейна. Выдвинутая им теория позволяла взглянуть на материю как на энергию, заключённую внутри атомных ядер. Как выяснилось позже, в результате цепной реакции распада, уран высвобождает огромное количество энергии. После открытия этой взаимосвязи последовала череда экспериментов, и началась работа над самым смертельным видом оружия – атомной бомбой.

Поражающие факторы ядерного оружия

Принцип действия атомной бомбы основан на высвобождении энергии, заключённой внутри ядра химического элемента. Чтобы осуществить этот процесс, необходимо использовать нестабильные изотопы, которые обладают высоким атомным числом. Чем оно выше, тем больше в ядре находится протон-нейтронных пар и как следствие – больше энергии. Исследования показали, что больше всего подходят уран-235 и плутоний-239 (Рисунок 3).

поражающие факторы ядерного оружия
Рисунок 3. Уран-235 (слева) и Плутоний-239 (справа)

Они обладают оптимальными показателями для производства, но есть проблема, связанная с их распространённостью в чистом виде. Если доля изотопа урана-235 в породах составляет 0,7% и с этим ещё можно работать, то плутоний-239 вообще не существует в чистом виде. Их нужно получать производственным путём, обогащая уже имеющиеся стабильные элементы. Происходит это следующим образом – в ускорителе частиц или промышленном реакторе стабильный атом вещества бомбардируют нейтронами для искусственного повышения его атомного номера. Весьма трудоёмкий процесс, но благодаря работе ядерных реакторов значительно упрощённый. Отходы их производства можно пустить по вторичному кругу для получения обогащённого топлива. Уже подвергнутые обработке ресурсы будут использованы для создания боеголовки.

По принципу действия разделяют несколько категорий снарядов:

  • Однофазное ядерное оружие, поражающие факторы ядерного взрыва которого ограничены энергетическим выходом ядерной реакции деления с образованием лёгких элементов. Во время взрыва реагирует не все активное вещество: приблизительно от 50 до 80%;
  • Двухфазные или водородные боеприпасы (Рисунок 4). Механизм их работы основан на принципе последовательности РДС. Сначала происходит распад и деление тяжёлых ядер, после чего на второй стадии это дополняется термоядерным синтезом. В зависимости от стратегических требований, их пропорции можно настроить для получения определённого выхода энергии.
категории ядерного оружия
Рисунок 4. Водородная бомба и, предположительно, кратер после взрыва подобной бомбы на испытаниях

Также они могут различаться по механизму зажигания заряда:

  • Пушечная схема ускорения заряда внутри полой трубки при помощи порохового заряда. Одна из действующих частей приводится в движение детонацией пороха, ускоряясь по направлению ко второй части, называемой мишенью. После их столкновения они достигают критической массы, и инициируется взрыв. Для более эффективной работы устройства заряд замедляется до рабочих 200-300 метров в секунду;
  • Имплозивный тип. Внутри сферической оболочки по каналам располагаются синхронизированные заряды взрывчатых веществ. Эти каналы называются взрывными линзами, и их функция заключается в фокусировке ударной волны для сжатия ядра из активного вещества. В конструкции используется медленный и быстрый тип веществ для получения стабильной взрывной волны по всем фронтам без отклонений. Любые задержки вызовут помехи в работе и не приведут к детонации. Испытания показали, что это неэффективный способ детонации, и ему требуется доработка;
  • Лебединая шея. Является вариацией имплозивного типа снаряда, за исключением того, что применяется не сферическая, а продольная форма колбы. Её форма близка к скрещиванию шей двух лебедей, что и породило такое название. В роли внутреннего наполнителя между источником заряда и активной частью выступает пенополистирол. Ключевым свойством этого материала является замедление взрывной волны и обеспечение последовательности детонации. Проходящий через него импульс становится скоординированным, и достигает сферического контейнера с одинаковой скоростью по всей его поверхности. Это приводит к сжатию внутреннего наполнения и достижению критической массы. После чего оружие ядерного поражения детонирует.

При конструировании двухфазных бомб используется оболочка, отражающая нейтроны и усиливающая взрывной эффект – тампер.

В первых «грязных» типах ядерного оружия (Рисунок 5) поражающие факторы ядерного взрыва были усилены урановым тампером.

первые ядерные бомбы
Рисунок 5. Самая мощная водородная бомба за всю историю: "Царь-бомба" и её взрыв на полигоне "Новая Земля"

Он, поглотив определённое количество быстрых нейтронов, начинал делиться сам. По аналогичному принципу работает ядерное оружие химического поражения, где основная поражающая роль сконцентрирована на выбросе токсинов. В поздних версиях снаряда стали использовать оболочку из свинца или вольфрама во избежание излишнего загрязнения. Происходящие во время взрыва процессы высвобождают широкий спектр различного рода излучения. Факторы поражения ядерного оружия имеют чёткую последовательность, основанную на скорости распространения в среде продуктов реакции. В течении короткого промежутка времени оружие ядерного поражения высвобождает поток неуправляемой энергии различных видов.

Основные поражающие факторы:

  1. Первым поражающим фактором становится световое излучение. Оно появляется после того как разъярённое атомное пламя прорывает оболочку бомбы, и наружу вырывается раскалённое до десятков тысяч градусов вещество. Состав разнится в зависимости от конструкционных особенностей, но общая черта взрывов – они сияют ярче солнца. И это сияние опасно. Способное оставить на теле ожоги четвертой степени, а то и вовсе испепелить, оно преодолевает сотни метров менее чем за наносекунду. Вся окружающая территория будет выжжена в течение мгновения;
  2. Следующий по очерёдности поражающий фактор ядерного оружия – ударная волна. Появившаяся в результате сверхбыстрого расширения воздушных масс, вызванных стремительно нарастающим огненным шаром, она догоняет поражённые участки спустя пару секунд. По мощности её можно сравнить с небольшим ураганом, который переворачивает машины;
  3. Поражающие факторы ядерного оружия не ограничиваются лишь световым испепелением и ударной волной. Опасности добавляет остаточное радиационное излучение. В результате лавинообразно протекающей цепной реакции распада ядер активного вещества происходит выброс во внешнюю среду побочных продуктов распада. К ним причисляют альфа-, бета- и гамма- излучение и определённую долю рентгеновского воздействия;
  4. Боевые свойства и поражающие факторы ядерного оружия поистине впечатляют – разрушение построек в мгновение ока (Рисунок 6), выжигание всей жизни волной радиационного излучения, остаточное загрязнение окружающей среды. В качестве дополнения к основным свойствам идут кратер, оставленный взрывом и загрязнение почвы опасными токсинами.
последствия ядерного взрыва
Рисунок 6. Разрушение здания во время ядерного взрыва

По природе взрыва ядерного оружия, виды поражающих факторов, достигающие цели, могут отличаться.

Выделяют следующие типы взрывов:

  1. Тропосферный, на высоте 12 км;
  2. В пределе между термосферой и экзосферой;
  3. Вне земного воздушного пространства (посреди межпланетного космоса);
  4. На поверхности земной коры;
  5. Глубинный, в земной коре;
  6. Глубоководный и надводный.

Поражающие факторы ядерного оружия для каждого из этих типов будут разными, и огромную роль играет именно среда распространения. К примеру, подземный взрыв не будет иметь светового излучения, а глубоководный – ударной волны.

Световое излучение

При столь мощном взрыве температурные показатели могут достигать запредельных высот от 10 000 000 Кельвинов. Для сравнения температура плавления Вольфрама – 3 625 градусов по Кельвину. Такой перегрев превращает сталь в газ, и в процессе нагрева атомы теряют все электроны, испускаемые в форме светового потока. Продолжительность возникновения лучей варьируется с изменением уровня мощности – от малых долей секунды до десятков единиц. Воздействие ядерного света на людей и животных причиняет ожоги различной степени тяжести, выжигание сетчатки глаза (Рисунок 7), а также оплавление, обугливание и возгорание материалов, не способных выдерживать высокие температуры.

световое излучение при ядерном взрыве
Рисунок 7. Последствия светового излучения при ядерном взрыве в Хиросиме

Большая плотность огненного шара имеет поглощающую способность, очень близкую к идеально чёрному телу. Поэтому в спектре преобладает ультрафиолет и рентген лучи. Время на реагирование и поиски укрытия будут, только если заметить падение бомбы заранее. В противном случае световое излучение застанет человека врасплох. Ослабить поражающие факторы могут непрозрачные материалы находящиеся поблизости. Постройки из кирпича и бетона, деревянные коробки, мебель, различного рода возвышения и углубления в земле. На крайний случай сработает простыня из очень плотной ткани, многократно обмотанная по всему телу. Когда вокруг нет каких либо заграждений, следует лечь на живот, направив ноги к очагу реакции и закрыв лицо. Так можно избежать значительных ожогов и травм.

Проникающая радиация

Вторым по опасности пунктом станут потоки высокоэнергетических частиц, появившихся в результате ядерной реакции. Огромное количество смертельно опасного для жизни ионизирующего излучения испускается в течение малых долей секунды. На величину поражающего радиуса в атмосфере влияет поглощение частиц окружающей средой. Наибольшую опасность радиоактивного заражения представляет только надземный взрыв. Свою смертоносность этот поток сохраняет только на протяжении 2.5 километров, даже для зарядов, превышающих по мощности бомбы, сброшенные на Хиросиму и Нагасаки в 1945. Попадая в материалы, быстрые нейтроны нарушают кристаллические решётки и приводят к разрушению всей структуры твёрдого тела.

проникающая радиация при ядерном взрыве
Рисунок 8. Материалы, способные замедлить поражающий фактор - проникающую радиацию

Надёжной защитой от такого рода воздействия служат вещества способные замедлить распространение бета- и гамма излучения. Бетон, сталь, свинец и даже кирпичная кладка, за неимением лучшего, способны вполовину замедлить поражающий фактор (Рисунок 8). На крайний случай в качестве укрытия подойдут глубокие водоёмы, подвалы и толстые деревья.

Радиационное заражение

Последствием ядерной детонации становится не только загрязнение электромагнитного спектра в течение нескольких секунд, но и остаточное загрязнение (Рисунок 9).

радиационное заражение при ядерном взрыве
Рисунок 9. Радиационное заражение и его последствия (Чернобыль)

Не вступившая в реакцию часть топлива и продукты распада основных веществ послужат источниками наведённой радиации. Во время взрыва все это выбрасывается в атмосферу и опадает с осадками в течение последующих дней. В результате нарушениям атомарной структуры подвержены металлические конструкции: корпуса автомобилей, броня танков, железная дорога, составы поездов, армированный бетон.

Электромагнитный импульс

Облучённый воздух ионизируется и, как последствие, образуется разность зарядов и потенциалов. Это даёт начало появлению переменного волнового поля – электромагнитного импульса. Влияние на человеческое тело минимальное, не приносящее вреда. Но перегорают электроприборы на основе кремния, транзисторов и проводящих металлов – компьютерная и измерительная техника, глушится работа радиотехники, перегорают линии электропередач (Рисунок 10).

электромагнитный импульс при ядерном взрыве
Рисунок 10. Схема влияния электромагнитного импулься при высотном ядерном взрыве

Очаг зоны поражения ядерного оружия

Зоны поражения ядерного оружия разделяются по дистанции от очага возникновения реакции.

Нанесение ущерба ядерным оружием, виды поражающих факторов и разрушение построек обусловлены мощностью заряда и высотой детонации над поверхностью земли.
Наземные снаряды образуют кратер и сметают ближайшие постройки в радиусе нескольких десятков километров. На поражающую способность такого типа влияет ухабистость и холмистость ландшафта. Плотно застроенные населённые пункты получат куда больше ущерба, нежели построенные с просторной планировкой города. Максимум разрушения приходится на двухкилометровый круг непосредственно в центре детонации. Все это сопровождается возникновением массовых пожаров, деформации строительных конструкций в отдалении. Взрывная волна способна выбить окна даже на расстоянии пяти километров. Во избежание последствий поражающих факторов и массового бедствия нужно проследовать в ближайшее укрытие глубиной не менее ста метров.

Поделиться
822
Рекомендуем к прочтению:
Добавить комментарий
Кликните на изображение чтобы обновить код, если он неразборчив
Скоро у нас появится лучший форум о выживании!
Не пропусти:

Скоро у нас появится лучший форум о выживании!
Не пропусти: