2.5.3. Суммарные дозы проникающей радиации

Суммарная доза проникающей радиации представляет собой сумму доз -излучения и нейтронного излучении;

D_пр = D_ + D_п

В суммарной дозе радиации соотношение между дозой -излучения и нейтронами зависит от мощности взрыва и расстояния до центра взрыва. С уменьшением расстояния от центра взрыва доля нейтронов в суммарной дозе радиации увеличивается, дости­гая на близких расстояниях 30—70%. Для больших доз и для взрывов сверхмалого и малого калибров доза D_п больше доны D_ . Для средних величин доз, а также для взрывов мощностью более 10 кт справедливо обратное соотношение. Соотношение для D_п и D_ в зависимости от мощности взрыва может быть записано в виде

D_п / D_2…1 при q<=1кт.

Изменение суммарных доз проникающей рядиации для взрывов

различной мощности в зависимости от расстояния показано на рис. 2.20.

Расстояние от центра взрыва,м

Риг. 2.20, зависимость суммарной дозы проникающей радиации от расстояния до центра взрыва

2.6. Электромагнитный импульс ядерного взрыва

Мгновенное -излучение, допускаемое из зоны ядерной реакции, ионизируя атомы вещества боеприпаса и окружающей среды образует поток быстрых электронов, летящих преимущественно в радиальном направлении от центра взрыва, При этом тяжелые положительные ионы остаются практически на месте, а электроны удаляются от них со скоростями, близкими к скорости света, Эти электроны принято называть первичными (комптоновскими). Движущиеся в радиальном направлении от центра взрыва пер­вичные электроны образуют радиальные электрические токи и но­ля, быстро нарастающие во времени. Ток, создаваемый в воздухе первичными электронами на расстоянии R от центра ядерного взрыва можно вычислить по формуле

при

где I0 вне указанных пределов времени t, N - полное число -квантов, испускаемых при ядерном взрыве;  — продолжительность импульса -излучения;  — коэффициент поглоще­ния -квантов в воздухе; L — длина пробега первичныx элект­ронов; e=4,8*10^-10 СГСЭ — заряд электрона. Первичные электро­ны при своем движении осуществляют ионизацию среды. При этом каждый быстрый электрод (Е_ =2 МэВ) способен образо­вать до 30 000 вторичных (медленных) электронов и положи­тельных ионов. Под действием электрического поля, созданного первичными электронами и ионами, вторичные электроны начинают двигаться к центру взрыва, создавая ток проводимости, противоположный току первичных электронов. Поля и токи, созданные вторичными электронами, компенсируют до некоторой степени первоначальные электрические поля и токи, созданные первичными (быстрыми) электронами. Поскольку скорость движе­ния вторичных электронов намного меньше скорости первичных электронов, то процесс компенсации первичных электрических по­лей и токов длится значительно дольше, чем процесс их возникно­вения. В результате указанных процессов в воздухе возникают кратковременные результирующие электрические и магнитные по­ля. Электрическое (суммарное) поле, если пренебречь магнитны­ми эффектами, определяется выражением

где Е — напряженность электрического поля;  — электронная проводимость ионизированного воздуха, которая может быть вы­числена по формуле

где t_с=3*10^-12c - время между столкновениями; п — плотность

свободных электронов при установившемся равновесии, п=Р/^.Ne-^R/4R²

=10⁸ c^-1 — параметр, характеризующий скорость

ионизации. IIpи условии, что /4, величина напряженности поля во всей области вокруг взрыва приближенно может быть определена:



При взрыве с тротиловым эквивалентом, равным одной килотонне, радиус области с Е = 3 В/см достигает 600 м. Внутри этой области Е+I0 и результирующий излучающий ток равен нулю. Снаружи Е<<I 11 результирующий излучающий ток приблизительно равен I.

При больших расстояниях излученное электрическое поле оп­ределяется через I посредством уравнения

При этом надо иметь в виду, что если ток I распределен в пространстве сферически симметрично, то поле излучения отсутствует. Практически же асимметрия существует всегда. При взрыве на поверхности земли амплитуда напряженности поля на расстоя­нии R (а км) от места взрыва определяется приближенным реше­нием предыдущего уравнения и составляет (в В/м)

Благодаря существованию земной ионосферы электромагнитное поле распространяется на большие расстояния в виде ци­линдрической волны. Эмпирически установлена приближенная зависимость максимальной величины напряженности поля в диа­пазоне частот от 10 до 100 кГц:

E10³/R

которая справедлива для расстояний R > 1000 км. Амплитуды напряженности электромагнитных людей при взрывах на высотах более 1 км будут меньше, чем при низких взрывах. При взрыве на высоте более нескольких километров определяющей стано­вится асимметрия, вызываемая изменением плотности атмосферы с высотой, что приводит к увеличению амплитуды напряженности поля.

Совокупность электромагнитных нолей ввиду их кратковременности принято называть электромагнитным импульсом (ЭМИ) ядерного взрыва.

Нейтроны, прошедшие через оболочку ядерного боеприпаса, захватываются атомами азота воздуха, создавая при этом захватное гамма-излучение. Захватное гамма-излучение взаимодей­ствует с атомами среды аналогично мгновенному гамма-излучению и способствует поддержанию электрических полей и токов; оно длится несколько десятых долей секунды после взрыва и является поэтому одним из основных факторов, определяющих дли­тельность электромагнитных явлений, сопровождающих ядерный взрыв.

Процессы взаимодействия гамма-квантов, нейтронов н быст­рых электронов со средой совершаются не по всем направлениям одинаково: всегда существуют направления, по которым они идут менее энергично или охватывают меньший объем пространства. Это может происходить из-за несимметричности конструк­ции ядерного боеприпаса, неоднородной плотности воздуха в окружающем ядерный боеприпас пространстве, наличия поверх­ности земли на пути распространения гамма-лучей и нейтронов, влияния на направление движения электродов электрического н магнитного поля Земли и т. д. Вследствие этих причин электро­магнитные поля теряют свою сферическую симметрию и приобретают определенную направленность. Например, при наземном взрыве электрическое поле у поверхности земли направлено преимущественно вертикально.

Среди других факторов, вызывающих появление электромаг­нитного импульса ядерного взрыва, можно назвать такие, как ос­колочное гамма-излучение, электрические явления, возникающие в результате нагрева грунта в эпицентре взрыва, непосредственная электризация грунта, металлических предметов, проводов, кабелей при облучении их потоками нейтронов и гамма-квантов и целый ряд других. В зависимости от условий, в которых осу­ществляется ядерный взрыв, вклад каждого из процессов в обра­зование ЭМИ, естественно, меняется; вследствие этого меняются и параметры электромагнитного импульса.

Основными параметрами ЭМИ, определяющими его поражающее действие, являются характер изменения напряженности электрического и магнитного полей во времени (форма импульса) и величина максимальной напряженности поля (амплитуда импульса).

Электромагнитный импульс наземного ядерного взрыва на расстоянии до нескольких километров от центра взрыва пред­ставляет собой одиночный сигнал с крутым передним фронтом и длительностью в несколько десятков миллисекунд. Энергия ЭМИ распределена в широком диапазоне частот от десятков герц до нескольких мегагерц. Однако высокочастотная часть спектра со­держит незначительную долю энергии импульса, основная же часть его энергии приходится на частоты до 30 кГц. Амплитуда электромагнитного импульса в указанной зоне может достигать очень больших величин, составляя в воздухе тысячи вольт на метр для взрывов боеприпасов малого калибра и десятки тысяч вольт на метр для взрывов боеприпасов крупного калибра. В грунте амплитуда ЭМИ может доходить соответственно до сотен н тысяч .вольт на метр. Поскольку амплитуда электромаг­нитного импульса быстро уменьшается с увеличением расстояния, ЭМИ наземного ядерного взрыва является поражающим фактором только на расстоянии нескольких километров от цент­ра взрыва, а на больших расстояниях он оказывает только, крат­ковременное мешающее воздействие на работу радиотехнической аппаратуры.

Для низкого воздушного взрыва параметры электромагнит­ного импульса в основном остаются такими же, как и для назем­ного взрыва, но с увеличением высоты взрыва амплитуда им­пульса уменьшается.

Амплитуда электромагнитного импульса подземного и подвод­ного взрывов значительно меньше амплитуды ЭМИ при взрывах в атмосфере, поэтому поражающее действие его при подземном н подводном взрывах практически не проявляется.