Классификация ядерных боеприпасов

Ядерные боеприпасы классифицируют по мощности выделяемой энер­гии ядерного заряда, а также по типу используемой в них ядерной реакции. Для характеристики мощности боеприпаса применяется понятие "тротиловый эквивалент" – это такая масса тротила, энергия взрыва которого равна энер­гии, выделяемой при воздушном взрыве ядерного боеприпаса (заряда). Тротиловый эквивалент обозначается буквой (g) и измеряется в тоннах (т), тысячах тонн (кт), миллионах тонн (Мт).

По мощности ядерные боеприпасы условно подразделяются на

пять калибров (таблица 1).

Таблица 1

Классификация ядерных боеприпасов по мощности

Калибр ядерного боеприпаса	Тротиловый эквивалент, тыс. т
Сверхмалый	до 1
Малый	1 – 10
Средний	10 – 100
Крупный	100 – 1000
Сверхкрупный	> 1000

По характеру протекаемых ядерных реакций боеприпасы классифи­цируются на боеприпасы "деления", "деления – синтеза", "деления – синтеза – деления". Принципиальное уст­ройство этих боеприпасов рассмотрено ранее.

Контрольные вопросы

1. Назовите свойства ядерных сил.

2. Что такое дефект массы, энергия связи и удельная энергия связи?

3. Какая реакция (реакция деления тяжелых ядер или реакция синтеза легких ядер) энергетически более выгодна и почему?

4. Назовите необходимые условия для осуществления цепной ядерной реакции деления взрывного характера.

5. Дайте определение термоядерной реакции синтеза. Каковы условия ее осуществления?

6. В чем принципиальное отличие атомных зарядов пушечного и имп­лозивного типа?

7. В чем отличие нейтронного и комбинированного термоядерных бое­припасов?

Глава 2

ОБРАЗОВАНИЕ ПОРАЖАЮЩИХ ФАКТОРОВ ЯДЕРНОГО ВЗРЫВА И ИХ ОСОБЕННОСТИ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ ВИДАХ ВЗРЫВОВ

Огромное разрушающее и поражающее действие взрыва ядерного боеприпаса обусловлено тем, что в результате взрыва всего за несколько милли­онных долей секунды в небольшом объеме ядерного заряда высвобождается большое количество внутриядерной энергии. Последняя является причиной развития физических явлений, сопровождающих ядерный взрыв и приводя­щих к возникновению его поражающих факторов: воздушной ударной волны, светового излучения, проникающей радиации, электромагнитного импульса и радиоактивного заражения местности.

§ 1. Развитие ядерного взрыва в воздухе

и образование поражающих факто­ров

Внутриядерная энергия в процессе ядерной реакции освобождается и переходит частично в кинетическую энергию движущихся с огромными ско­ростями осколков деления ядерного горючего, а также в энергию различных излучений: альфа-, бета-, рентгеновского, гамма- и нейтронного излучения. Под воздействием высвобождаемой энергии не прореагировавшая часть заряда и вся конструкция боевой части, нагреваясь до температуры в несколько мил­ли­онов градусов, испаряется и переходит в состояние плазмы. Плазма состо­ит из раскаленного ионизированного газа, атомы которого ли­шены большей части или всех своих электронов. Температура плазмы при взрыве ядерного заряда средней мощности достигает ≈ 35 · 10⁶ К, а давление составляет ≈ 22 · 10⁹ кг/см³.

Плазма испускает лучистую энергию в виде мягкого рентгеновского излуче­ния с длиной волны, равной ≈ 10^–6 см. Такие излучения в воздухе нормальной плотности распространяются на расстояния, составляющие доли сантиметра. Лучистый поток нагревает ближайшие слои воздуха и переводит их в состоя­ние плазмы, которая, в свою очередь, испускает мягкое рентгеновское излуче­ние и нагревает следующие слои воздуха. В результате такого послойного лу­чистого прогрева за очень короткий промежуток времени образуется светящаяся область (огненный шар). Внутри этой области температура по всему объему практически будет одинаковой, поэтому ее называют также гомотермической областью (гомотермическим шаром).

Рис. 9. Образование гомотермического шара

Огненный (гомотермический) шар является источником светового излучения (рис. 9).

Одновременно со световым излучением из зоны ядерного взрыва рас­пространяется также мощный поток гамма-квантов и нейтронов, способных проникать через значительные толщи различных материалов и наносить по­ражение личному составу.

Поток гамма-излучения и нейтронов, исходящий из области ядерного взрыва, называется мгновенной составляющей проникающей радиации (ПР).

Мгновенные гамма-кванты, взаимодействуя с атомами среды, окружающей ЯВ, ионизируют ее, в результате чего создается поток быстрых электронов, летящих с большой скоростью преимущественно в радиальном направлении от центра взрыва, и положительных ионов, остающихся практически на месте в силу малой своей подвижности, так как они значительно тяжелее электронов. В поляризованном таким образом объеме на некоторое время происходит раз­деление положительных и отрицательных зарядов, что приводит к возникно­вению электрических и магнитных полей (рис. 10). Эти поля ввиду кратковременности их существования принято называть электромаг­нитным импульсом (ЭМИ) ядерного взрыва.

Рис. 10. Схема возникновения электромагнитного импульса

По мере лучистого прогрева все новых слоев воздуха температура гомотермической области непрерывно уменьшается. Снижение температуры в гомотермической области приводит к значительному уменьшению скорости лучистого прогрева, которая в начальный период была соизмерима со скоро­стью света.

Одновременно с лучистым прогревом за счет высокого давления в зоне ядерной реакции происходит газодинамическое расширение раскаленного и ионизированного воздуха. Однако на первом этапе скорость газодинамиче­ского расширения значительно меньше скорости лучистого прогрева. При температуре около 300 000К эти скорости становятся равными, а через некоторое время скорость лучистого прогрева становится меньше. С этого момента увеличение размеров огненного шара происходит только за счет га­зодинамического расширения.

Быстро расширяясь, раскаленный воздух оттесняет прилегающие слои воздуха. На внешней границе огненного шара образуется слой сжатого возду­ха, давление в котором достигает 100 000 атм. Этот слой сжатого воздуха на­зывают ударной волной (рис. 11). Внешняя поверхность слоя сжатого возду­ха образует фронт ударной волны. На фронте ударной волны наблюдается резкое повышение давления, плотности и температуры воздуха. Скорость движения фронта ударной волны в момент ее формирова­ния составляет десятки километров в секунду.

Рис. 11. Формирование ударной волны

Источником светового излучения становится фронт ударной волны, ко­торый до определенного момента экранирует излучения, испускаемые огнен­ным шаром.

Температура воздуха во фронте ударной волны быстро понижается и через 0,01 с составляет величину, равную 2 000 – 3 000 К. При такой температуре фронт волны перестает светиться и становит­ся прозрачным для излучений, идущих с поверхности огненного шара. Поэтому после прекращения свечения фронта ударной волны источником свето­вого излучения становится внутренняя область раскаленных газов. Скорость фронта ударной волны в этот момент больше скорости расширения огненного шара, и ударная волна отрывается от него (рис. 11).

В связи с увеличением размеров огненного шара температура его по­верхности, а следовательно, и интенсивность излучения световой энергии уменьшаются и огненный шар превращается в клубящееся облако серовато-бурого или коричневого цвета (радиоактивное облако).

Вследствие мощных восходящих потоков прогретого воздуха в облако взрыва всасывается пыль с поверхности земли и образуется пылевой столб, который придает облаку характерную грибовидную форму (рис. 12).

Плотность нагретого облака меньше плотности воздуха, поэтому оно поднимается вверх и перемещается в направлении ветра. Радиоактивные ве­щества в облаке смешиваются с грунтом, оседают на поверхности пылинок, попадают на капли конденсирующихся паров воды и под влиянием силы тя­жести выпадают вместе с ними на землю как в районе взрыва, так и по пути движения радиоактивного облака. Выпавшие на поверхность земли ра­диоактивные вещества создают радиоактивное заражение местности.

Рис. 12. Грибовидное облако наземного ядерного взрыва

Таким образом, в процессе ядерного взрыва образуются: мощная удар­ная волна, интенсивное световое излучение, проникающая радиация, радио­активное заражение местности и объектов и электромагнитный импульс.

Ударная волна может поражать личный состав, а также разрушать раз­личные объекты, боевую технику и вооружение.

Световое излучение способно вызывать возгорание различных мате­риалов, имущества, боевой техники, сооружений. У личного состава световое излучение вызывает ожоги и временное ослепление.

Проникающая радиация и радиоактивное заражение местности, воздействуя на личный состав, могут вызывать лучевую болезнь различной сте­пени тяжести, которая в тяжелых формах приводит к смертельному исходу. Кроме того, личный состав, находясь на зараженной местности, может под­вергаться внутреннему облучению от радиоактивных веществ (при попада­нии их в органы дыхания и пищеварения), которое также вызывает заболева­ния различной степени тяжести и приводит к потере боеспособности.

Поражающее действие электромагнитного импульса ядерного взрыва приобретает самостоятельное значение для долговременных защитных со­оружений. В этом случае объект, не получивший повреждений от других по­ражающих факторов, может оказаться нежи­знедеятельным из-за нарушения систем связи, управления и энергоснабжения.

Таким образом, ударная волна, световое излучение, проникающая ра­диация и радиоактивное заражение местности, а также электромагнитный импульс определяют боевые свойства ядерного оружия и называются пора­жающими факторами ядерного взрыва.

Раньше всего (в момент взрыва) на объект начинают действовать свето­вое излучение, ЭМИ и проникающая радиация, распространяющиеся со ско­ростью света. Действие этих поражающих факторов продолжается от не­скольких секунд при взрывах малой и средней мощности до 10 – 15 с при взрывах большой мощности.

Ударная волна начинает действовать на объект через некоторый про­межуток времени (несколько секунд) после взрыва, в зависимости от удале­ния объекта от эпицентра взрыва. Средняя скорость распространения ударной волны больше звуковой, а на конечных участках близка к ней. Действие ударной волны продолжается от нескольких десятых долей секунды при взрывах малой мощности до нескольких секунд при взрывах большой мощ­ности.

Радиоактивное заражение местности и объектов происходит значитель­но позднее, так как радиоактивные продукты взрыва выпадают через не­сколько минут и даже несколько часов после взрыва. Но действие радиоак­тивного заражения на личный состав продолжается длительное время и мо­жет составить несколько месяцев после взрыва.

Выделяемая энергия ядерного взрыва при взрыве обычных ядерных бо­еприпасов распределяется между поражающими факторами примерно в сле­дующем соотношении: на ударную волну приходится до 50% высвобождае­мой энергии, световое излучение – до 35%, проникающую радиацию – до 5% и радиоактивное заражение местности – до 10%.

При взрыве нейтронного боеприпаса распределение энергии по пора­жающим факторам существенным образом отличается. Так, в обычных ней­тронных боеприпасах до 85% энергии взрыва приходится на проникающую радиацию и только 15% выделяемой энергии – на остальные поражаю­щие факторы. Что же касается так называемых "чистых" нейтронных бое­припасов, то при их взрыве до 99% выделяемой энергии приходится на про­никающую радиацию. В связи с этим нейтронные боеприпасы представляют опасность главным образом для живых объектов.