На основе разработанных моделей аварий были созданы методики испытаний ЯБП на аварийные воздействия, которые позволяют получить экспериментальное подтверждение расчетных оценок поведения конструкции ЯБП и радиационной обстановки на местности в случае диспергирования делящихся материалов.

В 1960–1963 годах на территории Семипалатинского испытательного полигона МО СССР

была реализована программа гидроядерных экспериментов. В этих опытах, в частности, проводилось изучение выпадения α-активности радионуклидов на поверхность грунта, определяемой ключевыми ядерными материалами, входящими в состав ЯЗ. Эксперименты проводились для макетов ЯЗ на основе плутония и на основе урана-235.

Опыты проводились в условиях различных редакций наземных взрывов. Направление скорости ветра изменялось практически во всем угле от 0 до 360°, а средняя скорость ветра варьировала от 2 до 15 м/сек. Фактические значения направления и скорости ветра определялись по данным прямых измерений, которые проводились в пункте, находившемся на расстоянии R = 2 км от испытательной площадки.

Таблица 3.4. Распределение гидроядерных экспериментов по годам

Следует отметить, что результаты прямых измерений α-активности на оси следа облака имеют для отдельных экспериментов достаточно сложный нерегулярный характер. Вместе с тем, на основе большой совокупности опытов может быть получено эмпирическое эффективное среднее распределение выпадения активности. На основании опытных данных было получено также количество активности, выпавшей на заданном расстоянии от центра взрыва в направлении, перпендикулярном оси следа. Закон выпадения активности в этом направлении аппроксимировался распределением Гаусса exp(- y2/2σ2), в котором σ есть функция расстояния по оси следа до центра взрыва.

Результаты этих измерений представляют прямой интерес для оценок средних характеристик радиационной аварии ядерного боеприпаса с диспергированием плутония в условиях отсутствия ядерного взрыва. На их основе сделаны также заключения о возможных вариациях уровня выпадения активности по сравнению с характеристиками типичной средней аварии.

В период атмосферных ядерных испытаний в 1961–1962 годах на территории Семипалатинского испытательного полигона был проведен также ряд наземных ядерных испытаний с небольшим ядерным энерговыделением (уровень от нескольких тонн до нескольких сот тонн). В некоторых из этих опытов непосредственно после взрыва проводились измерения величины интенсивности γ-дозы, по которой могут быть восстановлены характеристики распределения выпадения активности продуктов деления. В предположении отсутствия фракционирования выпадения активности плутония и активности продуктов деления данные этих измерений также могут служить эмпирической основой для прогнозирования характерных последствий радиационных аварий с ядерными боеприпасами.

1.8.Исследования поражающих факторов ядерных взрывов

1.8.1.Общие характеристики поражающих факторов ядерных взрывов

Создание ядерного оружия и специфика физических процессов, протекающих при ядерном

(термоядерном) взрыве, определили особый характер поражающих факторов, сопровождающих его применение. Этот особый характер обусловлен качественно более высокой концентрацией энергии взрыва по сравнению с традиционными видами оружия (до 106 раз на единицу массы), существенно более высокой скоростью взрывного процесса (до 103 – 104 раз), наличием проникающего излучения взрыва (в том числе гамма и нейтронного излучения, сопровождающего взрыв), наработкой

значительного количества высокоактивных, достаточно долгоживущих радионуклидов, выпадение которых может определять большие зоны территории со значительным радиационным фоном.

Высокая массовая и объемная концентрация энергии взрыва при малых временах ее выделения определяют соотношение распределения энергии взрыва между кинетической и внутренней энергией продуктов взрыва боеприпаса с одной стороны и энергией первичного излучения, выходящего из боеприпаса. При взаимодействии этих видов энергии с атмосферой, окружающей заряд, в ней формируется зона, прогретая до температуры в несколько тысяч градусов («огненный шар»), излучающий заметную долю энергии взрыва в диапазоне спектральной прозрачности атмосферы («тепловое» излучение взрыва), которое является одним из основных поражающих факторов ядерного взрыва в атмосфере (воздушный, наземный, надводный взрывы). Одной из основных характеристик теплового излучения, как ПФЯВ, является распределение потока этой энергии на различных расстояниях, а также параметры его длительности.

Резкий перепад концентрации энергии, созданный взрывом, в слоях атмосферы, окружающих заряд, определяет перенос значительной части энергии взрыва в атмосфере в виде воздушной ударной волны. Важными характеристиками этого вида ПФЯВ является распределение максимально избыточного давления на фронте ударной волны на различных расстояниях от центра взрыва, а также импульса давления, создаваемого взрывом. Взаимодействие ударной волны с поверхностью грунта (воды) приводит к изменению ее характеристик вдоль земной поверхности.

С другой стороны, взаимодействие энергии взрыва, в том числе воздушной ударной волны, с грунтом, водой приводит к формированию ударной волны, распространяющейся в грунте, воде, создающей сейсмическое воздействие. Важной характеристикой этого вида ПФЯВ является как избыточное давление на фронте ударной волны, так и создаваемое смещение элементов нагруженной среды.

Вусловиях подземного, подводного взрыва перенос энергии осуществляется ударной волной, которая может воздействовать на заглубленные, подводные объекты, или объекты, находящиеся на поверхности.

Вверхних слоях атмосферы часть энергии первичного излучения ядерного взрыва может переноситься на значительные расстояния. К характеристикам этого вида ПФЯВ относится распределение потока энергии излучения на различных расстояниях, его спектральное распределение и параметры длительности.

Процесс деления ядер сопровождается наработкой избыточных нейтронов, которые в процессе взрыва выходят за пределы боеприпаса и распространяются в окружающих слоях атмосферы. Наработка избыточных нейтронов идет и при горении термоядерного горючего. Этот вид ПФЯВ характеризуется распределением потока и энергии нейтронов в зависимости от расстояния до центра взрыва.

Процесс деления ядер и взаимодействие нейтронов взрыва с некоторыми материалами приводит к наработке гамма-излучения, сопровождающего взрыв боеприпаса. Этот вид ПФЯВ характеризуется распределением потока энергии гамма-квантов в зависимости от расстояния до центра взрыва, а также параметрами длительности. При взаимодействии гамма-излучения взрыва с атмосферой возникает ток комптоновских электронов, который может приводить к формированию электромагнитного импульса ядерного взрыва.

При наземном ядерном взрыве или ядерном взрыве с небольшим заглублением происходит образование воронки выброса грунта в сильной степени деформирующей поверхность в районе эпицентра. Такой взрыв сопровождается выбросом в атмосферу значительных масс грунта, в основном выпадающих обратно в районе эпицентра взрыва, и частично переносимых (легкие фракции) атмосферными потоками до своего осаждения на значительных расстояниях от эпицентра. Фракции выброшенного взрывом грунта содержат радионуклиды, наработанные в ядерном взрыве (в частности, продукты деления ядер) и определяют при своем выпадении радиоактивное загрязнение местности. Облако, содержащее продукты взрыва, представляет собой зону повышенной радиации в атмосфере; такое облако формируется и при воздушном ядерном взрыве.

При надводном (подводном) взрыве происходит выброс значительных масс воды с ее последующим обрушением и формирование различных видов волн, распространяющихся вдоль поверх-

ности. Такой взрыв также сопровождается образованием радиоактивного облака с последующим выпадением радионуклидов.

1.8.2. Военно-технические возможности ядерных арсеналов и поражающие факторы

При большом разнообразии поражающих факторов ядерного взрыва естественно разнообразие и его воздействия на различные объекты военного и гражданского назначения, военную технику, человека, элементы среды обитания.

Следует иметь в виду, что ядерное оружие рассматривалось, как оружие двойного назначения:

•оружие, направленное на поражение компонент, группировок и средств обеспечения Вооруженных Сил противника (в том числе как оружие поля боя, оружие противодействия и т.д.);

•оружие поражения военно-экономического потенциала.

Впервом случае речь идет об оружии, направленном в первую очередь, для решения конкретных военно-тактических задач, а во втором случае – об оружии массового поражения, направленном на уничтожение систем жизнеобеспечения противостоящего государства (в рамках доктрины сдерживания – это гарантии ответного удара с неприемлемым для противника ущербом).

Естественно, что приоритет тех или иных задач определял выделение соответствующих поражающих факторов ядерного оружия, как основных видов воздействия, и требовал соответствующей оптимизации возможностей ядерного арсенала. Поскольку удельный вес указанных двух основных функций ядерного оружия изменялся со временем, то изменялась и относительная оценка роли тех или иных поражающих факторов и представлений о необходимой структуре ядерного арсенала.

Так, например, военное применение США ядерного оружия в 1945 году в Японии являлось демонстрацией оружия устрашения, способного в беспрецедентной для того времени степени разрушать крупные центры структуры государства.

В1953 году ядерный потенциал США насчитывал 1169 боезарядов с совокупным мегатоннажем в 73 Мт, и, по существу, он не мог определять исход возможного крупномасштабного столкновения между СССР и США. Однако в 1957 году США уже обладали ядерным потенциалом в 5543 боезаряда с совокупным мегатоннажем в 17500 Мт. Этот потенциал был достаточен для создания на территории СССР сплошной зоны разрушений общей площадью в 1,5 миллиона квадратных километров

исплошной зоны пожаров общей площадью более 2 миллионов квадратных километров. Площадь радиоактивного загрязнения с уровнем внешнего облучения более 300 рад, спустя сутки после взрыва, могла существенно превысить 10 миллионов квадратных километров. Практически это означало потенциальную возможность превращения территории СССР в радиоактивную пустыню.

Ядерный арсенал СССР в это время был на несколько порядков меньше, и он не представлял

вто время реального оружия устрашения для США как по своему объему, так и по возможностям средств доставки, и мог решать только конкретные задачи на театре военных действий или в отношении поражения ключевых объектов союзников США. Важной задачей для СССР в это время было уточнение возможных последствий массированного ядерного удара США по территории СССР, что требовало проведения конкретных исследований в ядерных испытаниях.

Вэто же время возникла задача по изучению возможностей, предоставляемых ядерным оружием в средствах противодействия, то есть исследования в интересах ядерной ПВО (позднее, ядерной ПРО), противокорабельных и противолодочных систем и т.д.

Очевидно, что это качественно иные задачи, чем разрушение основных элементов государства, и здесь определяющую роль могут играть иные поражающие факторы.

1.8.3.Воздействие поражающих факторов ядерного взрыва

Исследования характеристик поражающих факторов ядерного взрыва и их воздействия на

различные объекты начались в ядерных испытаниях СССР с первого ядерного взрыв 1949 года. Уже в этом испытании исследовалось воздействие ударной волны и теплового излучения ядерного взрыва на различные образцы военной техники и гражданских сооружений, а также характеристики радиоактивного загрязнения территории как в районе, прилегающем к эпицентру взрыва, так и на значительных расстояниях (сотни километров) вдоль траектории движения радиоактивного облака

взрыва. Эти исследования были продолжены в двух последующих испытаниях в 1951 году (наземный и воздушный взрывы), а также в мощном наземном взрыве 12 августа 1953 года. Уже в ходе испытаний в 1949 и 1951 году был сделан фундаментальный вывод о радикальном уменьшении радиоактивного загрязнения территории, как в эпицентре взрыва, так и на следе радиоактивного облака, при переходе от наземных ядерных взрывов к воздушным. Эти эксперименты заложили фундамент представлений о характеристиках воздействия ПФЯВ.

Работы были продолжены в 1954–1955 годах. В 1955 году в двух экспериментах 6 и 22 ноября 1955 года впервые изучалось воздействие мощных воздушных взрывов на различные военные и гражданские объекты. В экспериментах исследовалось также воздействие ПФЯВ на большом количестве подопытных животных (овцы). Масштабный характер имели работы, связанные с исследованием радиационного состояния территории и атмосферы.

В ядерных испытаниях этого периода исследовалось воздействие ядерного взрыва на траншеи и укрытия различного типа, блиндажи и огневые позиции разных видов, танки, артиллерийские орудия и установки, самолеты. В некоторых испытаниях исследовалось воздействие ядерного взрыва на элементы боевого оснащения и оборудования кораблей ВМФ. Это было связано с отсутствием возможности проведения таких работ в натурных условиях (полигон Новая Земля еще не был создан) и исследования проводились на суше в ядерных испытаниях на Семипалатинском полигоне.

Среди исследуемых гражданских объектов можно выделить здания промышленного типа, склады и хранилища, линии электропередач, мосты, железнодорожные пути, нефтяные вышки, элементы заводских сооружений. Широко исследовалось воздействие ядерных взрывов на жилые дома различных видов, типичных для условий СССР, и убежища для населения.

1.8.4. Войсковые учения и ядерные испытания

Следует отметить, что результаты исследования воздействия ядерного взрыва привели к выводу о возможности эффективных действий Вооруженных Сил на поле боя в условиях применения противником ядерного оружия. В этом контексте следует рассматривать и войсковые учения, проводившиеся на Тоцком полигоне МО СССР 14 сентября 1954 года, в ходе которых был произведен воздушный ядерный взрыв мощностью 40 кт. Взрыв был произведен на высоте, обеспечивающей незначительное радиоактивное загрязнение территории в эпицентре взрыва и на следе радиоактивного облака. В ходе этих учений принимало участие около 45000 военнослужащих. Это были единственные масштабные войсковые учения в условиях натурного ядерного взрыва.

Вто же время следует отметить, что подготовка и проведение атмосферных ядерных взрывов,

вкоторых участвовали сотни специалистов ядерных полигонов и других войсковых частей, конечно, также являлась практической подготовкой военнослужащих к действиям в условиях военного ядерного конфликта. В этой связи следует особо подчеркнуть значительный практический опыт, полученный экипажами тяжелых бомбардировщиков, принимавших участие в воздушных ядерных испытаниях при сбрасывании ядерного взрывного устройства в составе авиабомбы. При этом диапазон энерговыделения производимых взрывов изменялся от масштабов килотонны до десятков мегатонн. В приобретении этого практического опыта ВВС СССР, по-видимому, существенно опередили ВВС США.

Другим примером практической подготовки экипажей самолетов ВВС в условиях, моделирующих военные действия, можно рассматривать многократные полеты самолетов радиационной разведки вдоль движения радиоактивных облаков (в том числе и внутри облака), созданных при проведении ядерных испытаний.

Отметим, что масштабные войсковые учения в ходе ядерных испытаний проводились в период атмосферных испытаний и Соединенными Штатами. Так, в ходе двух ядерных испытаний 1946 года на атолле Бикини (операция Crossroads) с мощностью взрыва 23 кт каждый участвовало 42000 воен-

нослужащих. Один взрыв являлся воздушным взрывом на небольшой приведенной высоте (Н = 5,6 м/кт1/3), а второй – подводным взрывом на небольшой приведенной глубине (h = 1 м/кт1/3).

С 1951 по 1957 год на Невадском полигоне во время ядерных испытаний были проведены восемь этапов войсковых учений Desert Rock с участием в общей сложности не менее 55000 военнослужащих.