2.1.2. Особенности развития ядерного взрыва и образования его поражающих факторов с увеличением высоты

Характер и картина развития физических процессов ядерного взрыва в воздухе зависит от изменения плотности воздуха, кото­рая с увеличением высоты уменьшается. При увеличении высоты взрыва сначала происходит изменение только количественных ха­рактеристик физических процессов, а начиная с высоты 70—80 км, ядерный взрыв сопровождается и качественно новыми процессами по сравнению со взрывами в приземных слоях атмосферы.

Так, например, скорость распространения границы светящейся области с увеличением высоты взрыва быстро растет. Поэтому в одни и те же моменты времени радиус светящейся области тем больше, чем выше взрыв. Растет с высотой и максимальный радиус светящейся области. При взрыве на высотах более 20—25 км исчезают характерные особенности, по которым развитие све­тящейся области разделялось на фазы: отсутствуют минимум све­чения между первой и второй фазами и максимум во второй фазе, т. е. яркость светящейся области со временем опадает монотонно. Поэтому при разрывах на высотах более 25 км развитие светящей­ся области на фазы не разделяют. До высоты взрыва примерно 60 км яркость светящейся области возрастает в силу того, что наружный слой области более прозрачный и сквозь него проходит излучение от более горячей внутренней зоны. С увеличением вы­соты взрыва световое излучение уносит все большую долю его энергии в связи с увеличением размеров светящейся области и ее яркости. Так, при взрыве на высоте около 60 км в световое излу­чение переходит примерно 80% энергии взрыва. С возрастанием высоты взрыва изменяется и спектральный состав светового излу­чения —повышается выход энергии в ультрафиолетовом участке спектра в связи с увеличением яркости светящейся области. При этом, однако, у поверхности земли энергия светового излучения уменьшается, так как ультрафиолетовое излучение сильно погло­щается озонным слоем, расположенным |на высоте от 25 до 40 км.

При взрывах на высотах более 60 км яркость светящейся об­ласти быстро падает и на высотах 70—80 км становится незначи­тельной в связи с сильным разрежением атмосферы. При этом средняя концентрация поглощенной воздухом энергии даже на сравнительно небольших расстояниях от центра взрыва оказы­вается недостаточной для его нагрева до высоких температур. Поэтому на высотах 80 км и более доля энергии светового излуче­ния ядерного взрыва составляет всего несколько процентов. С увеличением высоты взрыва интенсивность ударной волны падает в связи с уменьшением давления и температуры во фронте удар­ной волны и его скорости. Облако взрыва при увеличении высоты до 40 км претерпевает увеличение размеров, а также скорости и высоты подъема.

При взрывах на высотах более 40 им характер развития обла­ка изменяется: вихревое движение массы облака отсутствует, го­ризонтальное сечение облака близко к окружности, а вертикаль­ное — к эллипсу; скорость расширения я подъема облака растет, достигая нескольких сот метров в секунду. Увеличение высоты взрыва характеризуется образованием областей повышенной иони­зации. При взрывах на высотах примерно до 20 км ионизирован­ная область ограничивается сначала размерами, светящейся об­ласти, а затем облаком взрыва. На высотах 20—60 км размеры ионизированной области несколько больше размеров облака взры­ва, особенно у верхней границы этого диапазона высот.

Ядерный взрыв на высоте 70—80 км сопровождается качест­венно иными процессами. При высотных взрывах светящаяся об­ласть не образуется, так как рентгеновское излучение распростра­няется на большие расстояния от центра взрыва без заметного поглощения. Световое же излучение имеет место. Источниками светового излучения в данном случае являются испарившееся ве­щество конструкции боеприпаса, нагретый ударной волной воздух и обширная область люминесцентного свечения атмосферы на вы­сотах 60—90 км, образующаяся в результате поглощения в ней рентгеновского излучения.

При высотных взрывах продукты взрыва разлетаются прак­тически без торможения на расстояния, исчисляемые километрами и десятками километров. Следовательно, при взрывах на высотах более 70—80 км разлетающиеся продукты взрыва (газовый по­ток) и рентгеновское излучение распространяются на большие расстояния и становятся самостоятельными поражающими факто­рами. С увеличением отношения мощности боеприпаса к его' мас­се увеличивается количество энергии, переходящей в энергию рентгеновского излучения, а энергии, уносимой газовым потоком,— уменьшается. При взрывах на высотах свыше 500 км существенное воздействие на разлет продуктов взрыва оказывает магнитное поле Земли. Оно тормозит разлетающееся ионизированное вещество раньше, чем разреженная атмосфера, и тем самым ограничивает его разлет в стороны и вверх расстояниями порядка нескольких сот километров. Разлетающиеся продукты высотного ядерного, взры­ва образуют ударную волну, интенсивность которой с высотой по­степенно убывает. Ударная волна, распространяясь во всех напра­влениях (в неоднородной атмосфере), имеет неодинаковую ско­рость. В результате форма ударной волны из сферической пре­вращается сначала в яйцевидную, а затем приобретает вид чаши. Нижняя часть фронта волны, проходящего через более плотные слои воздуха, слабо светится.

При взрывах на больших высотах в атмосфере образуются две области повышенной ионизации. Первая область образуется в районе взрыва за счет ионизированного вещества боеприпаса и ионизации воздуха ударной волной. Размеры этой области в гори­зонтальном направления достигают десятков и сотен метров. Вто­рая область повышенной ионизации возникает ниже центра, взры­ва, в слоях атмосферы на высотах 60—90 км, в результате поглоще­ния воздухом проникающих излучений (рентгеновского и гамма-из­лучения, нейтронов и бета-частиц). Расстояния, на которых прони­кающие излучения производят ионизацию, в горизонтальном направлении составляют сотни и даже тысячи километров. Кон­центрация заряженных частиц в ионизированных областях в пер­вые минуты после взрыва быстро падает, а затем медленно умень­шается на протяжении нескольких часов.

При высотных взрывах в результате взаимодействия гамма-квантов с атомами оболочки боеприпаса и окружающей среды, так же как и при воздушных взрывах, образуются быстрые электроны. При малой плотности воздуха длина свободного пробега этих электронов в зависимости от высоты взрыва может состав­лять сотни и тысячи метров. Под воздействием магнитного поля Земли движение быстрых электронов происходит не прямолиней­но, а по спиральным траекториям вдоль силовых линий геомагнит­ного поля. При этом часть кинетической энергии электронов рас­ходуется да электромагнитное излучение в диапазоне радиоволн. Вследствие потери части энергии скорость быстрых электронов уменьшается.

Электромагнитное излучение электронов, двигающихся в маг­нитном поле Земли, называют магнитотормозным радиоизлучени­ем. Магнитотормозное радиоизлучение быстрых электронов высот­ного взрыва проявляется у .поверхности земли в виде одиночного электромагнитного импульса с крутым фронтом и длительностью порядка нескольких микросекунд. Амплитуда электромагнитного импульса зависит от высоты взрыва и на расстоянии сотен кило­метров от центра взрыва может достигать нескольких тысяч вольт на метр.