
- •Ядерный взрыв и его поражающие факторы
- •2.1. Развитие ядерного взрыва и образование его поражающих факторов
- •2.1.1. Развитие ядерного взрыва в воздухе и образование его поражающих факторов
- •2.1.2. Особенности развития ядерного взрыва и образования его поражающих факторов с увеличением высоты
- •2.1.3. Особенности развития ядерного взрыва и образования его поражающих факторов в воде и грунте
- •2.2. Виды ядерных взрывов и их внешняя картина
- •Воздушные взрывы подразделяются на низкие и высокие. К низким относятся взрывы на высоте от 3,5 до 10 , к высоким — взрывы на высоте более 10 .
- •2.3. Ударная волна ядерного взрыва
- •2.3.1. Закон подобия при взрывах
- •2.3.2. Ударная волна наземного ядерного взрыва
- •2.3.3. Ударная волна воздушного ядерного взрыва
- •2.3.4. Влияние рельефа местности, лесных массивов и метеорологических условий на распространение ударной волны
- •2.3.5. Воздействие ударной волны на наземные объекты
- •2.3.6. Сейсмовзрывные волны в грунте
- •2.4. Световое излучение ядерного взрыва
- •2.5. Проникающая радиация ядерного взрыва
- •2.5.1. Гамма-излучение ядерного взрыва
- •2.5.2. Нейтронное излучение ядерного взрыва
- •2.5.3. Суммарные дозы проникающей радиации
- •2.6. Электромагнитный импульс ядерного взрыва
- •2.7. Радиоактивное заражение местности и атмосферы при ядерных взрывах
- •2.7.1. Радиоактивные вещества, образующиеся при ядерном взрыве
- •2.7,2. Заражение местности и наземных объектов
- •Допустимое заражение радиоактивными веществами различных поверхностей и объектов (молодые продукты ядерных взрывов - до 10—14 дней)
- •2.7,3, Радиоактивное заражение атмосферы
2.1.3. Особенности развития ядерного взрыва и образования его поражающих факторов в воде и грунте
Физическая картина взрыва ядерного заряда в воде мало отличается от взрыва в воздухе, так как вода и воздух являются упругими (сжимаемыми) средами. Однако вследствие того, что вода по сравнению с воздухом обладает меньшей сжимаемостью и плотность ее в 800 раз превосходит плотность воздуха, имеют место и некоторые особенности развития ядерного взрыва в воде. При взрыве ядерного заряда в воде в зоне взрыва также возникает область высоких температур и давлений, что приводит к образованию быстро расширяющейся парогазовой области, так называемого газового пузыря. Вследствие быстрого расширения газового пузыря в воде формируется подводная ударная волна, которая качественно похожа на воздушную ударную волну. Вследствие малой сжимаемости и большой плотности воды скорость движения фронта подводной ударной волны незначительно отличается от скорости звука в воде. Скорость же воды во фронте ударной волны в 200—250 раз меньше скорости движения воздуха во фронте воздушной ударной волны с тем же избыточным давлением.
Давление во фронте подводной ударной волны с увеличением расстояния от центра взрыва уменьшается медленнее по сравнению с давлением во фронте воздушной ударной волны. Это объясняется тем, что ввиду малой сжимаемости воды температура ее повышается весьма незначительно. Иными словами, для ударных волн в воде рост энтропии будет небольшим и энергия, перешедшая в ударную волну, будет тратиться в основном не на нагревание воды, а на механическую работу, связанную с вовлечением в движение массы жидкости, по которой проходит ударная волна. Поэтому во фронте ударной волны в воде имеет место более крутой спад давления, чем в воздухе. Давление во фронте подводной ударной волны сильно зависит от глубины взрыва. При взрыве на небольшой глубине оно существенно меньше, чем при глубоком взрыве. Это объясняется там, что при взрыве на небольшой глубине фронт волны, движущейся от газового пузыря, достигает поверхности воды через тысячные доли секунды после взрыва. В момент встречи подводной ударной волны с поверхностью воды возникает воздушная ударная волна и отраженная волна разрежения в воде. Отраженная волна разрежения снижает давление во фронте падающей подводной ударной волны и уменьшает время ее действия. При выходе ударной волны на границу раздела вода — воздух в эпицентре взрыва на поверхности воды появляется хорошо видимый светлый круг, вслед за которым образуется водяной купол. Это результат действия волны разрежения и движущейся за фронтом ударной волны массы воды. Затем через купол прорываются газы и пары воды и образуется полый грибообразный водяной столб, называемый взрывным султаном (рис. 2.3). Спустя некоторое время, подъем взрывного султана
прекращается и
начинается его разрушение. Падение масс
йоды приводит к образованию у основания
взрывного султана вихревого кольца
плотного радиоактивного тумана водяных
брызг и капель — так называемой
базисной волны 2.
При взрывах
на малой
глубине (менее
0,3)
базисная волна не образуется, а
взрывной султан теряет характерную для
него грибовидную форму.
При подводном взрыве одновременно со взрывным султаном возникает серия гравитационных волн, высота которых может достигать десятков, а длина — сотен метров. Непосредственно вблизи взрывного султана первоначально появляется кольцевой водяной вал с постоянно обрушивающимся фронтом, который называется бором. По мере удаления от эпицентра взрыва бор вырождается в гравитационную волну. Схема развития явлений, сопровождающих подводный взрыв, представлена на рис. 2.3.
Следовательно, при подводном ядерном взрыве образуются такие поражающие факторы, как воздушная, подводная и гравитационная ударные волны, взрывной султан и базисная волна.
При подводном ядерном взрыве также образуются проникающая радиация и радиоактивное заряжение. Источниками проникающей радиации являются облако взрывного султана и базисная волна. Основным компонентом проникающей радиации подводного (взрыва является гамма-излучение. Нейтроны же практически полностью поглощаются водой. Облако взрывного султана излучает гамма-кванты в течение 10— 15 с. Воздействие излучения от базисной волны определяется временем нахождения объекта в базисной волне и может составлять до нескольких десятков секунд. Источниками радиоактивного заражения при подводном ядерном взрыве являются продукты деления, которые выпадают в виде дождя и твердых аэрозольных частиц. Водные осадки выпадают из облака султана и базисной волны на сравнительно небольших расстояниях от эпицентра взрыва, а дальше по следу заражение возникает вследствие вьшадания аэрозольных частиц.
Световое излучение при подводном ядерном взрыве играет незначительную роль и, как правило, при оценке поражающего действия взрыва не учитывается.
При взрывах ядерных зарядов в грунте различают взрывы с выбросом и без выброса грунта (камуфлетные взрывы).
Физическая картина
ядерного взрыва в грунте отличается от
картины взрыва в воздухе и воде тем, что
физические свойства и характеристики
грунта крайне разнообразны. Процессы
расширения продуктов взрыва и
распространения ударных волн в грунте
существенно отличаются от процессов,
происходящих при взрыве зарядов в
воздухе и воде. Основной причиной этого
является пористость большинства
грунтов, при сжатии которых сначала
происходит их уплотнение, затем
сжатие и разрушение самих частиц грунта.
На это затрачивается значительная часть
энергии взрыва. Характерной особенностью
взрывного нагружения грунтов является
их способность после снятия нагрузки
не возвращаться в исходное состояние,
а сохранять приданную в результате
взрыва форму. Это результат действия
остаточных деформаций. При взрыве
ядерного заряда в неограниченной среде
грунта в зоне взрыва образуются
газообразные продукты. Давление в зоне
взрыва достигает миллионов атмосфер,
а температура — миллионов градусов.
Сильно сжатые продукты взрыва производят
резкий удар по прилегающим слоям грунта,
сжимают их и создают в грунте ударную
волну. В результате лучистого прогрева,
а также сильного сжатия грунта ударной
волной температура его повышается,
часть грунта плавится и испаряется. Под
влиянием высокого давления газов
вокруг центра взрыва образуется
расширяющаяся сферическая полость.
Увеличение объема полости вызывает
уменьшение давления и температуры
внутри нее. Расширение полости прекращается
при равенстве давления в полости
давлению вышележащего грунта.
Образовавшийся объем сферической формы
называют котловой полостью взрыва.
Радиус котловой полости зависит от
мощности взрыва и вида грунта. Для
скальных пород он составляет около
,
а для мягких грунтов — (1,5 ... 2,0)
.
Фронт ударной волны при удалении от центра взрыва расстраивается и ударная волна превращается в продольную ударную волну с постепенным нарастанием давления до максимума. Продольная ударная волна является основным поражающим факторам подземного ядерного взрыва. В момент выхода продольной волны на поверхность земли в районе эпицентра взрыва происходит откол поверхностных слоев грунта, которые поднимаются вверх в виде купола. Из котловой полости взрыва, при относительно малой глубине, происходит прорыв и выброс в атмосферу газообразных продуктов взрыва. При этом в районе эпицентра взрыва образуется воронка выброса 5 (рис. 2.4). Часть поднятого взрывом грунта затем падает в воронку, уменьшая ее глубину до так называемой видимой глубины воронки. Остальной грунт падает вне воронки в виде навала, который ввиду сильной радиоактивности и разрыхленности грунта может затруднить действие сухопутных войск. Ширина зоны навала составляет 2—3 радиуса видимой воровки, а максимальная высота гребня навала — 0,1 радиуса ее.
При подземном
взрыве с выбросом грунта образуется
воздушная ударная волна, давление в
которой уменьшается с увеличением
глубины взрыва. При взрыве на глубине
(3...4)
и более
воздушная ударная волна как поражающий
фактор практического значения не
имеет.
Важным поражающим фактором подземного, взрыва являются сейсмовзрывные волны, которые образуются в результате взаимодействия продольной волны с поверхностью земли и границами раздела пластов грунта.
При подземных взрывах с выбросом грунта происходит сильное радиоактивное заражение местности. При неглубоких взрывах (Н = (1 ... 2)q1/3,4) значительная часть радиоактивных веществ и огромное количество грунта выбрасывается на большую высоту. Грунт, смешиваясь с радиоактивными веществами, образует радиоактивную пыль. В результате образуется значительное по площади и степени заражение местности. С увеличением глубины взрыва количество радиоактивных веществ, выбрасываемых в атмосферу, уменьшается. В связи с этим уменьшается и степень заражения местности. При камуфлетных взрывах выброса грунта и заражения местности в районе взрыва и на следе облака не происходит. При этих взрывах в эпицентре возможен только постепенный выход в атмосферу радиоактивных газов (криптона, ксенона и др.) через трещины в грунте над центром взрыва. Выход этих га-зав мажет начаться сразу, а при большой глубине взрыва — через 10—20 ч после взрыва, и продолжаться несколько суток. При этом радиоактивные газы могут распространяться в приземном слое атмосферы на расстояние до нескольких сот километров от эпицентра взрыва.