
- •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
2.3. Ударная волна ядерного взрыва
Ударная волна представляет собой некоторую область скачкообразного изменения параметров среды, перемещающуюся со скоростью, большей, чем скорость распространения звука в данной среде. Скачкообразно изменяются такие параметры среды как давление, плотность, температура и скорость вещества, а также энтропия, энтальпия и другие его термодинамические характеристики. Эти параметры в волне сначала резко возрастают, а затем претерпевают более или менее плавный спад. С течением времени одни параметры уменьшаются до своих значений в невозмущенной среде (давление и скорость) и даже ниже ('плотность), а другие (температура, энтропия и энтальпия) сохраняют некоторые повышенные значения. Ударная волна ядерного взрыва в основном подобна ударной волне обычного взрыва. Но так как мощность взрыва ядерных боеприпасов существенно превосходит взрывы обычных средств поражения, то ударная волна ядерного взрыва является более сильной и более продолжительной по времени. В зависимости от того, в какой среде распространяется волна — в воздухе, воде или грунте, ее называют соответственно воздушной ударной волной, ударной волной в воде и сейсмовзрывной волной в грунте.
Воздушная ударная волна представляет собой резкое сжатие воздуха, распространяющееся во все стороны от центра взрыва со сверхзвуковой скоростью. Передняя граница волны называется фронтом. В зависимости от формы поверхности фронта ударные волны могут быть плоскими, цилиндрическими и сферическими. Перед фронтом ударной волны давление в воздухе равно атмосферному, р0. С приходом фронта волны в какую-либо точку пространства давление резко (скачком) увеличивается от атмосферного р0 до давления во фронте волны рФ (рис. 2.6).
Разность давления рф=рф—р0 называется избыточным давлением во фронте ударной волны. Избыточное давление во фронте воздушной ударной волны может быть вычислено по формуле советского академика М. А. Садовского:
где
R
— расстояние
в метрах от центра взрыва до точки, в
которой определяется избыточное
давление; р0
и
pн
— давление
соответственно невозмущенного воздуха
у поверхности земля и на высоте взрыва;
qув
— тротиловый
эквивалент ядерного взрыва по ударной
волне, кг;
ф—избыточное
давление, кгс/см2.
Под тротиловым эквивалентом по ударной волне понимают энергию ядерного взрыва, уносимую ударной волной. Величина тротилового эквивалента взрыва по ударной волне qув зависит от мощности и высоты взрыва. При взрыве у земли связь qув с общим тротиловым эквивалентом определяется равенством qув = 0,5 q. Это значит, что если при взрыве заряда тротила в приземных слоях атмосферы на формирование ударной волны идет примерно 70% всей выделившейся энергии, то при взрыве ядерного заряда — лишь 35% энергии ядерного взрыва. С увеличением высоты ядерного взрыва доля энергии, идущая на формирование ударной волны уменьшается, так как большая доля энергии уносится световым излучением.
При наземных взрывах фронт ударной волны имеет вид полусферы и плотность энергии в такой ударной волне практически вдвое больше, чем при воздушном взрыве той же мощности. Поэтому величину qув в формуле Садовского для наземного взрыва необходимо удваивать, т. е. брать qув= q.
Столь же резко во фронте ударной волны (точка А) (рис. 2.6) возрастает плотность ф. температура Тф и скорость воздуха иф, движущегося за фронтом ударной волны. Фронт ударной волны будет перемещаться от центра взрыва с некоторой скоростью Dф. Все параметры воздуха во фронте волны, как следует из теории ударных волн, связаны между собой через рф следующими соотношениями (при Со = 340 м/с; Cp/Cv = 1,4); 0= 0,125 кгс.с/м4;
То = 228 К; ро = 1,0332 кгм/см2):
—скорость движения фронта волны (в м/с)
-
скорость (массовая) воздуха в ударной волне (м/с)
-
плотность воздуха во фронте волны (кгс.с2/м4)
-
температура воздуха (в К)
-
скорость звука во фронте ударной волны (в м/с)
Давление в ударной волне в направлении от точки А к точке В (рис. 2.6) будет уменьшаться. Очевидно, что и массовая скорость слоя воздуха, сжатого ударной волной, будет тем меньше, чем меньше будет давление в этом слое, т. е. чем дальше этот слой будет удален от фронта ударной волны. В точке В массовая скорость воздуха и избыточное давление близки к нулю. Зона от точки А до точки В называется фазой (зоной) сжатия ударной волны. В фазе сжатия воздух движется за франтом ударной волны, а левее точки В — в зоне (фазе) разрежения — воздух движется к центру взрыва. В фазе (зоне) разрежения давление воздуха ниже существовавшего, до прихода фронта волны и достигает 0,3 кгс/см2. Скорость перемещения точки В в силу малых возмущений воздуха (р0) примерно равна скорости звука в невозмущенной среде. Фронт ударной волны распространяется со сверхзвуковой скоростью (Dф>С0). Разность в скоростях движения фронта волны (точка А) и границы зоны разрежения (точка В) приводит к тому, что с течением времени (с увеличением расстояния, проходимого фронтом ударной волны) ширина зоны сжатия будет увеличиваться. Время, в течение которого давление в волне превышает атмосферное, называется длительностью фазы сжатия или временем действия ударной волны в секундах, которое может быть вычислено (для (рф=0,1—100 кгс/см2):
где R — расстояние от центра взрыва, м; q — мощность взрыва, т;
сж — время движения ударной волны, с.
Время действия ударной волны ядерного взрыва достигает 1 — 2 с и более. Продолжительность фазы сжатия в несколько раз меньше фазы разрежения. В фазе сжатия воздух движется в направлении от центра взрыва, а в фазе разрежения — в обратную сторону, к центру взрыва. По мере удаления от центра взрыва ударная волна обхватывает все большее [Пространство, увеличивается площадь поверхности волны, и, следовательно, возрастает масса вовлеченного в движение воздуха. При сжатии этого воздуха его кинетическая энергия переходит в тепловую. Поэтому с расстоянием от центра взрыва избыточное давление ударной волны и скорость воздуха уменьшаются.
При давлении во фронте ударной волны близком к атмосферному (рф<0,001 кгс/см2) ударная волна вырождается в звуковую волну.
Движущийся воздух за фронтом ударной волны (зона сжатия) создает сильное ветровое давление, которое называется скоростным напором рск: рск=фи2ф/2. Скоростной напор, даже при сравнительно невысоком избыточном давлении играет большую роль в поражающем действии ударной волны. Скоростной напор в зависимости от мощности взрыва может продолжаться от долей секунды до нескольких секунд и способен сбить с ног и отбросить человека, перевернуть находящийся вне укрытия самолет или причинить значительные разрушения жилым и промышленным зданиям.
Основными параметрами ударной волны являются рф и сж, а поражающее действие ударной волны определяется тремя параметрами: рф , сж и рск.