4.1 Анализ опасностей военного времени.
Опасности военного времени достаточно условно можно разделить на две большие группы:
Опасности, связанные с применением современных средств вооруженной борьбы по важным объектам вблизи объектов химической промышленности и непосредственно по этим объектам
Опасности, связанные с применением современных средств поражения по потенциально опасным объектам, в том числе и химически опасным объектам (ХОО).
Когда мы говорим об опасностях первой группы, мы, прежде всего, имеем в виду применение вероятным противником ядерного оружия самого мощного на настоящее время средства поражения при ведении военных действий.
В настоящей главе будут рассмотрены опасности, относящиеся к первой группе.
Ядерное оружие включает в себя ядерные боеприпасы, средства доставки их к цели, а также средства разведки и наведения этих средств на цели. В качестве средств доставки ядерных боеприпасов к целям могут использоваться самолёты, несущие на себе ядерные бомбы либо крылатые ракеты, запускаемые со значительных расстояний до цели, различного рода ракеты, в том числе межконтинентальные, а также мины, торпеды, артиллерийские системы и т.д.
4.1.1 Общая характеристика и основы устройства ядерных боеприпасов.
Почти вся масса любого химического элемента сосредоточена в его ядре, состоящем из нуклонов. Часть нуклонов имеет положительный заряд и является позитронами, другая часть электрического заряда не имеет и является нейтронами.
Связи в атомном ядре чрезвычайно сильны, и для того чтобы их разрушить нужна огромная энергия, с другой стороны при соединении нуклонов в ядра огромная энергия выделяется. Мы живём благодаря тому, что этот процесс непрерывно происходит на солнце, которое нам и светит и греет нас, и вокруг которого мы так удачно вращаемся на нашей прекрасной планете.
Итак, ядерная энергия выделяется при образовании новых ядер химических элементов. Конечно тут же встаёт вопрос: «а как же ядерные боеприпасы, основанные на цепной ядерной реакции деления?»1
Для ядерной реакции деления используются вещества с очень тяжёлыми ядрами атомов: плутоний-239; уран-235 и уран-233 в термоядерных зарядах также используется не очень дорогой уран-238.
Для того, чтобы совершилась ядерная реакция взрывного характера, надо создать определённые условия, т.е. создать надкритическую массу вещества, в котором за одним делением ядра последует несколько новых, и процесс примет лавинообразный характер, так нечаянно или нарочно столкнув один камень с крутого склона горы, мы получаем могучий камнепад, который внизу сметает всё на своём пути, заваливает дороги, перекрывает реки и т.д. Естественно, что камни на склоне этой горы, по крайней мере, в верхней её части, должны находиться в неустойчивом равновесии.
В обоих этих случаях коэффициент развития реакции больше 1 (Кр.р>).
Количество вещества, при котором этот коэффициент равен единице (Кр.р=1) называется критической массой вещества. Для плутония-239 и урана-233 критическая масса при нормальной плотности и чистоте 93,5 % составляет около 17 кг, для урана-235 – 48 кг. При увеличении примесей в делящемся веществе его критическая масса возрастает; при увеличении плотности уменьшается обратно пропорционально квадрату отношения действующей плотности к обычной. Так при увеличении плотности вещества вдвое, критическая масса уменьшается в 4 раза.
Итак, массу вещества близкую или превышающую критическую можно создавать давлением, давление можно осуществить химической реакцией взрыва, например, тротила либо более мощного взрывчатого вещества.
Но ядерного взрыва при этом не будет, т.к. коэффициент развития реакции Кр.р будет незначительно превышать единицу.
Для создания условий ядерного взрыва необходимо дестабилизировать ядра атомов ядерного взрывчатого вещества (ЯВВ), помните устойчивость камней на склоне горы. Дестабилизация ядер ЯВВ достигается проникновением в них нейтронов, которые не имеют электрического заряда, который мог бы противодействовать этому проникновению.
Жорж Абрамович Ковель, который много лет отдал обучению менделеевцев, внёс огромный вклад в развитие наших ядерных сил именно участием в создании источников нейтронов для ядерных боеприпасов.1
Рассмотрим схематично устройство ядерных боеприпасов деления.
В боеприпасах «пушечного» типа (см. Рис. 4.1) заряд ЯВВ разделён на две оппозитно расположенные части, которые соединяются при взрыве обычного ВВ за полусферами разделенного ядерного заряда располагаются отражатели нейтронов, для повышения эффективности источника нейтронов, расположенного в центре соединённого заряда. Ядерная реакция протекает в миллионные доли секунды, и за это время (до этого времени) корпус заряда не разрушается, в нём образуется давление, которое совместно с потоком нейтронов создаёт надкритическую массу ЯВВ, происходит мгновенная цепная реакция деления – ядерный взрыв. Особо отметим, что две полумассы ЯВВ в обычных условиях могут быть значительно меньше критической массы, таким образом создаются боеприпасы разной мощности, как правило, до 100000т (100кт).
Рис. 4.1. Ядерный заряд деления «пушечного» типа:
а – до взрыва; б – после взрыва ВВ: 1 – детонатор; 2 – заряд ВВ; 3 – отражатель нейтронов; 4 – ЯВВ; 5 - источник нейтронов; 6 – корпус ядерного заряда
Вероятно потому что конструкция ядерных боеприпасов «пушечного» типа не позволила решить каких-то задач, были созданы боеприпасы имплозивного типа (см. Рис. 4.2), в которых ЯВВ шаровидной формы с источником нейтронов в центре помещается в сферической формы отражателе нейтронов, вокруг которого равномерно расположен мощный заряд «обычного» ВВ. Всё это заключено в шаровидный металлический корпус с множеством отверстий для взрывателей, равномерно расположенных по сфере для максимально одновременного подрыва всего заряда. В зарядах этого типа создаётся большее давление на ЯВВ и, следовательно, повышается КПД использования ЯВВ и появляется возможность достигать надкритической массы с меньшим количеством ЯВВ.
Естественно в обоих типах ядерных боеприпасов имеется блок подрыва с источниками питания и предохранителями.
Рис. 4.2. Ядерный заряд деления имплозивного типа:
а – до взрыва ВВ плотность ЯВВ нормальная, масса его меньше критической; б – в момент взрыва ВВ плотность ЯВВ, выше нормальной, масса больше критической; 1 – детонатор; 2 – заряд ВВ; 3 – отражатель нейтронов; 4 – ЯВВ; 5 – источник нейтронов; 6 – корпус ядерного заряда
Термоядерные боеприпасы основаны на реакции синтеза ядер лёгких элементов (дейтерия и трития) либо соединений с литием (дейтерида лития), образование трития происходит в процессе ядерной реакции.
Появление подобных боеприпасов было обусловлено стремлением увеличить их мощность (Над Новой землёй 30 октября 1961 года был взорван термоядерный боеприпас мощностью порядка 50млн. тонн в тротиловом эквиваленте), а также возможностью регулировать долю энергии приходящихся на различные поражающие факторы.1
Реакция синтеза может осуществляться при очень больших температурах (десятки миллионов градусов), которые создаются в них подрывом «обычного» ядерного боеприпаса деления (см. Pис. 4.3).
При реакции синтеза лёгких элементов термоядерного заряда выделяется очень большое количество нейтронов, обладающих очень большой энергией (быстрых нейтронов) способных вызвать деление большого количества ядер урана-238, широко распространённого и достаточно недорогого. Этот эффект используется в термоядерных боеприпасах комбинированного типа «деление-синтез-деление» так называемых трёхфазных.
В этих боеприпасах из урана-238 выполняется сам корпус, за счёт деления которого выделяется большая часть энергии. Основной эффект от создания таких боеприпасов экономический.
Рис. 4.3. Схема устройства термоядерного заряда типа «деление-синтез» (водородная бомба):
1–ядерный детонатор (заряд деления); 2–заряд для реакции синтеза (дейтерид лития); 3–корпус заряда.
В зависимости от высоты подрыва ядерных боеприпасов относительно уровня земной (водной) поверхности, они бывают: высотными, воздушными, наземными (надводными), подземными (подводными), см. рис. 4.4.
Так, например, подземные и наземные взрывы производят для уничтожения прочных подземных сооружений, а также создания обширных зон радиоактивного заражения местности (наземные взрывы), воздушные взрывы эффективны для разрушения городской застройки и уничтожения неукрытой и недостаточно укрытой живой силы и т.д.
Рис. 4.4. Виды взрывов ядерных боеприпасов:
а – высотный; б – воздушный; в – наземный; г – надводный; д – подземный; е – подводный