Г л а в а 2

Ядерный взрыв и его поражающие факторы

2.1. Развитие ядерного взрыва и образование его поражающих факторов

В процессе развития ядерного взрыва формируются пора­жающие факторы, число и характеристики которых обусловли­ваются свойствами среды, в которой произведен взрыв, мощностью взрыва, видом взрыва и др. С точки зрения физики развития ядерного взрыва и формирования его поражающих факторов воз­душная среда является наиболее типичной. Поэтому вначале более подробно рассмотрим развитие ядерного взрыва и формиро­вание его поражающих факторов на примере ядерного взрыва в воздухе.

2.1.1. Развитие ядерного взрыва в воздухе и образование его поражающих факторов

Развитие взрыва ядерного заряда любого вида начинается с момента инициирования цепной ядерной реакции деления. В про­цессе цепной ядерной реакции из зоны взрыва в окружающую среду попускаются нейтроны и гамма-излучение, называемые мгновенными. Поток (флюенс) мгновенных нейтронов и гамма-излучения являются частью так называемой проникающей радиа­ции ядерного взрыва.

Мгновенное гамма-излучение, взаимодействуя с атомами окру­жающей среды, ионизирует ее. При этом поток 'быстрых электро­нов распространяется в радиальном направлении от центра взры­ва, а положительные ионы практически остаются на месте. В результате такого разделения положительных и отрицательных зарядов в пространстве возникают электрические и магнитные поля, которые называют электромагнитным импульсом ядерного взрыва. В ходе реакции основная часть ядерной энергии (~90%) освобождается за время 10^-7—10^-6 с. За это время объем V_р зоны ядерной реакции, измеряемый в м³, остается практически постоянным: м³, где q-тротиловый эквивалент заряда, т; — коэффициент использования ядерного ВВ; — плотность ядерного ВВ в зоне реакции, г/см³.

В зоне ядерной реакции концентрация энергии, измеряемая в Дж/м³, составляет E/V_Р== 8,37*10¹⁰. Для урана-235 (= 19 г/см³) при  =0,2 концентрация энергии будет составлять 7,6*10¹⁰ кал/см³. Вследствие выделения огромного количества энергии в течение промежутка времени, исчисляемого миллионными долями секун­ды, в небольшом объеме зоны ядерной реакции давление дости­гает десятков миллиардов атмосфер, а температура — десятков миллионов градусов. В таких условиях делящееся вещество и элементы конструкции заряда превращаются в высокотемператур­ный ионизированный газ — плазму, которая в свою очередь яв­ляется сильным источником рентгеновского излучения. Под дейст­вием этого излучения все материалы боеприпаса в течение долей микросекунды также превращаются в плазму. Электромагнитное излучение, основную часть которого составляет рентгеновское из­лучение, при воздушном взрыве разогревает окружающий воздух быстрее, чем в нем успевает возникнуть какое-либо движение. Тем­пература воздуха повышается, а его плотность остается вначале такой же, как была до взрыва. Очевидно, не смещаясь, воздух не может и сжаться. Но чем выше температура, при неизменной плот­ности, тем выше и давление. При этом давление и температура в слое воздуха, примыкающем к зоне реакции, практически не отли­чаются от давления и температуры окружающего воздуха. Этот перепад давления обусловливает возникновение в нем газодина­мических возмущений, распространяющихся со скоростью звука, соответствующей температуре нагретого воздуха. Эти газодинами­ческие возмущения, распространяясь со скоростью, превышающей скорость распространения светящейся области, создают в окру­жающей среде скачок давления, плотности и температуры, т. е. создают ударную волну. Ядерные взрывы в воздухе, вблизи или на поверхности грунта, сопровождаются возникновением в грунте серии волн, которые называются сейсмовзрывными. Сейсмовзрывные волны подразделяются в зависимости от движения частиц грунта на продольные, поперечные и поверхностные (см. рис. 2.15). У последих частицы грунта движутся но эллиптическим орбитам. Воздушная ударная волна надводного взрыва, распространяясь вдоль поверхности воды, приводит к формированию преломленной подводной ударной волны. Интенсивность преломленной подвод­ной ударной волны с возрастанием высоты взрыва быстро падает.

Испускаемое из зоны реакции рентгеновское излучение погло­щается окружающим воздухом, в результате чего последний сильно нагревается и начинает светиться, образуется светящаяся область. Образовавшаяся светящаяся область представляет собой объем разогретого, воздуха и газов, образующихся в зоне взрыва. Светящаяся область является источником светового излучения ядерного взрыва. Интенсивность светового излучения с течением времени меняется в зависимости ют развития светящейся области.

В зависимости от мощности взрыва изменяется длительность соответствующей фазы светящейся области. Так, длительность на­чальной фазы составляет доли миллисекунд, первой — от не­скольких миллисекунд до десятков и сотен миллисекунд, а вто­рой — от десятых долей секунд до десятков секунд. За время существования светящейся области температура внутри нее изме­няется от миллионов до нескольких тысяч градусов.

Форма светящейся области зависит от вы­соты взрыва (рис. 2.1) и изменяется от полу­сферы до полной сфе­ры.

Рис. 2

При высоком воз­душном взрыве она близка к сферической. Светящаяся область низкого воздушного взрыва, деформируясь ударной волной, отра­женной от поверхности земли (воды), принимает вид сфери­ческого сегмента. При наземном (надводном) взрыве светя­щаяся область соприкасается с поверхностью земли и имеет форму полушария, диаметр которого в 1,2—1,3 раза больше диаметра воздушного взрыва той же мощности. При контактном надводном взрыве интенсивность светового излучения значительно больше, чем при наземном взрыве, так как поверхность воды обладает лучшей отражающей способностью по сравнению с по­верхностью земли. Кроме того, пары воды, образующиеся вокруг центра взрыва, меньше экранируют световое излучение, чем грун­товая пыль. К концу второй фазы светящаяся область превра­щается в облако взрыва. Облако взрыва представляет собой клу­бящуюся массу воздуха, перемешанную с радиоактивными про­дуктами взрыва, частицами пыли (три .наземных и низких воз­душных взрывах) и тарами воды (при надводных и подводных взрывах). В начальный момент облако взрыва быстро подни­мается вверх в результате того, что плотность воздуха в нем зна­чительно меньше атмосферной. В процессе подъема в результате сопротивления окружающего воздуха и охлаждения облака ско-

рость его подъема уменьшается. Максимальная высота подъема облака зависит от мощности взрыва и изменяется от 4—7 км при взрывах боеприпасов малого калибра до 10—20 км при взрывах боеприпасов 'среднего и крупного калибров. Время подъема обла­ка на максимальную высоту при взрывах боеприпасов малого и среднего калибров составляет до 10 мин, а при взрывах боеприпа­сов крупного калиб­ра — до 7 мин. Макси­мальный горизонталь­ный диаметр облака не превышает 15— 20 км.

В районе эпицент­ра взрыва происходит быстрое испарение поч­венной влаги (воды), приводящее к распы­лению грунта и обра­зованию облака пыли. В силу убывания тем­пературы от центра к краям в облаке возни­кают воздушные по­токи, образующие в районе центра мощ­ный восходящий поток. Этот поток, увлекая за собой пыль (пары во­ды), создает 'пыле­вой столб. Диаметр пылевого столба в за­висимости от мощнос­ти взрыва изменяется от нескольких десят­ков до нескольких со­тен метров. При на­

земных взрывах пыле­вой столб (рис. 2.2)

соединен с облаком взрыва с начала его подъема. При воздуш­ных взрывах пылевой столб догоняет облако взрыва и соединяется с ним, если высота взрыва H<20. Облако взрыва под действием воздушных течений переносится на большие расстояния и рассеивается. При этом из него на поверхность

земли (воды) выпадают радиоактивные частицы, создавая радио­активное заражение местности и объектов.

При надводном взрыве радиоактивное заражение местности и акватории существенно зависит от глубины водоема. Если глубина водоема меньше 0,7, то со дна водоема в облако взрыва попадает и грунт. Радиоактивное заражение в этом случае по своему характеру практически такое же, как и при наземном взры­ве. При больших глубинах водоема грунт с его дна не попадает в облако взрыва и радиоактивное заражение аналогично зараже­нию при воздушном взрыве.

Следовательно, в процессе развития физических явлений, со­провождающих ядерный взрыв в воздухе, возникают воздушная волна, световое излучение, проникающая радиация, электромаг­нитный импульс, а также создается радиоактивное заражение местности и объектов.

Воздушная ударная волна поражает людей, разрушает боевую технику, вооружение и различные сооружения.

Световое излучение способно вызвать возгорание различных материалов, имущества, боевой техники и сооружений. У людей и животных оно вызывает ожоги кожи, поражение глаз и времен­ное ослепление.

Проникающая радиация, воздействуя на людей и животных, вызывает у них специфическое заболевание — лучевую болезнь. Действуя на оптику, проникающая радиация может вызвать ее по­темнение. Светочувствительные фотоматериалы под действием про­никающей радиации становятся непригодными к использованию.

Радиоактивные излучения с местности и объектов, зараженных радиоактивными веществами, оказывают на людей и животных такое же 'поражающее действие, как и проникающая радиация.

Электромагнитный импульс при отсутствии специальных мер защиты может .повреждать аппаратуру управления и связи, нару­шать работу электрических устройств, подключенных к протя­женным наружным лилиям.

Ударную волну, световое излучение, приникающую радиацию, радиоактивное заражение местности и объектов в электромагнит­ный импульс принято называть поражающими факторами ядер­ного взрыва. Последние четыре поражающих фактора присущи только ядерному оружию.

Поражающие факторы ядерного взрыва отличаются один от другого не только характером своего воздействия, но и тем, что в большинстве случаев действие их на объект начинается в разное время .и .по продолжительности неодинаково.

Раньше всего (практически в момент взрыва) на объект начи­нают действовать проникающая радиация, электромагнитный им­пульс и световое излучение. Общее время действия проникающей радиации составляет несколько секунд при взрывах боеприпасов сверхмалого и малого калибров и 15—20с при взрывах боеприпасов крупного калибра. Действие светового излучения продолжается от десятых долей секунды при взрывах боеприпасов сверх­малого и малого калибров до десятков секунд при взрывах мощ­ностью более 1 млн. т. Действие электромагнитного импульса Продолжается несколько десятков миллисекунд.

Воздушная ударная волна начинает действовать на объект че­рез некоторый промежуток времени после взрыва, продолжительность которого зависит от мощности взрыва и удаления объекта от центра (эпицентра) взрыва. Действие ударной волны продол­жается от нескольких десятых долей секунды при взрывах боепри­пасов сверхмалого и малого калибров до нескольких секунд при взрывах боеприпасов большой мощности.

Действие радиоактивных веществ начинается или с момента подхода облака взрыва к данному участку местности и выпадения на него радиоактивной пыли, или с момента образования радио­активных веществ в почве (наведенная активность). Образование наведенной активности в районе взрыва происходит практически мгновенно. Радиоактивные же вещества выпадают из облака зна­чительно позже: на ближних расстояниях от района взрыва — через несколько минут после взрыва, на дальних расстояниях — через несколько часов. Время от момента взрыва до выпадения радиоактивной пыли из облака на тот или иной участок местности равно отношению расстояния от центра (эпицентра) взрыва до данного участка к скорости среднего ветра. В отличие от других поражающих факторов, действие которых в зависимости от мощ­ности взрыва ограничено зоной с радиусом, достигающим несколь­ких километров или десятков километров, радиоактивное зараже­ние может наблюдаться на расстоянии многих десятков и даже сотен километров от места взрыва. Радиоактивными веществами при ядерном взрыве заражается не только местность, но и боевая техника, водоемы, посевы, здания и другие объекты, оказавшиеся на следе облака.