"Ядерное оружие"

«Ядерное оружие и его поражающее действие»

г.о. Сызрань,2019г

Научно-технический прогресс неостановим. Человечество постоянно развивается, появляются новые знания, технологии, методики. В основе любого биологического вида лежит принцип конкуренции и борьбы за выживание. Не минул данный принцип и человечество, в деле уничтожения своего вида, человек превзошел все остальные живые организмы. По данным швейцарского статистического центра за период с 3200 г. до н.э. и по наши дни человечество прожило без войн всего 292 года. За все историю человечества произошло 14500 больших и малых войн. Во всех битвах погибло по ориентировочным оценкам около 3 млрд 640 млн человек. Огромная цифра составляющая практически половину живущих ныне на Земле.

Любая новая технология либо появляется в военной промышленности первой, либо приходит туда из других областей научных знаний. Апофеозом военно-научной мысли стало создание оружия массового поражения - (ОМП) – оружие большой поражающей способности и низкой избирательности действия, предназначенное для нанесения в короткие сроки массовых потерь или разрушений. Поражающие факторы ОМП могут воздействовать на объекты поражения непосредственно после применения оружия и в течение последующего длительного времени. Объектами поражения ОМП являются люди, продукты их труда, природная среда обитания (почвенный покров, растения, животные, климатические и геофизические элементы).

К основным видам ОМП в настоящее время относят:

1. Ядерное оружие.

2. Химическое оружие.

3. Биологическое (бактериологическое) оружие.

Ядерным оружием называется оружие, поражающее действие которого обусловлено энергией, освобождающейся при ядерном взрыве.

Источником энергии ядерного взрыва являются процессы, происходящие в ядрах атомов химических элементов. При различных превращениях ядер — разделении тяжелых ядер на две части (осколки) или соединении легких ядер — в течение весьма малого промежутка времени освобождается огромное количество энергии, называемой ядерной энергией. Так, при делении всех ядер атомов, находящихся в 1 г урана-235, освобождается такое же количество энергии, как при взрыве тротилового заряда массой 20 т.

Почти вся масса атома химического элемента сосредоточена в его ядре. Масса ядра определяется количеством нуклонов (протонов и нейтронов). Легкие ядра — ядра химических элементов с меньшим числом нуклонов (расположены в верхней части периодической системы Д.И. Менделеева), тяжелые — ядра химических элементов с большим числом нуклонов (расположены в нижней части периодической системы). Между нуклонами действуют особого рода силы — ядерные. Вследствие огромного превышения сил притяжения над силами отталкивания ядра большей части химических элементов чрезвычайно прочны. Прочность ядер характеризуется энергией связи. По своей величине энергия связи равна той работе, которую необходимо затратить, чтобы расщепить ядро на составляющие его нуклоны. Такое же количество энергии освобождается при образовании ядра из нуклонов.

В зависимости от типа ядерного заряда и характера происходящих взрывных реакций различают два основных вида ядерных боеприпасов:

атомные (ядерные) и термоядерные.

В атомных боеприпасах энергия взрыва получается в результате цепной реакции деления тяжелых ядер атомов вещества заряда - ядерного взрывчатого вещества (ЯВВ).

В качестве ядерного заряда в атомных боеприпасах используются плутоний-239, уран-235 и уран-233. Деление атомных ядер радиоактивных химических элементов может происходить самопроизвольно или при воздействии на них различных элементарных частиц.

В ядерных боеприпасах ядра атомов вещества заряда делятся при помощи нейтронов, которые сравнительно легко проникают в ядро атомов, и, поскольку они нейтральны, им не приходится преодолевать электрические силы отталкивания.

При определенной массе заряда (больше его критического значения) протекает цепная ядерная реакция деления атомных ядер в миллионные доли секунды, сопровождающаяся выделением огромного количества энергии.

Критическая масса -  это такое количество ядерного вещества, находящегося в определенных условиях, в котором протекает самоподдерживающаяся реакция деления атомных ядер - процесс деления идет с постоянной скоростью. Критическая масса зависит от вида делящегося вещества, его чистоты и плотности, а также формы заряда.

Основными частями ядерного боеприпаса являются: ядерное зарядное устройство (ядерный заряд), блок подрыва с предохранителями и источниками питания и корпус боеприпаса.

Есть два способа осуществления ядерного взрыва. Первый из них состоит в том, что до взрыва ядерное вещество заряда в боеприпасе разделено на отдельные части (куски), каждая из которых имеет массу меньше критической и, следовательно, нет условий для протекания ядерной реакции. Для взрыва необходимо быстро соединить отдельные части заряда в один кусок, размеры и масса которого больше критической.

Для соединения двух кусков заряда можно использовать выстрел одной части заряда в другую его часть, закрепленную в противоположном конце прочного металлического цилиндра, напоминающего орудийный ствол. Реакция деления инициируется от специального источника нейтронов. Такие заряды называют зарядами "пушечного" типа.

Второй способ предполагает сильное обжатие подкритической массы ядерного вещества, что повышает плотность вещества заряда и переводит систему в надкритическое состояние, так как критическая масса обратно пропорциональна квадрату плотности вещества.

Необходимое для этого обжатие можно получить с помощью взрыва обычного взрывчатого вещества, окружающего со всех сторон сферический ядерный заряд, в котором развивается цепная реакция деления. Такие заряды называют имплозивными.

В термоядерных боеприпасах используются ядерные реакции синтеза (соединения) атомных ядер легких элементов дейтерия и трития. Условия для протекания реакции синтеза могут возникнуть при температуре в десятки миллионов градусов. Поскольку такую температуру удалось получить пока лишь в зоне цепной ядерной реакции, в качестве запального (инициирующего) устройства в термоядерных боеприпасах используются ядерные заряды деления.

В термоядерном боеприпасе вслед за взрывной реакцией деления, которая вызывает нагрев термоядерного горючего, происходит интенсивная реакция соединения ядер атомов дейтерия и трития, сопровождающаяся выделением огромного количества энергии. Ядерные заряды, в которых кроме реакции деления происходит реакция синтеза атомных ядер легких элементов, называются термоядерными зарядом типа «деление — синтез» (двухфазные). В таких зарядах, кроме плутония-239, урана-235 или урана-233, ядерным горючим является также смесь дейтерия и трития или соединение дейтерия с литием (дейтерид лития). При использовании дейтерида лития образование трития происходит в процессе самой реакции.

Термоядерная реакция сопровождается выделением нейтронов, обладающих очень большой энергией, - быстрых нейтронов. Такие нейтроны могут вызвать деление ядер урана-238, что позволяет создать заряды, в которых реакция синтеза используется как мощный источник быстрых нейтронов, обусловливающих деление большого числа ядер урана-238, из которого выполняется корпус заряда. В таких зарядах основная доля энергии образуется делением урана-238 — самого распространенного и дешевого ядерного вещества.

Ядерные заряды, энергия взрыва которых освобождается в результате трех ядерных реакций - реакции деления ядер урана или плутония в атомном заряде, реакции синтеза легких элементов термоядерного

Следует подчеркнуть, что если мощность боеприпасов, в которых используется реакция деления тяжелых ядер, ограничена определенной величиной (порядка 100 кт), то применение реакции синтеза в термоядерных и комбинированных зарядах позволяет создать оружие практически с неограниченной мощностью.

Количество энергии, высвобождающейся при взрыве ядерного боеприпаса, определяет его МОЩНОСТЬ.

Мощность ядерного боеприпаса характеризуется его тротиловым эквивалентом, т.е. массой тротилового заряда (в тоннах или тысячах тонн — килотоннах), энергия взрыва которого равна энергии, выделяющейся при взрыве ядерного заряда.

Основу ядерного боеприпаса составляет ядерный заряд, который в зависимости от характера происходящих в них реакций делится на следующие виды:

ядерный (атомный) боеприпас деления, энергия высвобождается при реакции деления;

термоядерный боеприпас - «деление-синтез», энергия высвобождается при реакции деления и синтеза;

комбинированные заряды типа «деление-синтез-деление» - энергия высвобождается в три стадии.

В последнее время на вооружение принят так называемый нейтронный заряд - это термоядерный заряд сверхмалой или малой мощности. Он представляет собой малогабаритный ядерный заряд пушечного или имплозивного типов, в котором содержится смесь дейтория и трития. При срабатывании нейтронного заряда в реакции деления участвует всего несколько граммов плутония-239. Их оказывается достаточно для инициирования термоядерной реакции синтеза дейтерия и трития. Поэтому при взрыве нейтронного заряда основная часть энергии выделяется при реакции синтеза в виде мощного потока сверхбыстрых нейтронов, а оставшаяся энергия, приходящаяся да образование ударной волны и светового излучения, оказывается недостающей.

Ядерное оружие включает различные боеприпасы (боевые части ракет и торпед, авиационные и глубинные бомбы, артиллерийские снаряды и мины), снаряженные ядерными зарядными устройствами, средства управления ими и доставки их к цели (носители).

Виды ядерных взрывов

В зависимости от задач, решаемых при применении ядерного оружия, вида и местонахождения объектов ядерных ударов, характера предстоящих действий войск и других условий ядерные взрывы могут осуществляться в воздухе на различной высоте, у поверхности земли (воды) и под землей (под водой). В соответствии с этим, а также по характеру физических процессов, сопровождающих взрыв и зависящих от среды, в которой он произведен, ядерные взрывы разделяются на следующие виды: высотный, воздушный, наземный, надводный, подземный и подводный. Воздушным ядерным взрывов называется взрыв, произведенный на такой высоте, при которой светящаяся область касается поверхности земли, но не выше 10 км.

Воздушные взрывы подразделяются на низкие и высокие.

При воздушных ядерных взрывая основными поражающими факторами являются; ударная волна; световое излучение и проникающая радиация. Радиоактивное заражение местности мало и не представляет серьезной опасности.

Высокий воздушный взрыв предназначен для нанесения поражения живой силе, расположенной на местности открыто или в мало-прочных укрытиях и повреждения большинства видов техники и вооружения. Характерными признаками ВЯВ является наличие разрыва между пылевым столбом и облаком взрыва.

Низкий воздушный взрыв предназначается для нанесения поражения живой силе, которая находится в прочных укрытиях, в тяжелых и средних танках и для повреждения техники и вооружения. Характерным признаком НЯВ является соединение пылевого столба с облаком взрыва в процессе формирования.

Наземным ядерным взрывом называется взрыв на поверхности земли (контактный) или в воздухе на такой высоте, при которой светящаяся область касается поверхности земли, т.е. когда приведенная высота Н= 3,5 м/т1/3.

Характерным признаком НЯВ является то, что мощный пылевой столб с момента его образования соединён с облаком взрыва.

Основными поражающими факторами наземного взрыва является ударная волна, световое излучение, проникающая радиация, сильное радиоактивное заражение местности, а также сейсмовзрывные волны в грунте и электромагнитный импульс.

Наземные взрывы применяются для поражения объектов, состоящих из сооружений большой прочности; личного состава, находящегося в укрытиях и прочных образцов вооружения и техники, а также для создания зон разрушения, затопления, завалов и пожаров.

Подземным ядерным взрывом называется взрыв, производимый ниже поверхности земли. Он осуществляется в специально подготовленных колодцах и штольнях. Подземные взрывы могут быть с выбросом и без выброса грунта (камуфлентные).

Подземные взрывы с выбросом грунта осуществляется на приведённых глубинах в мягких грунтах. При этом на поверхности земли образуется большая воронка выброса. Характерным внешним признаком подземного ядерного взрыва является выброс большого количества грунта с образованием радиоактивного облака, пылевого столба и базисной волны. Характерного грибовидного облака при этом обычно не образуется. Основными поражающими факторами являются сейсмовзрывные волны в грунте, сильное радиоактивное заражение местности, базисная волна радиоактивной пыли, а также воздушная ударная волна и проникающая радиация, но более слабые, чем при наземном взрыве.

Подземные взрывы выброса грунта (камуфлетные) осуществляются на приведенной глубине в скальных - в мягких грунтах. Характерными внешними признаками являются отсутствие выброса грунта и сильные толчки поверхности земли, подобные землетрясению. Основными поражающими факторами являются сейсмовзрывные волны в грунте. Могут применяться для разрушения особо важных подземных и наземных сооружений в горах в тех случаях, когда по условиям обстановки нежелательны разрушения коммуникаций и радиоактивное заражение в горной местности.

Надводный ядерный взрыв имеет внешне сходство с наземным ядерным взрывом, сопровождается теми же поражающими факторами, что и наземный взрыв. Разница заключается в том, что грибовидное облако надводного взрыва состоит из плотного радиоактивного тумана или водяной пыли. Характерным для этого вида взрыва является образование поверхностных волн.

Действие светового излучения значительно ослабляется вследствие экранирования большой массой водяного пара. Выход из строя объектов определяется в основном действием воздушной ударной волны. Радиоактивное заражение акватории, местности и объектов происходит вследствие выпадения радиоактивных частиц из облака взрыва.

Наводные ядерные взрывы могут осуществляться для поражения крупных надводных кораблей и прочных сооружений военно-морских баз, портов и т.п. когда допустимо или желательно сильное радиоактивное заражение воды и прибрежной местности.

Подводным ядерным взрывом называется взрыв, осуществлённый в воде на той глубине или иной глубине. При таком взрыве вспышка и светящаяся область, как правило, не видны.

При подводном взрыве на небольшой глубине над поверхностью воды поднимается полый столб воды, достигающий высоты более километра; в верхней части столба образуется облако, состоящее из брызг и паров воды; это облако может, достигать несколько километров в диаметре.

Через несколько секунд после взрыва водяной столб начинает разрушаться и у его основания образуется облако, называемое базисной волной, которая состоит из радиоактивного тумана, и она быстро распространяется во все стороны от эпицентра взрыва, одновременно поднимается вверх и относится ветром. Спустя несколько минут базисная волна смешивается с облаком султана (клубящееся облако, окутывающее верхнюю часть водяного столба) и превращается в слоисто-кучевое облако, из которого выпадает радиоактивный дождь. В воде образуется ударная волна, распространяющаяся во все стороны. Высота волны может достигать десятков метров.

Умение различать по внешним признакам ядерные взрывы имеет большое значение, т.к обеспечивает принятие соответствующих мер защиты. По внешним признакам можно оценить вид и мощность ядерного взрыва, однако определение мощности ядерного взрыва будет лишь приближенным.

В процессе ядерного (термоядерного) взрыва образуется поражающие факторы, ударная волна, световое излучение, проникающая радиация, радиоактивное заражение местности и объектов, а также электромагнитный импульс.

Воздушной ударной волной называется резкое сжатие воздуха, распространяющееся в атмосфере со сверхзвуковой скоростью. Она является основным фактором, вызывающим разрушения и повреждения вооружения, боевой техники, инженерных сооружений и местных предметов.

Воздушная ударная волна ядерного взрыва образуется в результате того, что расширяющаяся светящаяся область сжимает окружающие её слои воздуха, и это сжатие, передаваясь от одного слоя атмосферы к другому, распространяющееся со скоростью, значительно превышающей скорость звука и скорость поступательного движения частиц воздуха.

Ударная волна проходит первые 1000 м за 2 с, 2000 м за 5 с, 3000 м за 8 с.

В результате воздействия ударной волны человек может получить контузии и травмы различной степени тяжести, которые вызываются как всесторонним обжатием тела человека избыточным давлением в фазе сжатия ударной волны, так и действием скоростного напора и давлением отражения. Кроме того, в результате действия скоростного напора ударная волна по пути своего движения подхватывает и несет с большой скоростью обломки разрушенных зданий и сооружений и сучья деревьев, мелкие камни и другие предметы, способные наносить поражения открыто расположенным людям.

Непосредственно поражение людей избыточным явлением ударной волны, давлением скоростного напора и давлением отражения называется первичным, а поражения, вызванные действием различных обломков — косвенным или вторичным.

На распространение ударной волны и ее разрушающее и поражающее действие существенное влияние могут оказать рельеф местности и лесные массивы в районе взрыва, а также метеоусловия.

Рельеф местности может усилить или ослабить действие ударной волны. Так, на передних (обращенных в сторону взрыва) склонах возвышенностей и в лощинах, расположенных вдоль направления движения волны, давление выше, чем на равнинной местности. При крутизне склонов (угол наклона склона к горизонту) 10-15° давление на 15-35% выше, чем на равнинной местности; при крутизне склонов15-30° давление может увеличиться в 2 раза.

На обратных по отношению к центру взрыва склонах возвышенностей, а также в узких лощинах и оврагах, расположенных под большим углом к направлению распространения волны, возможно уменьшение давления волны и ослабление ее поражающего действия. При крутизне склона 15-30° давление уменьшается в 1,1-1,2 раза, а при крутизне 45-60° — в 1,5-2 раза.

В лесных массивах избыточное давление на 10-15% больше, чем на открытой местности. Вместе с тем в глубине леса (на расстоянии 50-200 м и более от опушки в зависимости от густоты леса) наблюдается значительное снижение скоростного напора.

Метеорологические условия оказывают существенное влияние только на параметры слабой воздушной ударной волны, т.е. на волны с избыточным давлением не более 10 кПа.

Так, например, при воздушном взрыве мощностью 100 кт это влияние будет проявляться на расстоянии 12...15 км от эпицентра взрыва. Летом в жаркую погоду характерно ослабление волны по всем направлениям, а зимой — ее усиление, особенно в направлении ветра.

Дождь и туман также могут заметно повлиять на параметры ударной волны, начиная с расстояний, где избыточное давление волны200-300 кПа и менее. Например, где избыточное давление ударной волны при нормальных условиях 30 кПа и менее, в условиях среднего дождя давление уменьшается на 15%, и сильного (ливневого) — на30%. При взрывах в условиях снегопада давление в ударной волне снижается весьма незначительно и его можно не учитывать.

Защита личного состава от ударной волны достигается уменьшением воздействия на человека избыточного давления и скоростного напора. Поэтому укрытие личного состава за холмами и насыпями в оврагах, выемках и молодых лесах, использование фортификационных сооружений, танков, БМП, БТР, снижает степень его поражения ударной волной.

Если принять, что при воздушном ядерном взрыве безопасное расстояние для незащищённого человека доставляет несколько км, то личный состав, находящийся в открытых фортификационных сооружениях (траншеи, хода сообщения, открытые щели), не будет поражен ужена удалении 2/3 от безопасного расстояния. Перекрытые щели и траншеи уменьшают радиус поражающего действия в 2 раза, а блиндажи — в 3 раза. Личный состав, находящийся в подземных прочных сооружениях на глубине более 10 м, не поражается даже в том случае если это сооружение находится в эпицентре воздушного взрыва. Радиус поражения техники, расположенной в окопах и котлованных укрытиях, в 1,2-1,5раза меньше, чем при открытом расположении.

Ядерное оружие — это наиболее мощное из всех видов современного оружия.

Литература

1. Зазулинский В.Д. Безопасность жизнедеятельности: учебное пособие / В.Д. Зазулинский. — М.: Экзамен, 2014. – 256 с.

2. Арустамов, Э.А. Безопасность жизнедеятельности: Учебник для бакалавров. 19-е изд., пер. и доп. / Э.А. Арустамов. — М.: Дашков и К, 2016. — 448 c.

3. Вишняков, Я.Д. безопасность жизнедеятельности. теория и практика 4-е изд., пер. и доп. учебник для бакалавров / Я.Д. Вишняков. — Люберцы: Юрайт, 2015. — 543 c.

4. Никифоров, Л.Л. Безопасность жизнедеятельности: Учебное пособие / Л.Л. Никифоров, В.В. Персиянов. — М.: Дашков и К, 2015. — 496 c.

5. Ястребов, Г.С. Безопасность жизнедеятельности и медицина катастроф: Учебное пособие / Г.С. Ястребов; Под ред. Б.В. Кабарухин. — Рн/Д: Феникс, 2013. — 397 c.

6. Почекаева, Е.И. Безопасность окружающей среды и здоровье населения : [учеб. пособие для вузов] / Е.И. Почекаева, Т.В. Попова. – Ростов н/Д. : Феникс, 2013. – 443 с.

7. Ю. В. Боровский, Р. Ф. Галиев «Бактериологическое оружие вероятного противника и защита от него.», Москва, 1990

8. Градосельский В. В. Ядерное, химическое и бактериологическое оружие и защита от него. – М.: ДОСААФ, 1970.

9. Байрамуков Ю.Б., Анакин М.Ф., Янович В.С. , «Радиационная, химическая и биологическая защита», Сибирский федеральный университет, 2015

10. Кукин П.П., Пономарев Н.Л., Таранцева К.Р. "Основы токсикологии: Учебное пособие.ИНФРА-М, 2019

11. Федоров Л.А. “От хлора и фосгена до «Новичка». История советского химического оружия”, Родина 2018.

12. Кокошин А.А. “Проблемы запрещения и предотвращения распространения бактериологического (биологического) и химического оружия” URSS 2014.

2