Тема 1.7
Ядерное оружие

2 учебный вопрос
Общая характеристика поражающих факторов ядерного взрыва

2.1. Ядерный взрыв и его виды

Результатом срабатывания ядерного заряда является ядерный взрыв.

Ядерный взрыв – неуправляемый процесс высвобождения большого количества тепловой и лучистой энергии в результате цепной реакции деления или реакции термоядерного синтеза за очень малый промежуток времени.

Различают понятия центр ядерного взрыва и эпицентр ядерного взрыва.

Центр ядерного взрыва – точка пространства, в которой произошёл взрыв.

Эпицентр ядерного взрыва – проекция центра взрыва на поверхность земли (воды).

Ядерные взрывы могут осуществляться в космосе, в воздухе, у поверхности земли (воды) и под землёй (водой). В соответствии с этим определяются и виды ядерных взрывов.

Виды ядерных взрывов:

1. Космические.
2. Воздушные.
3. Наземные (надводные).
4. Подземные (подводные).

2.2. Поражающие факторы ядерного взрыва

Поражающие факторы ядерного оружия – физические процессы и явления, которые возникают при ядерном взрыве и определяют его поражающее воздействие.

Характер, степень и продолжительность воздействия поражающих факторов зависят от мощности ядерного боеприпаса, вида взрыва, расстояния от его эпицентра, степени защиты объектов, метеорологических условий, характера местности.

Основные поражающие факторы ядерного взрыва:

1. Ударная волна.
2. Световое излучение.
3. Проникающая радиация.
4. Радиоактивное заражение.
5. Электромагнитный импульс.

2.2.1. Ударная волна

Ударная волна – основной поражающий фактор ядерного взрыва; скачок уплотнения в среде (воздухе, воде, земле), который движется со сверхзвуковой скоростью (более 350 м/с).

Ударная волна – основной поражающий фактор ядерного взрыва, т.к. большинство разрушений и повреждений сооружений, зданий, а также поражений людей обусловлены, как правило, её воздействием. Её источником является огромное давление, образующееся в центре взрыва и достигающее в первые мгновения миллиардов атмосфер. Оно, стремительно распространяясь, наносит поражение всему живому и вызывает разрушения.

Кроме того, вблизи эпицентра наземного или очень низкого воздушного взрыва порождаются мощные сейсмические колебания, способные разрушить или повредить подземные сооружения и коммуникации, травмировать находящихся в них людей.

Основные параметры ударной волны, определяющие её поражающее действие:

1. Избыточное давление.
2. Скоростной напор.
3. Продолжительность фазы сжатия.

Фронт ударной волны – передняя граница ударной волны, на которой происходит скачок физических параметров – температуры, плотности и давления воздуха.

Поражающее действие ударной волны в решающей степени зависит от величины избыточного давления.

Избыточное давление – разность между максимальным давлением на фронте ударной волны и нормальным атмосферным давлением перед фронтом волны (Па, 1кПа=0,01кгс/кв.см).

Степень поражения ударной волной людей и различных объектов зависит от мощности и вида взрыва, а также от расстояния, на котором произошёл взрыв, рельефа местности и положения объектов на ней.

Непосредственно за фронтом ударной волны происходит снижение давления и плотности воздуха, от небольшого понижения далеко от центра взрыва и почти до вакуума внутри огненной сферы. Следствием этого снижения является обратный ход воздуха и сильный ветер вдоль поверхности со скоростями до 100 км/час и более к эпицентру (поэтому на видеохронике видно, что здания разрушаются как бы изнутри, разрываются. И всё, что находится в зоне разряжения близко к эпицентру, будет унесено в гриб и сожжено).

Понятие очага ядерного поражения

Очаг ядерного поражения – территория, подвергшаяся непосредственному воздействию поражающих факторов ядерного взрыва.

Характеризуется массовыми разрушениями зданий, сооружений, завалами, авариями в сетях коммунально-энергетического хозяйства, пожарами, радиоактивным заражением и значительными потерями среди населения.

Размеры очага тем больше, чем мощнее ядерный взрыв. Характер разрушений в очаге зависит от прочности конструкций зданий и сооружений, их этажности и плотности застройки.

Внешняя граница очага ядерного поражения – условная линия на местности, проведенная на таком расстоянии от эпицентра (центра) взрыва, где вели-чина избыточного давления ударной волны равна 10 кПа.

Очаг ядерного поражения условно делят на зоны – участки с примерно одинаковыми по характеру разрушениями. Принято выделять 4 зоны:

1. зону полных разрушений;
2. зону сильных разрушений;
3. зону средних разрушений;
4. зону слабых разрушений.

2.2.2. Световое излучение

Световое излучение – это поток лучистой энергии, включающий ультрафиолетовую, видимую и инфракрасную области спектра.

Источником светового излучения является светящаяся область взрыва – нагретые до высоких температур и испарившиеся части боеприпаса, окружающего грунта и воздуха.

При воздушном взрыве светящаяся область представляет собой шар, при наземном – полусферу.

Максимальная температура поверхности светящейся области составляет обычно 5700-7700°C. Когда температура снижается до 1700°C, свечение прекращается. Световой импульс продолжается от долей секунды до нескольких десятков секунд (20-40 с), в зависимости от мощности и условий взрыва.

Поражающие воздействия:

• ожоги открытых участков тела;
• поражение органов зрения (ослепление);
• обугливание или воспламенение различных материалов;
• пожары.

Для оценки поражающего воздействия светового излучения выделяют 3 зоны воздействия.

Зоны воздействия светового излучения

1. Зона отдельных пожаров (в зоне слабых разрушений). Горят отдельные здания.
2. Зона сплошных пожаров (в зоне сильных и средних разрушений). Горит примерно 90% зданий;
3. Зона пожаров в завалах (в зоне сплошных разрушений). Реально наблюдаются тления: все уже разрушилось и испарилось.

Размеры зон зависят от мощности ядерного (термоядерного) взрыва и от его вида.

Пожары в очаге ядерного поражения представляют большую опасность для людей. В Хиросиме и Нагасаки ожоги от пожаров составили 70÷80%. 6 августа 1945 г. в Хиросиме огневой шторм продолжался 6 ч, сгорело около 60 тысяч домов, высота пламени достигала 7 км, скорость ветра в зоне огневого шторма – 50÷60 км/ч.

Влияние на человека светового излучения проявляется главным образом в виде ожогов различной степени.

Степени ожогов

1 степень. Образование красноты, припухлости и отёка кожи.

2 степень. Образование пузырей на коже.

3 степень. Омертвение кожи и глубоко лежащих тканей, обугливание открытых частей тела.

4 степень. Распад тканей и костей.

2.2.3. Проникающая радиация

Проникающая радиация (ионизирующее излучение) – это поток гамма-лучей и нейтронов, испускаемых из зоны ядерного взрыва в течение единиц или десятков секунд.

Проходя через биологическую ткань, гамма-кванты и нейтроны ионизируют атомы и молекулы живых клеток, в результате чего нарушается нормальный обмен веществ и изменяется характер жизнедеятельности клеток, отдельных органов и систем организма, что приводит к возникновению лучевой болезни.

Проникающая радиация поражает людей только на расстоянии 2-3 км от места взрыва даже для больших по мощности зарядов, однако нейтронный заряд специально сконструирован таким образом, чтобы увеличить долю проникающей радиации для нанесения максимального ущерба живой силе.

Кроме того, проникающая радиация может вызывать обратимые и необратимые изменения в материалах, электронных, оптических и других приборах за счет нарушения кристаллической решетки вещества и других физико-химических процессов под воздействием ионизирующих излучений.

Защитой от проникающей радиации служат различные материалы, ослабляющие гамма-излучение и поток нейтронов. Разные материалы по-разному реагируют на эти излучения и по-разному защищают.

От гамма-излучения хорошо защищают материалы, имеющие элементы с высокой атомной массой (железо, свинец, низкообогащённый уран). Но эти элементы очень плохо ведут себя под нейтронным излучением: нейтроны относительно хорошо их проходят и при этом генерируют вторичные захватные гамма-лучи, а также активируют радиоизотопы, надолго делая саму защиту радиоактивной (например, железную броню танка).

Пример слоёв половинного ослабления проникающего гамма-излучения: свинец - 2 см, сталь - 3 см, бетон - 10 см, каменная кладка - 12 см, грунт - 14 см, вода - 22 см, древесина - 31 см.

Нейтронное излучение в свою очередь хорошо поглощается материалами, содержащими лёгкие элементы (водород, литий, бор), которые эффективно рассеивают и поглощают нейтроны, при этом не активируются и гораздо меньше выдают вторичное излучение. Слои половинного ослабления нейтронного потока: вода, пластмасса 3-6 см, бетон 9-12 см, грунт 14 см, сталь 5-12 см, свинец 9-20 см, дерево 10-15 см. Лучше всех материалов поглощают нейтроны гидрид лития и карбид бора.

Идеального однородного защитного материала от всех видов проникающей радиации нет, для создания максимально лёгкой и тонкой защиты приходится совмещать слои различных материалов для последовательного поглощения нейтронов, а затем первичного и захватного гамма-излучения (например, многослойная броня танков, в которой учтена и радиационная защита; защита оголовков шахтных пусковых установок из ёмкостей с гидратами лития и железа с бетоном), а также применять материалы с добавками. Универсальны широко применяемые в строительстве защитных сооружений бетон и увлажнённая грунтовая засыпка, содержащие и водород и относительно тяжёлые элементы. Очень хорош для строительства бетон с добавкой бора, который при одинаковой толщине с обычным бетоном (0,5-1 м) обеспечивает в 2-3 раза лучшую защиту от нейтронной радиации и подходит для защиты от нейтронного оружия.

Слой половинного ослабления – толщина поглощающего материала, при прохождении через который интенсивность радиации уменьшается в два раза.

2.2.4. Радиоактивное заражение

Основными источниками радиоактивного заражения местности являются продукты деления ядерных боеприпасов и радиоактивные изотопы, образующиеся в результате воздействия нейтронов на материалы ядерного боеприпаса и на грунт в месте взрыва.

При наземном ядерном взрыве светящаяся область касается земли и образуется воронка выброса. Внутрь неё затягиваются массы испаряющегося радиоактивного грунта, продуктов деления ядерного заряда, которые поднимаются вверх. Охлаждаясь, пары продуктов деления и грунта конденсируются на твёрдых частицах. Образуется радиоактивное облако. Оно формируется на многокилометровой высоте и движется по ветру. Радиоактивные частицы, выпадая из облака на землю, образуют зону радиоактивного заражения местности, длина которой может достигать нескольких сотен километров. При этом заражается местность, инфра-структура, водоёмы, а также воздух.

Наибольшую опасность радиоактивные вещества представляют в первые часы после выпадения, т.к. их активность в этот период наивысшая.

Радиоактивное облако – взвесь радиоактивного вещества, образовавшегося в результате конденсации паров продуктов деления, элементов конструкции ядерного заряда , а также грунта в эпицентре ядерного взрыва на твёрдых частицах в воздухе.

Радиоактивное заражение - результат выпадения из поднятого в воздух облака значительного количества радиоактивных веществ.

Показатели вредного воздействия ионизирующих излучений

Основными показателями вредного воздействия ионизирующих излучений на живые организмы (человека) являются доза облучения и уровень радиации (мощность дозы излучения).

Доза облучения – количество энергии вредного ионизирующего излучения, поглощённое в единице массы облучаемого вещества в течение определённого времени (времени облучения – времени пребывания на заражённой местности) (измеряется в рентгенах, Р, или радах, рад).

Уровень радиации – интенсивность гамма-излучения, испускаемого радиоактивными веществами на заражённой местности (рентген в час, Р/ч; рад в час, рад/ч).

2.2.5. Электромагнитный импульс

При ядерном взрыве в результате сильных токов в ионизованном радиацией и световым излучением воздухе возникает сильнейшее переменное электромагнитное поле, называемое электромагнитным импульсом (ЭМИ).

Электромагнитный импульс – электрические и магнитные поля, возникающие в результате гамма-излучения ядерного взрыва на атомы окружающей среды и образования в этой среде потока электронов и положительных ионов.

Хотя оно и не оказывает никакого влияния на человека, воздействие ЭМИ повреждает электронную аппаратуру, электроприборы и линии электропередач. Помимо этого большое количество ионов, возникшее после взрыва, препятствует распространению радиоволн и работе радиолокационных станций.

Сила ЭМИ меняется в зависимости от высоты взрыва: в диапазоне ниже 4 км он относительно слаб, сильнее при взрыве 4-30 км, и особенно силён при высоте подрыва более 30 км.

Под воздействием ЭМИ во всех проводниках индуцируется высокое напряжение. Это приводит к пробоям изоляции и выходу из строя электроприборов — полупроводниковые приборы, различные электронные блоки, трансформаторные подстанции и т. д. В отличие от полупроводников, электронные лампы не подвержены воздействию сильной радиации и электромагнитных полей, поэтому они длительное время продолжали применяться военными.

2.3. Средства защиты от поражения ядерным оружием

Для защиты от поражения ядерным оружием могут применяться различные средства.

Наиболее надёжным средством защиты от всех поражающих факторов ядерного взрыва являются защитные сооружения гражданской обороны.

При нахождении в зонах заражения для защиты органов дыхания, глаз и открытых участков тела от радиоактивных веществ используются средства защиты органов дыхания (противогазы, респираторы, протвопыльные тканевые маски и ватно-марлевые повязки), а также средства защиты кожного покрова.

Выводы по второму учебному вопросу

1. Следствием применения ядерного оружия является ядерный взрыв - неуправляемый процесс выделения огромного количества энергии деления ядер или термоядерного синтеза. Ядерные взрывы могут быть произведены в различных средах: в космосе, в атмосфере, на земле, под землёй, под водой. Помимо среды проведения, мощность ядерного взрыва зависит от мощности ядерного заряда.

2. Поражающими факторами ядерного взрыва являются ударная волна, световое излучение, проникающая радиация, радиоактивное заражение местности и электромагнитный импульс. Ударная волна является основным поражающим фактором при взрыве ядерного (термоядерного) боеприпаса; при взрыве нейтронного боеприпаса основным поражающим фактором является проникающая радиация. Мощность поражающих факторов ядерного взрыва определяется мощностью ядерного боеприпаса, видом взрыва и условиями обстановки (метеорологические условия, рельеф местности).

3. Для защиты от поражающих факторов ядерного взрыва используются групповые (убежища) и индивидуальные (противогазы, респираторы, защитные костюмы) средства.