Ядерное оружие и его поражающие факторы

Ядерное оружие (устаревшее название – атомное оружие), вид ОМП взрывного действия, основанное на использовании внутренней энергии, выделяющейся при цепных реакциях деления тяжелых ядер изотопов урана (уран – 235, уран – 233) и плутония – 239 или в ходе реакции синтеза легких ядер – изотопов водорода (дейтерия и трития) и лития.

В узком смысле ядерное оружие второго типа называется термоядерным (устаревшее название – водородное).

Ядерное оружие включает в себя боеприпасы, средства доставки и их к цели и средства управления.

Данное оружие делится на стратегическое (т.н. триада – наземные ракетные комплексы стратегического назначения, стратегические бомбардировщики и ПЛАРБ), оперативно – тактическое и тактическое.

Ядерное оружие имеет следующие типы боеприпасов: ядерные, термоядерные, нейтронные и «чистые».

В ядерных боеприпасах для осуществления взрыва расщепляющееся вещество, которое входит в состав боеприпаса, переводится в надкритичное состояние путем увеличения его плотности за счет взрыва обычного взрывчатого вещества.

В термоядерных боеприпасах для возникновения реакции синтеза легких ядер необходима очень высокая температура, достигающая миллионов градусов. Такая температура достигается взрывом ядерного заряда. В качестве термоядерного горючего используется твердое вещество – соединение лития и дейтерия.

Нейтронные боеприпасы являются особым видом термоядерных боеприпасов, при взрыве которых резко увеличен выход нейтронов.

«Чистые» боеприпасы являются особым видом ядерных боеприпасов, при взрыве которых выход «долгоживущих» изотопов снижен.

По калибру ядерные боеприпасы подразделяются на:

- сверхмалые (<1 кг);

- малые (1 – 10 кг);

- средние (10 – 100 кг);

- крупные (100 кг – 1 мгт);

- сверхкрупные (> 1мгт).

Боеприпасы сверхмалого и малого калибра используются в нейтронных боеприпасах, а крупного и сверхкрупного калибра – в термоядерных боеприпасах.

Боеприпасы ядерного оружия могут быть установлены в головные части ракет, авиабомбы, мины и торпеды.

 

Ядерный взрыв представляет собой процесс выделения кинетической энергии, образовавшихся в результате ядерной реакции частиц (осколков деления, нейтронов, альфа – частиц и др.) и энергии гамма – квантов.

 

Ядерный взрыв характеризуется высокой концентрацией энергии, малым временем ее выделения (доли мкс), разнообразием поражающих факторов (тема 15). В зоне ядерной реакции температура повышается до нескольких десятков миллионов градусов, а давление достигает тысяч гигопаскалей (ГПа).

Мощность ядерного взрыва является количественной характеристикой энергии взрыва ядерного боеприпаса и измеряется тротиловым эквивалентом (тротиловый эквивалент – это масса тротила, которая обеспечила бы взрыв по мощности, эквивалентный взрыву данного ядерного боеприпаса). Например, ядерный взрыв 1 кг урана – 235 или плутония – 239 при полном делении всех ядер эквивалентен по мощности химическому взрыву 20000 тонн тротила.

Различают следующие виды ядерных взрывов:

- воздушный – на высоте, при которой светящаяся область взрыва не касается поверхности земли (воды), но не выше 10 км;

- высотный – выше границы тропосферы Земли (свыше 10 км);

- наземный (наводный) – на поверхности земли (воды) или на такой высоте, когда светящаяся область взрыва касается поверхности земли (воды);

- подземный – ниже поверхности земли с выбросом или без выброса (камуфлетный) грунта;

- подводный – ниже поверхности воды.

 

Энергия ядерного взрыва расходуется на образование пяти поражающих факторов: ударной волны, светового излучения, проникающей радиации, радиоактивного загрязнения (заражения), электромагнитного импульса. Например, при воздушном ядерном взрыве на ударную волну приходится до 50% всей энергии, на световое излучение до 35% энергии, на радиоактивное загрязнение до 10% энергии, на проникающую радиацию и электромагнитный импульс примерно 5% энергии.

 

Ударная волна ядерного взрыва является одним из основных поражающих факторов ядерного оружия. Она представляет собой расширяющуюся со сверхзвуковой скоростью область, в которой происходит резкое увеличение плотности, давление и скорости среды. В зависимости от среды распространения различают ударную волну воздушную, в воде и грунте (сейсмовзрывная волна).

Поражающее действие ударной волны определяется избыточным давлением, временем действия избыточного давления и скоростным напором.

Избыточное давление – разность между максимальным давлением во фронте ударной волны и нормальным атмосферным давлением перед фронтом ударной волны.

Скоростной напор воздуха – динамическая нагрузка создаваемая потоком воздуха (измеряется в паскалях).

Обладая большим запасом энергии, ударная волна ядерного взрыва поражает людей, разрушает сооружения и военную технику на значительном удалении от места взрыва. Поражения людей могут иметь место в результате непосредственного воздействия на них избыточного давления и скоростного напора и в результате косвенного воздействия обломками зданий, деревьев и другими предметами, которые под действием скоростного напора воздуха перемещаются с большой скоростью.

Ударная волна вызывает травмы различной тяжести.

Легкие травмы возникают при избыточном давлении 20 – 40 кПа (1 кПа = 0,01 кгс/см²) и характеризуются ушибами, вывихами, временным повреждением слуха, общей контузией.

Средние травмы появляются при избыточном давлении 40 – 60 кПа и характеризуются серьезными контузиями всего организма, повреждением органов слуха, кровотечением из носа и ушей, сильными вывихами конечностей.

Тяжелые травмы – возникают при избыточном давлении 60 – 100 кПа и характеризуются сильными контузиями всего организма, тяжелым переломом конечностей и сильным кровотечением из носа и ушей.

Крайне тяжелые травмы – наблюдаются при избыточном давлении свыше 100 кПа. Эти травмы могут привести к смертельному исходу. (При воздушном взрыве мощностью 20 кт легкие поражения возникают на расстоянии 2,5 км, а тяжелые поражения на расстоянии 1,5 км от центра взрыва).

Основной способ защиты – применение защитных сооружений. При этом необходимо помнить, что при взрыве мощностью 20кт ударная волна проходит 1 км - за 2 с., 2 км - за 5 с., 3 км - за 8 с.

 

Световое излучение представляет собой электромагнитное излучение оптического диапазона, включающего ультразвуковую, видимую и инфракрасную области спектра.

Источником светового излучения является святящаяся область взрыва, представляющая собой плазменное образование из нагретых до высоких температур газов и паров окружающей среды, а также образовавшихся вследствие химических реакций и испарения материалов самого ядерного боеприпаса.

Световое излучение распространяется практически мгновенно и длится в зависимости от мощности ядерного взрыва до 20 сек.

Основным поражающим фактором, определяющим поражающее действие светового излучения, является световой импульс.

Световой импульс – это количество энергии прямого светового излучения ядерного взрыва, приходящегося на единицу площади облучения. Измеряется в Дж/м² или кал/см² (1 кал/см² = 4,2 × 10⁴ Дж/м²).

Световое излучение, воздействуя на людей, может вызвать ожоги открытых участков кожи и поражение глаз. При этом возможные ожоги имеют четыре степени.

Ожоги первой степени возникают при величине светового импульса 100 – 200 Дж/м².Характеризуются поверхностным поражением кожи припухлостью, болезненностью.

Ожоги второй степени возникают при световом импульсе 200 – 400 Дж/м². Характеризуются образованием на коже пузырей, наполненных жидкостью.

Ожоги третей степени возникают при световом импульсе 400 – 600 Дж/м² и характеризуются омертвением кожи и появлением язв.

Ожоги четвертой степени возникает при световом импульсе свыше 600 Дж/м² и характеризуются омертвением глубоко лежащих тканей, а также обугливанием открытых частей тела.

(При воздушном взрыве мощностью 20 кт ожоги третьей степени возникают на расстоянии 2,4 км, а ожоги первой степени – на расстоянии 4,2 км от центра взрыва).

Световое излучение, воздействуя на здания и сооружения, может вызвать их оплавление, обугливание, воспламенение, пожары, которые могут перерасти в огненные штормы.

Для защиты от светового излучения применяют свето- и теплозащитные покрытия, естественные непрозрачные преграды (лес, здания и др.), дымовые завесы, дождь, снегопад.

 

Проникающая радиация – это ионизирующие излучения в виде потока высокоэнергетических нейтронов и гамма – квантов, испускаемых в окружающую среду из зоны ядерного взрыва. Длительность проникающей радиации 10 – 15 секунд.

При воздействии на организм, ионизируя атомы и молекулы живых клеток, проникающая радиация приводит к двум видам поражающих эффектов:

– детерминированные пороговые эффекты, которые зависят от дозы излучения (лучевая болезнь, лучевая катаракта и лучевое бесплодие);

– стохастические без пороговые эффекты, вероятность возникновения которых зависят от дозы излучения (злокачественные опухали, лейкозы, наследственные болезни).

Убежища и противорадиационные укрытия (тема 17.2) практически полностью защищают от поражающего действия проникающей радиации.

 

Радиоактивное загрязнение – наличие радиоактивных веществ на поверхности предметов, в почве, в воздухе, в теле человека или в другом месте, в количестве превышающем уровни, установленное нормами радиационной безопасности.

Основными его носителями при ядерном взрыве являются продукты деления ядерного боеприпаса и радиоактивные изотопы, образующиеся в результате воздействия нейтронов на материалы ядерного боеприпаса.

Радиоактивное загрязнение местности обуславливается образованием радиоактивного облака при наземном ядерном взрыве. Радионуклиды в облаке ядерного взрыва представляют собой 200 радиоизотопов 34 – х элементов средней части таблицы Д. И. Менделеева.

Радиоактивные частицы выпадая из облака на землю, образуют зону радиоактивного загрязнения, след которой может достигать нескольких сот километров.

Ориентировочное снижение уровня радиации при ядерном взрыве: если через 1 час после взрыва уровень радиации примем за 100%, то примерно через 2 суток он составит 1%, а через 2 недели – 0,1%. Таким образом, при ядерном взрыве через 2 недели после взрыва уровень радиации приблизится к нулю.

На загрязненной территории поражающим действием обладает гамма – излучения, вызывающее общее внешнее облучение, бета – лучи (поток электронов), вызывающие при внешнем воздействии радиационное поражение кожи, при попадании внутрь организма – поражение внутренних органов, альфа – частицы (поток ядер гелия представляющие опасность только при попадании внутрь организма).

При попадании внутрь организма всасывающиеся радиоактивные продукты распространяются неравномерно. Особенно много их концентрируется в щитовидной железе (примерно в 1000 – 10000 раз больше, чем в других тканях) и в печени (в 10 – 100 раз больше, чем в других органах). Поэтому указанные органы подвергаются облучению в больших дозах, что приводит к разрушению тканей, серьезному нарушению их функций.

Для защиты от поражающего действия радиоактивного загрязнения необходимо применять индивидуальные и коллективные средства защиты, проводить заблаговременную химическую защиту путем применения медицинских средств, а также устанавливать режимы радиационной защиты.

 

Электромагнитный импульс ядерного взрыва – это кратковременное электромагнитное поле, возникающее при взрыве ядерного боеприпаса в результате взаимодействия гамма – излучения и нейтронов с атомами окружающей среды. Спектр частот электромагнитного импульса соответствует диапазону радиоволн. Длится электромагнитный импульс до 15 секунд.

Электромагнитный импульс вызывает поражения живых организмов, выводит из строя или ухудшает работу электронных средств, средств проводной связи и систем электроснабжения; может вызвать возгорание, обугливание, оплавление или испарение металлов и других материалов.

Кроме того, наводимые токи в металлических элементах под воздействием электромагнитного импульса, могут быть смертельно опасными для человека.

Идеальной защитой от электромагнитного импульса является металлический замкнутый контур («камера Фарадея»). Однако обеспечить такой защитой в ряде случаев невозможно. В этом случае используются:

- токопроводящие сетки для окон и вентиляционных отверстий;

- экран для аппаратуры.

Кроме того, для защиты от ЭМИ разрабатываются различные устройства, срабатывающие при увеличении тока и отключающие аппаратуру. Наиболее перспективный подход – создание волоконно – оптической связи.