В начале XX века благодаря усилиям Альберта Эйнштейна человечество впервые узнало о том, что на атомном уровне из небольшого количества вещества при определенных условиях можно получить огромное количество энергии. В 30-е годы работу в этом направлении продолжили немецкий физик-ядерщик Отто Хан, англичанин Роберт Фриш и француз Жолио-Кюри. Именно им удалось на практике отследить результаты деления ядер атомов радиоактивных химических элементов. Смоделированный в лабораториях процесс цепной реакции подтвердил теорию Эйнштейна о способности вещества в малых количествах выделять большое количество энергии. В таких условиях рождалась физика ядерного взрыва – наука, поставившая под сомнение возможность дальнейшего существования земной цивилизации.
Рождение ядерного оружия
Еще в 1939 году французу Жолио-Кюри стало понятно, что воздействие на ядра урана в определенных условиях может привести к взрывной реакции огромной мощности. В результате цепной ядерной реакции начинается спонтанное экспоненциальное деление ядер урана, происходит выделение энергии в огромном количестве. В одно мгновение радиоактивное вещество взрывалось, при этом образующийся взрыв обладал огромным поражающим эффектом. В результате опытов стало ясно, что уран (U235) можно превратить из химического элемента в мощную взрывчатку.
В мирных целях, при работе ядерного реактора, процесс ядерного деления радиоактивных компонентов носит спокойный и контролируемый характер. При ядерном взрыве основным отличием является то, что колоссальный объем энергии выделяется мгновенно и это продолжается до тех пор, пока не иссякнет запас радиоактивной взрывчатки. Впервые человек узнал о боевых возможностях новой взрывчатки 16 июля 1945 года. В то время, когда в Потсдаме проходила заключительная встреча Глав государств победителей войны с Германией, на полигоне в Аламогордо штата Нью-Мексико состоялось первое испытание атомного боевого заряда. Параметры первого ядерного взрыва были достаточно скромными. Мощность атомного заряда в тротиловом эквиваленте равнялась массе тринитротолуола в 21 килотонну, однако сила взрыва и его воздействие на окружающие объекты произвели на всех, кто наблюдал за испытаниями, неизгладимое впечатление.
Взрыв первой атомной бомбы
Сначала все увидели яркую светящуюся точку, которую было видно на расстоянии 290 км. от места проведения испытаний. При этом звук от взрыва был слышен в радиусе 160 км. На том месте, где было установлено ядерное взрывное устройство, образовался огромный кратер. Воронка от ядерного взрыва достигала глубины более 20 метров, имея внешний диаметр 70 м. На территории полигона в радиусе 300-400 метров от эпицентра поверхность земли представляла собой безжизненную лунную поверхность.
Интересно привести зафиксированные впечатления участников первого испытания атомной бомбы. «Окружающий воздух стал плотнее, мгновенно поднялась его температура. Буквально через минуту округой прокатилась огромной силы ударная волна. В точке нахождения заряда образуется огромный огненный шар, после чего на его месте стало формироваться облако ядерного взрыва грибовидной формы. Столб дыма и пыли, увенчанный массивной головой ядерного гриба, поднялся на высоту 12 км. Всех присутствующих в укрытие поражали масштабы взрыва. Никто не мог себе представить, с какой мощью и силой мы столкнулись», - писал в последствие руководитель Манхэттенского проекта Лесли Гровз.
Никто ни до, ни после не имел в своем распоряжении оружия такой огромной мощи. Это при том, что на тот момент ученые и военные еще не имели представление обо всех поражающих факторах нового оружия. Брались во внимание только видимые основные поражающие факторы ядерного взрыва, такие как:
- ударная волна ядерного взрыва;
- световое и тепловое излучение ядерного взрыва.
О том, что убийственными для всего живого является проникающая радиация и последующее радиоактивное заражение при ядерном взрыве, тогда еще не имели четкого представления. Оказалось, что именно эти два фактора после ядерного взрыва станут для человека впоследствии наиболее опасными. Зона полного разрушения и опустошение достаточно мала по площади в сравнении с зоной заражения местности продуктами радиационного распада. Зараженная территория может иметь площадь в сотни километров. К облучению, полученному в первые минуты после взрыва, и к уровню радиации впоследствии добавляется заражение обширных территорий радиационными осадками. Масштабы катастрофы становятся апокалиптическими.
Только потом, значительно позже, когда атомные бомбы были использованы в военных целях, стало ясно, насколько мощным является новое оружие и насколько тяжелыми для людей окажутся последствия применения ядерной бомбы.
Механизм атомного заряда и принцип действия
Если не вдаваться в подробные описания и технологию создания атомной бомбы, кратко описать ядерный заряд можно буквально тремя фразами:
- имеется докритическая масса радиоактивного вещества (уран U235 или плутоний Pu239);
- создание определенных условий для начала цепной реакции деления ядер радиоактивных элементов (детонация);
- создание критической массы делящегося вещества.
Весь механизм можно изобразить на простом и понятном рисунке, где все части и детали находятся в сильном и тесном взаимодействии друг с другом. В результате подрыва химического или электрического детонатора, запускается детонационная сферическая волна, сжимающая делящееся вещество до критической массы. Ядерный заряд представляет собой многослойную конструкцию. Уран или плутоний используется в качестве основной взрывчатки. Детонатором может служить определенное количество тротила или гексогена. Далее процесс сжатия приобретает неуправляемый характер.
Скорость протекающих процессов огромна и сравнима со скоростью света. Промежуток времени от начала детонации до запуска необратимой цепной реакции занимает не более 10-8 с. Другими словами, чтобы привести в действие 1 кг обогащенного урана, потребуется всего 10-7 секунд. Этой величиной обозначается время ядерного взрыва. С аналогичной скоростью протекает реакция термоядерного синтеза, лежащего в основе термоядерной бомбы с той разницей, что ядерный заряд приводит в действие еще более мощный - термоядерный заряд. Термоядерная бомба имеет другой принцип действия. Здесь мы имеем дело с реакцией синтеза легких элементов в более тяжелые, в результате которых опять же выделяется огромное количество энергии.
В процессе деления ядер урана или плутония возникает огромное количество энергии. В центре ядерного взрыва температура составляет 107 Кельвина. В таких условиях возникает колоссальное давление - 1000 атм. Атомы делящегося вещества превращаются в плазму, которая и становится главным результатом цепной реакции. Во время аварии на 4-м реакторе Чернобыльской АЭС ядерного взрыва не было, так как деление радиоактивного топлива осуществлялось медленно и сопровождалось только интенсивным выделением тепла.
Высокая скорость происходящих внутри заряда процессов приводит к стремительному скачку температуры и росту давления. Именно эти составляющие формируют характер, факторы и мощность ядерного взрыва.
Виды и типы ядерных взрывов
Запущенная цепная реакция уже не может быть остановлена. В тысячные доли секунды ядерный заряд, состоящий из радиоактивных элементов, превращается в сгусток плазмы, разрываемый высоким давлением на части. Начинается последовательная цепочка целого ряда других факторов, оказывающих поражающий эффект на окружающую среду, объекты инфраструктуры и живые организмы. Разница в наносимом ущербе заключается лишь в том, что маленькая ядерная бомба (10-30 килотонн) влечет за собой меньший масштаб разрушений и менее тяжелые последствия, чем приносит большой ядерный взрыв мощностью в 100 более мегатонн.
Поражающие факторы зависят не только от мощности заряда. Для оценки последствий важны условия подрыва ядерного боеприпаса, какой в данном случае наблюдается тип ядерного взрыва. Подрыв заряда может быть осуществлен на поверхности земли, под землей или под водой, соответственно с условиями применения имеем дело со следующими видами:
- воздушные ядерные взрывы, осуществляемые на определенных высотах над поверхностью земли;
- высотные взрывы, осуществляемые в атмосфере планеты, на высотах свыше 10 км;
- наземные (надводные) ядерные взрывы, осуществляемые непосредственно над поверхностью земли или над водной гладью;
- подземные или подводные взрывы, проводимые в поверхностной толще земной коры или под водой, на определенной глубине.
В каждом отдельном случае определенные поражающие факторы имеют свою силу, интенсивность и особенности действия, приводящие к определенным результатам. В одном случае происходит точечное уничтожение цели с минимальными разрушениями и радиоактивным заражением территории. В других случаях приходится иметь дело с масштабным опустошением местности и разрушением объектов, происходит мгновенное уничтожение всего живого, наблюдается сильное радиоактивное заражение обширных территорий.
Воздушный ядерный взрыв, к примеру, отличается от наземного способа подрыва тем, что огненный шар не соприкасается с поверхностью земли. При таком взрыве пыль и другие мелкие фрагменты соединяются в пылевой столб, существующий отдельно от облака взрыва. Соответственно от высоты подрыва зависит и площадь поражения. Такие взрывы могут быть высокими и низкими.
Первые испытания атомных боевых зарядов и в США и в СССР были преимущественно трех видов, наземными, воздушными и подводными. Только после того, как вступил в силу Договор об ограничении ядерных испытаний, ядерные взрывы в СССР, в США, во Франции, в Китае и в Великобритании стали осуществляться только под землей. Это позволило минимизировать загрязнение окружающей среды радиоактивными продуктами, уменьшить площадь зон отчуждения, которые возникали рядом с военными полигонами.
Самый мощный ядерный взрыв, осуществленный за всю историю ядерных испытаний, состоялся 30 октября 1961 года в Советском Союзе. Бомба, общим весом 26 тонн и мощностью 53 мегатонн, была сброшена в районе архипелага Новая Земля с борта стратегического бомбардировщика Ту-95. Это пример типичного высокого воздушного взрыва, так как подрыв заряда произошел на высоте 4 км.
Следует отметить, что подрыв ядерного боезаряда в воздухе отличается сильным воздействием светового излучения и проникающей радиацией. Вспышку ядерного взрыва хорошо видно за десятки и сотни километров от эпицентра. Помимо мощного светового излучения и сильной ударной волны, расходящейся вокруг на 3600, воздушный взрыв становится источником сильнейшего электромагнитного возмущения. Образуемый при воздушном ядерном взрыве электромагнитный импульс в радиусе 100-500 км. способен вывести из строя всю наземную электротехническую инфраструктуру и электронику.
Ярким примером низкого воздушного взрыва стала атомная бомбардировка в августе 1945 года японских городов Хиросимы и Нагасаки. Бомбы «Толстяк» и «Малыш» сработали на высоте полукилометра, тем самым накрыв ядерным взрывом практически всю территорию этих городов. Большинство жителей Хиросимы погибли в первые секунды после взрыва, в результате воздействия интенсивного светового, теплового и гамма-излучения. Ударная волна полностью разрушила городские постройки. В случае с бомбардировкой города Нагасаки эффект от взрыва был ослаблен особенностями рельефа. Холмистая местность позволила некоторым районам города избежать прямого действия световых лучей, снизила силу удара взрывной волны. Зато во время такого взрыва наблюдалось обширное радиоактивное заражение местности, повлекшее в дальнейшем тяжелые последствия для населения уничтоженного города.
Низкие и высокие воздушные взрывы - наиболее распространенное современное средство оружия массового уничтожения. Такие заряды применяются для уничтожения скопления войск и техники, городов и объектов наземной инфраструктуры.
Высотный ядерный взрыв отличается способом применения и характером действия. Подрыв ядерного боеприпаса осуществляется на высоте более 10 км, в стратосфере. При подобном взрыве высоко в небе наблюдается яркая солнцеобразная вспышка большого диаметра. Вместо облаков пыли и дыма, на месте взрыва вскоре образуется облако, состоящее из испарившихся под воздействием высоких температур молекул водорода, углекислого газа и азота.
В данном случае основным поражающими факторами являются ударная волна, световое излучение, проникающая радиация и ЭМИ ядерного взрыва. Чем выше высота подрыва заряда, тем меньше сила ударной волны. Радиация и световое излучение, наоборот, с ростом высоты только усиливаются. Ввиду отсутствия значительного перемещения воздушных масс на больших высотах, радиоактивное заражение территорий в данном случае практически сводится к нулю. Взрывы на больших высотах, сделанные в пределах ионосферы, нарушают распространение радиоволн в ультразвуковом диапазоне.
Такие взрывы, в основном направлены на уничтожение высоколетящих целей. Это могут быть разведывательные самолеты, крылатые ракеты, боеголовки стратегических ракет, искусственные спутники и другие космические средства нападения.
Наземный ядерный взрыв - это совершенно иное явление в военной тактике и стратегии. Здесь поражению подвергается непосредственно определенная область поверхности земли. Подрыв боезаряда может быть осуществлен над объектом или над водой. Первые испытания атомного оружия в США и в СССР происходили именно в таком виде.
Отличительная особенность этого вида ядерного взрыв - наличие ярко выраженного грибовидного облака, которое формируется за счет огромных объемов поднятых взрывом частиц грунта и породы. В самый первый момент на месте взрыва образуется светящаяся полусфера, нижним краем касающаяся поверхности земли. При контактном подрыве в эпицентре взрыва, где взорвался ядерный заряд, образуется воронка. Глубина и диаметр воронки зависит от мощности самого взрыва. При использовании небольших тактических боеприпасов диаметр воронки может достигать двух, трех десятков метров. При взрыве ядерной бомбы большой мощностью размеры кратера нередко достигают сотни метров.
Наличие мощного грязево-пылевого облака способствует тому, что основная масса радиоактивных продуктов взрыва обратно выпадает на поверхность, делая ее полностью зараженной. Более мелкие частицы пыли попадают в приземной слой атмосферы и вместе с воздушными массами разлетаются на обширные расстояния. Если на поверхности земли взорвать атомный заряд, радиоактивный след от произведенного наземного взрыва, может протянуться на сотни и тысячи километров. Во время аварии на Чернобыльской АЭС, радиоактивные частицы, попавшие в атмосферу, выпали вместе с осадками на территории Скандинавских стран, которые находятся в 1000 км от места катастрофы.
Наземные взрывы могут осуществляться для уничтожения и разрушения объектов большой прочности. Подобные взрывы могут быть использованы и в том случае, если преследуется цель создать обширную зону радиоактивного заражения местности. В данном случае действуют все пять поражающих факторов ядерного взрыва. Следом за термодинамическим ударом и световым излучением в дело вступает электромагнитный импульс. Довершает уничтожение объекта и живой силы в радиусе действия ударная волна и проникающая радиация. Напоследок остается радиоактивное заражение. В отличие от наземного способа подрыва, надводный ядерный взрыв поднимает в воздух огромные массы воды, как в жидком виде, так и в парообразном состоянии. Разрушительный эффект достигается за счет удара воздушной ударной волны и большим волнением, образующимся в результате взрыва. Поднятая в воздух вода препятствует распространению светового излучения и проникающей радиации. Ввиду того, что частицы воды намного тяжелее и являются естественным нейтрализатором активности элементов, интенсивность распространения радиоактивных частиц в воздушном пространстве незначительна.
Подземный взрыв ядерного боеприпаса осуществляется на определенной глубине. В отличие от наземных взрывов здесь отсутствует светящаяся область. Всю огромную силу удара берет на себя земная порода. Ударная волна расходится в толще земли, вызывая локальное землетрясение. Огромное давление, создаваемое в процессе взрыва, образует столб обрушения грунта, уходящий на большую глубину. В результате проседания породы на месте взрыва образуется воронка, размеры которой зависят от мощности заряда и глубины взрыва.
Такой взрыв не сопровождается грибовидным облаком. Столб пыли, поднявшийся в месте подрыва заряда, имеет высоту всего в несколько десятков метров. Ударная волна, преобразуемая в сейсмические волны, и местное поверхностное радиоактивное заражение являются главными поражающими факторами при проведении таких взрывов. Как правило, такой вид подрыва ядерного заряда имеет экономическое и прикладное значение. На сегодняшний день большинство ядерных испытаний осуществляется подземным способом. В 70-80 годы подобным образом решали народнохозяйственные задачи, используя колоссальную энергию ядерного взрыва для разрушения горных массивов и образования искусственных водоемов.
На карте ядерных полигонов в Семипалатинске (ныне Республика Казахстан) и в штате Невада (США) имеется огромное количество кратеров, следов проведения подземных ядерных испытаний.
Подводный подрыв ядерного заряда осуществляется на заданной глубине. В данном случае во время взрыва световая вспышка отсутствует. На поверхности воды в месте подрыва возникает водяной столб высотой 200-500 метров, который венчает облако брызг и пара. Образование ударной волны происходит сразу после взрыва, вызывая возмущения в толще воды. Основным поражающим фактором взрыва является ударная волна, трансформирующаяся в волны большой высоты. При взрыве зарядов большой мощности высота волн может достигать 100 и более метров. В дальнейшем на месте взрыва и на прилегающей территории наблюдается сильное радиоактивное заражение.
Способы защиты от поражающих факторов ядерного взрыва
В результате взрывной реакции ядерного заряда образуется огромное количество тепловой и световой энергии, способной не только разрушить и уничтожить неживые объекты, но убить все живое на значительной площади. В эпицентре взрыва и в непосредственной близости от него в результате интенсивного воздействия проникающей радиации, светового, теплового излучения и ударной волны погибает все живое, уничтожается военная техника, разрушаются здания и сооружения. С удалением от эпицентра взрыва и с течением времени сила поражающих факторов уменьшается, уступая место последнему губительному фактору - радиоактивному заражению.
Искать спасение тем, кто попал в эпицентр ядерного апокалипсиса, бесполезно. Здесь не спасет ни крепкое бомбоубежище, ни средства личной защиты. Травмы и ожоги, полученные человеком в таких ситуациях, несовместимы с жизнью. Разрушения объектов инфраструктуры носят тотальный характер и не подлежат восстановлению. В свою очередь тем, кто оказался на значительном расстоянии от места взрыва, можно рассчитывать на спасение, используя определенные навыки и специальные способы защиты.
Основной поражающий фактор при ядерном взрыве - это ударная волна. Образующаяся в эпицентре область высокого давления оказывает воздействие на воздушную массу, создавая ударную волну, которая распространяется во все стороны со сверхзвуковой скоростью.
Скорость распространения взрывной волны следующая:
- на ровной местности 1000 метров от эпицентра взрыва ударная волна преодолевает за 2 сек.;
- на расстоянии 2000 м. от эпицентра ударная волна вас настигнет через 5 секунд;
- находясь от взрыва на дистанции 3 км, ударную волну следует ожидать через 8 секунд.
После прохождения взрывной волны возникает область низкого давления. Стремясь заполнить разреженное пространство, воздух идет в обратном направлении. Создаваемый вакуумный эффект вызывает очередную волну разрушений. Увидев вспышку, до прихода взрывной волны можно попытаться найти укрытие, уменьшив последствия воздействия ударной волны.
Световое и тепловое излучение на большом расстоянии от эпицентра взрыва теряют свою силу, поэтому если человек сумел укрыться при виде вспышки, можно рассчитывать на спасение. Гораздо страшнее проникающая радиация, представляющая собой стремительный поток гамма лучей и нейтронов, которые распространяются со скоростью света из светящейся области взрыва. Самое мощное воздействие проникающей радиации происходит в первые секунды после взрыва. Находясь в убежище или в укрытии, высока вероятность избежать прямого попадания смертоносного гамма-излучения. Проникающая радиация наносит тяжелейшие поражения живым организмам, вызывая лучевую болезнь.
Если все предыдущие перечисленные поражающие факторы ядерного взрыва носят кратковременный характер, то радиоактивное заражение является самым коварным и опасным фактором. Его губительное действие на организм человека происходит постепенно, с течением времени. Величина остаточной радиации и интенсивность радиоактивного заражения зависит от мощности взрыва, условий местности и климатических факторов. Радиоактивные продукты взрыва, смешиваясь с пылью, мелкими фрагментами и осколками попадают в приземный воздушный слой, после чего вместе с осадками или самостоятельно выпадают на поверхность земли. Радиационный фон в зоне применения ядерного оружия в сотни раз превышает естественный радиационный фон, создавая угрозу всему живому. Находясь на территории, подвергнувшейся ядерному удару, следует избегать контакта с любыми предметами. Средства индивидуальной защиты и дозиметр позволят снизить вероятность радиоактивного заражения.
Запись Ядерный взрыв — самое страшное открытие человечества впервые появилась WarWays.ru.
Свежие комментарии