Ядерное оружие и защита от него (стр. 3 )

НАЗЕМНЫЙ ВЗРЫВ. К наземным ядерным взрывам относятся взрывы на поверхности земли (контактные) и взрывы в воздухе на высотах Н<3,53√¯q (м), при которых светящаяся область касается поверхности земли. При наземных взрывах энергия из зоны радиации передается в воздушную и грунтовую среду, поэтому они обладают признаками, характерными как для воздушных, так и для подземных взрывов. Поражающими факторами наземных ядерных взрывов являются: воздушная ударная волна, световое излучение, электромагнитный импульс, радиоактивное заражение местности и воздуха, пылевые образования, местное действие (воронка, зоны разрушения, вспучивание и навал грунта, камнепад), проникающая радиация, сейсмовзрывные волны в грунте, облако взрыва и ионизация воздуха.

ПОДВОДНЫЙ ВЗРЫВ. Подводным взрывом называется взрыв ниже поверхности воды, т. е. взрывы, для которых средой, окружающей зону реакции, является вода. Подводная ударная волна, распространяясь от взрыва во все стороны, достигает поверхности воды. Это приводит к возникновению в воздухе преломленной ударной волны, а в воде – отраженной волны разряжения. В результате отражения подводной ударной волны от водной поверхности над эпицентром взрыва образуется водяной купол.

Вследствие значительного градиента давления в преломленной воздушной ударной волне и подъёма водяного купола в воздухе формируется другая ударная волна, которая называется эпицентральной.

При распространении волны разряжения в воде возникают растягивающие усилия, приводящие к кавитации жидкости в большой области вокруг эпицентра взрыва. След этот виден на поверхности в виде светлого расширяющегося вокруг водяного купола кольца.

В центре взрыва происходит ионизация, диссоциация и испарение воды, в воде возникает парогазовый пузырь, наполненный радиоактивными продуктами, образовавшимися в начальной стадии взрыва. Сразу же после возникновения парогазовый пузырь начинает расширяться под действием своего внутреннего давления, затем, когда его внутреннее давление становится меньше давления окружающей среды, сжимается. Во время сжатия в первой пульсации парогазовый пузырь начинает всплывать и через определенное время он прорывается через поверхность воды. В результате этого прорыва образуется ещё одна, третья воздушная ударная волна, а водяной купол превращается в поднимающийся полый водяной столб. Паря из пузыря вместе с радиоактивными продуктами взрыва поднимаются в верхнюю часть пузыря, образуя конденсационное облако. Водяной столб, увенчанный конденсационным облаком, называется взрывным султаном. При взрывах на глубинах до 0,43√¯q (м) взрывной султан не образуется. В этом случае водяной купол превращается в пароводяной столб и пароводяное облако.

После достижения максимальной высоты подъёма взрывной султан обрушается и у его основания образуется базисная волна – вихревое кольцо плотного радиоактивного тумана, водяных капель и брызг. Базисная волна является вторым источником проникающей радиации в основном гамма-излучения радиоактивных продуктов.

Воздействие ударной волны в воде на дно акватории может привести к образованию отражений волны в воде и сейсмических волн в грунте. Последние могут генерировать волны в воде, их называют волнами сейсмического происхождения в воде. При подводном ядерном взрыве вблизи дна в грунте образуется воронка и навал грунта.

Поражающими факторами подводного ядерного взрыва являются: подводная ударная волна, взрывной султан, проникающая радиация, радиоактивное заражение акватории и воздуха, гравитационные волны, сейсмовзрывные волны в грунте дна, волны сейсмического происхождения в воде, воздушные ударные волны, местное действие на грунт дна.

НАДВОДНЫЙ ВЗРЫВ. К надводным ядерным взрывам относят контактные взрывы и взрывы в воздухе на высотах Н<3,53√¯q (м), при которых светящаяся область касается поверхности воды. При надводных взрывах энергия из зоны взрыва передается одновременно в воздушную и водную среды. Поэтому поражающими факторами здесь являются: воздушная ударная волна, световое излучение, электромагнитный импульс, радиоактивное заражение воды, прибрежных участков суши и воздуха, проникающая радиация, ударные волны в воде, пароводяное облако, пароводяной столб.

ВЫСОТНЫЙ ВЗРЫВ. К таким взрывам относят взрывы на высотах более 10 км. Физические процессы, сопровождающие высотные ядерные взрывы, с увеличением высоты взрыва (т. е. с уменьшением плотности воздуха) сначала претерпевают только количественные изменения значений их характеристик, а затем – и качественные изменения самих процессов. По этой причине высотные ядерные взрывы подразделяют на стратосферные (взрывы на высотах от 10 до 80 км) и космические (взрывы на высотах более 80 км).

Процессы развития стратосферных взрывов подобны процессам воздушных взрывов. Однако значения характеристик этих процессов различаются. Для стратосферных взрывов характерно образование и развитие светящейся области, облака взрыва и возникновение области повышенной ионизации воздуха. С увеличением высоты взрыва размеры светящейся области возрастают, она становится все боле вытянутой по вертикали, само облако взрыва рассеивается быстрее. При взрывах на высотах более 25 км размеры области ионизации превышают размеры светящейся области и облака взрыва. Поражающими факторами стратосферных ядерных взрывов являются: рентгеновское излучение, проникающая радиация, воздушная ударная волна, световое излучение, газовый поток, ионизация среды, электромагнитный импульс, радиоактивное заражение воздуха.

Космические ядерные взрывы отличаются от стратосферных как физическими процессами, так и значениями их характеристик. Из-за сильного разряжения воздуха пробег всех излучений достигает больших значений, поэтому при космических взрывах:

-воздух в окрестностях взрыва прогревается слабо, светящаяся область и световое излучение практически не образуются;

-излучение, поглощенное в обширной области атмосферы на высотах 60-90 км, вызывает ионизацию и возбуждение атомов воздуха без заметного его нагрева. Вследствие перехода их в основное состояние возникает люминесцентное свечение воздуха, которое длится часами;

-воздушная волна образуется в результате торможения разлетающихся продуктов взрыва окружающим воздухом и поэтому её интенсивность такова, что она не приобретает роли поражающего фактора.

Поражающими факторами космических ядерных взрывов являются: проникающая радиация, рентгеновское излучение, область повышенной ионизации атмосферы, газовый поток, ионизация среды, электромагнитный импульс, слабое радиоактивное заражение воздуха.

4. ХАРАКТЕРИСТИКИ ОСНОВНЫХ ПОРАЖАЮЩИХ ФАКТОРОВ ЯДЕРНЫХ ВЗРЫВОВ.

Основными поражающими факторами ядерного взрыва являются:

-механическое воздействие ударной волны;

-тепловое воздействие светового излучения;

-радиационное воздействие проникающей радиации и радиоактивного заражения;

-электромагнитный импульс.

ВОЗДУШНАЯ УДАРНАЯ ВОЛНА – резкое сжатие воздуха, распространяющееся со сверхзвуковой скоростью. Характеризуется: избыточным давлением во фронте ∆рф, скоростью распространения фронта Dф, скоростью воздуха во фронте Uф, плотностью воздуха во фронте рф, температурой воздуха во фронте Тф, давлением скоростного напора воздуха во фронте ∆рск и длительностью фазы сжатия τ+. Параметры ударной волны зависят от мощности и вида ядерного взрыва, а также от удаления от центра взрыва. Между избыточным давлением и другими параметрами существует связь. Связь между мощностью и расстоянием от центра взрыва определяется по закону подобия и может быть выражена следующим образом

R1/R2 = 3√¯q1/q2

Из этого выражения видно, что радиус поражающего действия ударной волны изменяется значительно слабее, чем мощность взрыва. Так, например, для увеличения радиуса зоны поражения в два раза мощность взрыва необходимо увеличить в 23 = 8; для увеличения радиуса зоны поражения в три раза мощность взрыва должна быть увеличена в 27 раз и т. д.

Закон подобия дает возможность определить параметры воздушной ударной волны на различных расстояниях от эпицентра взрыва любой мощности, если эти параметры известны для взрыва какой-либо определенной мощности. Это обстоятельство, а также наличие связи между избыточным давлением во фронте ударной волны и остальными параметрами фронта позволяют ограничиться рассмотрением зависимости избыточного давления от расстояния до центра только для взрыва одной мощности. В качестве исходных приводятся данные для взрывов мощностью 1 тысяча тонн.

Поражающее действие ударной волны зависит также и от состояния поверхности земли в районе взрыва. При взрывах над степью и пустынно-степной местностью воздух у поверхности земли сильно прогревается ещё до прихода ударной волны за счет сгорания травяного покрова и органических веществ в верхнем слое почвы. Также происходит растрескивание и измельчение грунта, что приводит к запылению приземного слоя воздуха и значительному снижению его прозрачности. Этот слой поглощает часть энергии светового излучения и нагревается до высокой температуры. Нагретый слой воздуха меняет характер отраженной падающей ударной волны от поверхности земли в ближней зоне взрыва. Фронт ударной волны перестает быть резким, максимальное давление уменьшается, а скоростной напор возрастает. Эти особенности принято называть аномалией воздушной ударной волны. Аномалия особенно сильно выражена на расстоянии Rэ от эпицентра взрыва равном одной - двум высотам взрыва, а на расстояниях Rэ>5Н практически исчезает.

Уменьшение величины максимального давления волны и отсутствие резкого фронта несколько снижает её разрушающее действие на заглубленные сооружения. Но возрастание скоростного напора приводит к тому, что объекты, расположенные вне укрытий, получают повреждения на большем расстоянии.

Следует иметь в виду, что при воздушных взрывах законом подобия можно пользоваться только при равенстве отношений высот взрывов к корню кубическому из их мощностей, т. е. когда

Н1/3√¯q1 = Н2/3√¯q2.

Соотношение Н/3√¯q называется приведенной высотой взрыва и обозначается символом Н¯.

На распространение ударной волны и её поражающие действия основное влияние оказывают метеорологические условия, рельеф местности и лесные массивы.