Меню

Какова мощность ядерного оружия



Какова мощность ядерного оружия

Ядерная бомба: все об атомном оружии разных стран мира

Появление такого мощного оружия, как ядерная бомба, стало результатом взаимодействия глобальных факторов объективного и субъективного характера. Объективно его создание было вызвано бурным развитием науки, начавшимся с фундаментальных открытий физики первой половины ХХ века. Сильнейшим субъективным фактором стала военно-политическая обстановка 40-х годов, когда страны антигитлеровской коалиции – США, Великобритания, СССР – пытались опередить друг друга в разработках ядерного оружия.

Предпосылки создания ядерной бомбы

Точкой отсчета научного пути по созданию атомного оружия стал 1896 год, когда французским химиком А. Беккерелем была открыта радиоактивность урана. Именно цепная реакция этого элемента стала впоследствии источником огромной энергии и легла в основу разработок страшного оружия.

В конце ХІХ – первых десятилетиях ХХ века разными учеными мира были обнаружены альфа-, бета-, гамма-лучи, открыто немало радиоактивных изотопов химических элементов, закон радиоактивного распада и положено начало изучению ядерной изометрии. В 1930-х годах стали известны нейтрон и позитрон, а также впервые расщеплено ядро атома урана с поглощением нейтронов. Это стало толчком к началу создания ядерного оружия. Первым изобрел и в 1939 году запатентовал конструкцию ядерной бомбы французский физик Фредерик Жолио-Кюри.

В результате дальнейшего развития ядерное оружие стало исторически беспрецедентным военно-политическим и стратегическим феноменом, который способен обеспечить национальную безопасность государства-обладателя и минимизировать возможности всех остальных систем вооружения.

Устройство ядерной бомбы

Конструкция атомной бомбы состоит из целого ряда различных компонентов, среди которых выделяют два основных:

  • корпус,
  • система автоматики.

Автоматика вместе с ядерным зарядом располагается в корпусе, который защищает их от различных воздействий (механического, теплового и др.). Система автоматики контролирует, чтобы взрыв произошел в строго установленное время. Она состоит из следующих элементов:

  • аварийный подрыв;
  • устройство предохранения и взведения;
  • источник питания;
  • датчики подрыва и подрыва заряда.

Доставка атомных бомб осуществляется с помощью зенитных, баллистических и крылатых ракет. При этом ядерные боеприпасы могут быть элементом фугаса, торпеды, авиабомбы и др.

Системы детонирования для ядерных бомб бывают разными. Самым простым является инжекторное устройство, при котором толчком для взрыва становится попадание в цель и последующее образование сверхкритической массы.

Еще одной характеристикой атомного оружия является размер калибра: малый, средний, крупный. Чаще всего мощность взрыва характеризуют в тротиловом эквиваленте. Малый калибр ядерного оружия подразумевает мощность заряда в несколько тысяч тонн тротила. Средний калибр равен уже десяткам тысяч тонн тротила, крупный – измеряется миллионами.

Принцип действия

В основе действия атомной бомбы лежит принцип использования ядерной энергии, выделяемой в ходе цепной ядерной реакции. Этот процесс подразумевает деление тяжелых или синтез легких ядер. Из-за выделения огромного количества внутриядерной энергии в кратчайший промежуток времени на небольшом пространстве ядерная бомба относится к оружию массового поражения.

В ходе указанного процесса выделяют два ключевых места:

  • центр ядерного взрыва, в котором непосредственно протекает процесс;
  • эпицентр, являющийся проекцией этого процесса на поверхность (земли или воды).

При ядерном взрыве высвобождается такое количество энергии, которое при проекции на землю вызывает сейсмические толчки. Дальность их распространения очень велика, но значительный вред окружающей среде наносится на расстоянии только нескольких сотен метров.

Факторы поражения

Атомное оружие имеет несколько типов поражения:

  • световое излучение,
  • радиоактивное заражение,
  • ударная волна,
  • проникающая радиация,
  • электромагнитный импульс.

Ядерный взрыв сопровождается яркой вспышкой, которая образуется из-за высвобождения большого количества световой и тепловой энергии. Сила этой вспышки во много раз выше, чем мощность солнечных лучей, поэтому опасность поражения светом и теплом распространяется на несколько километров.

Еще одним очень опасным фактором воздействия ядерной бомбы является радиация, образующаяся при взрыве. Она действует только первые 60 секунд, но обладает максимальной проникающей способностью.

Ударная волна имеет большую мощность и значительное разрушающее действие, поэтому в считанные секунды причиняет огромный вред людям, технике, строениям.

Проникающая радиация опасна для живых организмов и является причиной развития лучевой болезни у человека. Электромагнитный импульс поражает только технику.

Все эти виды поражений в совокупности делают атомную бомбу очень опасным оружием.

Первые испытания ядерной бомбы

Как показывает история, наибольшую заинтересованность в атомном оружии первыми проявили США. В конце 1941 года в стране были выделены огромные средства и ресурсы на ядерное вооружение. Результатом проведенных работ стали первые испытания атомной бомбы с взрывным устройством «Gadget», которые прошли 16 июля 1945 года на территории пустыни в американском штате Нью-Мексико.

Для США наступило время действовать. Для победного окончания второй мировой войны было решено разгромить союзника гитлеровской Германии – Японию. В Пентагоне были выбраны цели для первых ядерных ударов, на которых США хотели продемонстрировать, насколько мощным оружием они обладают.

6 августа того же года первая атомная бомба, названная американцами «Малыш», была сброшена на японский город Хиросима, а 9 августа бомба с названием «Толстяк» упала на Нагасаки.

Попадание в Хиросиме было признано идеальным: ядерное устройство взорвалось на высоте 200 метров от цели. Взрывной волной были опрокинуты печки в домах японцев, отапливаемые углем. Это привело к многочисленным пожарам в местах, удаленных от эпицентра.

За первоначальной вспышкой последовало действие тепловой волны, которое длилось секунды, но его мощность, захватив радиус в 4 км, расплавила черепицу и кварц в гранитных плитах, испепелила телеграфные столбы. Вслед за тепловой волной пришла ударная. Скорость ветра составила 800 км/час, а его порыв распространился на тот же радиус и снес практически все. Из 76 тысяч зданий 70 тысяч были полностью повреждены.

Через несколько минут пошел странный дождь из крупных капель черного цвета. Он был вызван конденсатом, образовавшимся в более холодных слоях атмосферы из пара и пепла.

Люди, попавшие под действие огненного шара на расстоянии 800 метров, были сожжены и превратились в пыль. У некоторых обгоревшая кожа была сорвана ударной волной. Капли черного радиоактивного дождя оставляли неизлечимые ожоги.

Оставшиеся в живых заболели неизвестным ранее заболеванием. У них началась тошнота, рвота, лихорадка, приступы слабости. В крови резко упал уровень белых телец. Это были первые признаки лучевой болезни.

Через 3 дня после проведения бомбардировки Хиросимы была сброшена бомба на Нагасаки. Она имела такую же мощность и вызвала аналогичные последствия.

Две атомные бомбы за секунды уничтожили сотни тысяч человек. Первый город был практически стерт ударной волной с лица земли. Больше половины мирных жителей (порядка 240 тысяч человек) погибли сразу от полученных ран. Многие люди подверглись облучению, которое привело к лучевой болезни, раку, бесплодию. В Нагасаки в первые дни было убито 73 тысячи человек, а через некоторое время в сильных муках умерло еще 35 тысяч жителей.

Создание атомной бомбы в России

Последствия бомбардировок и история жителей японских городов потрясли И. Сталина. Стало понятно, что создание собственного ядерного оружия – это вопрос национальной безопасности. 20 августа 1945 года в России начал свою работу комитет по атомной энергии, который возглавил Л. Берия.

Исследования по ядерной физике велись в СССР еще с 1918 года. В 1938 году при Академии наук была создана комиссия по атомному ядру. Но с началом войны были прекращены практически все работы в этом направлении.

В 1943 году советские разведчики передали из Англии закрытые научные труды по атомной энергии, из которых было видно, что создание атомной бомбы продвинулось далеко вперед. В это же время с помощью резидентов в США были внедрены надежные агенты в несколько центров американских ядерных исследований. Они передавали информацию по атомной бомбе советским ученым.

Техническое задание на разработку двух вариантов атомной бомбы составил их создатель и один из научных руководителей Ю. Харитон. 1 июня 1946 года задание было подписано. В соответствии с ним планировалось создание РДС («реактивного двигателя специального») с индексом 1 и 2:

  1. РДС-1 – бомба с зарядом из плутония, который предполагалось подрывать путем сферического обжатия. Его устройство передала русская разведка.
  2. РДС-2 – пушечная бомба с двумя частями уранового заряда, которые должны сближаться в стволе пушки до создания критической массы.

В истории знаменитого РДС самую распространенную расшифровку – «Россия делает сама» – придумал заместитель Ю. Харитона по научной работе К. Щeлкин. Эти слова очень точно передавали суть работ.

Информация о том, что СССР овладел секретами ядерного оружия, вызвало в США стремление к быстрейшему началу превентивной войны. В июле 1949 появился план «Троян», по которому боевые действия планировалось начать 1 января 1950 года. Затем дата нападения была перенесена на 1 января 1957 года с тем условием, чтобы в войну вступили все страны НАТО.

Сведения, поступившие по каналам разведки, ускорили работу советских ученых. По мнению западных специалистов, в России ядерное оружие могло быть создано не раньше 1954-1955 года. Однако испытание первой атомной бомбы произошло в СССР в конце августа 1949 года.

На полигоне в Семипалатинске 29 августа 1949 года было подорвано ядерное устройство РДС-1 – первая советская атомная бомба, которую изобрел коллектив ученых, возглавляемый И. Курчатовым и Ю. Харитоном. Этот взрыв имел мощность 22 Кт. Конструкция заряда принадлежала американскому «Толстяку», а электронная начинка была создана советскими учеными.

План «Троян», согласно которому американцы собирались сбросить атомные бомбы на 70 городов СССР, был сорван из-за вероятности ответного удара. Событие на Семипалатинском полигоне сообщило миру о том, что советская атомная бомба положила конец американской монополии на владение новым оружием. Это изобретение полностью разрушило милитаристский план США и НАТО и предупредило развитие Третьей мировой войны. Началась новая история – эпоха мира во всем мире, существующего под угрозой тотального уничтожения.

Читайте также:  Мощность запуска автомобильного аккумулятора

«Ядерный клуб» мира

Ядерный клуб – условное обозначение нескольких государств, владеющих ядерным оружием. Сегодня такое вооружение есть:

  • в США (с 1945)
  • в России (первоначально СССР, с 1949)
  • Великобритании (с 1952)
  • Франции (с 1960)
  • Китае (с 1964)
  • Индии (с 1974)
  • Пакистане (с 1998)
  • КНДР (с 2006)

Имеющим ядерное оружие также считается Израиль, хотя руководство страны не комментирует его наличие. Кроме того, на территории государств – членов НАТО (Германии, Италии, Турции, Бельгии, Нидерландов, Канады) и союзников (Японии, Южной Кореи, несмотря на официальный отказ) располагается ядерное оружие США.

Казахстан, Украина, Белоруссия, которые владели частью ядерного вооружения после распада СССР, в 90-х годах передали его России, ставшей единственным наследником советского ядерного арсенала.

Атомное оружие – самый мощный инструмент глобальной политики, который твердо вошел в арсенал взаимоотношений между государствами. С одной стороны, оно является эффективным средством устрашения, с другой – весомым аргументом для предотвращения военного конфликта и укрепления мира между державами, владеющими этим оружием. Это – символ целой эпохи в истории человечества и международных отношений, с которым надо обращаться очень разумно.

Источник

Ядерное оружие

Я́дерное ору́жие (или а́томное ору́жие) — совокупность ядерных боеприпасов, средств их доставки к цели и средств управления; относится к оружию массового поражения наряду с биологическим и химическим оружием. Ядерный боеприпас — оружие взрывного действия, основанное на использовании ядерной энергии, высвобождающейся при цепной ядерной реакции деления тяжёлых ядер и/или термоядерной реакции синтеза лёгких ядер.

Содержание

Поражающие факторы

WMD world map

При подрыве ядерного боеприпаса происходит ядерный взрыв, поражающими факторами которого являются:

Люди, непосредственно подвергшиеся воздействию поражающих факторов ядерного взрыва, кроме физических повреждений, испытывают мощное психологическое воздействие от ужасающего вида картины взрыва и разрушений. Электромагнитный импульс непосредственного влияния на живые организмы не оказывает, но может нарушить работу электронной аппаратуры.

Классификация ядерных боеприпасов

Все ядерные боеприпасы могут быть разделены на две основные категории:

  • «Атомные» — однофазные или одноступенчатые взрывные устройства, в которых основной выход энергии происходит от ядерной реакцииделения тяжелых ядер (урана-235 или плутония) с образованием более лёгких элементов.
  • Термоядерное оружие (также «водородные») — двухфазные или двухступенчатые взрывные устройства, в которых последовательно развиваются два физических процесса, локализованных в различных областях пространства: на первой стадии основным источником энергии является реакция деления тяжелых ядер, а на второй реакции деления и термоядерного синтеза используются в различных пропорциях, в зависимости от типа и настройки боеприпаса.

Реакция термоядерного синтеза, как правило, развивается внутри делящейся сборки и служит мощным источником дополнительных нейтронов. Только ранние ядерные устройства в 40-х годах XX в., немногочисленные бомбы пушечной сборки в 1950-х, некоторые ядерные артиллерийские снаряды, а также изделия ядерно-технологически слаборазвитых государств (ЮАР, Пакистан, КНДР) не используют термоядерный синтез в качестве усилителя мощности ядерного взрыва. Вопреки устойчивому стереотипу, в термоядерных (то есть двухфазных) боеприпасах бо́льшая часть энергии (до 85%) выделяется за счет деления ядер урана-235/плутония-239 и/или урана-238. Вторая ступень любого такого устройства может быть оснащена тампером из урана-238, который эффективно делится от быстрых нейтронов реакции синтеза. Так достигается многократное увеличение мощности взрыва и чудовищный рост количества радиоактивных осадков. С легкой руки Р. Юнга, автора знаменитой книги Ярче тысячи солнц, написанной в 1958 году по «горячим следам» Манхэттенского проекта, такого рода «грязные» боеприпасы принято называть FFF (fusion-fission-fusion) или трехфазными. Однако этот термин не является вполне корректным. Почти все «FFF» относится к двухфазным и отличаются только материалом тампера, который в «чистом» боеприпасе может быть выполнен из свинца, вольфрама и т. д. Исключением являются устройства типа «Слойки» Сахарова, которые следует отнести к однофазным, хотя они имеют слоистую структуру взрывчатого вещества (ядро из плутония — слой дейтерида лития-6 — слой урана 238). В США такое устройство получило название Alarm Clock (Часы с будильником). Схема последовательного чередования реакций деления и синтеза реализована в двухфазных боеприпасах, в которых можно насчитать до 6 слоев при весьма «умеренной» мощности. Примером служит относительно современная боеголовка W88, в которой первая секция (primary) содержит два слоя, вторая секция (secondary) имеет три слоя, и ещё одним слоем является общая для двух секций оболочка из урана-238 (см. рисунок).

  • Иногда в отдельную категорию выделяется нейтронное оружие — двухфазный боеприпас малой мощности (от 1 кт до 25 кт), в котором 50—75% энергии получается за счет термоядерного синтеза. Поскольку основным переносчиком энергии при синтезе являются быстрые нейтроны, то при взрыве такого боеприпаса выход нейтронов может в несколько раз превышать выход нейтронов при взрывах однофазных ядерных взрывных устройств сравнимой мощности. За счет этого достигается существенно больший вес поражающих факторов нейтронное излучение и наведённая радиоактивность (до 30% от общего энерговыхода), что может быть важным с точки зрения задачи уменьшения радиоактивных осадков и снижения разрушений на местности при высокой эффективности применения против танков и живой силы. Следует отметить мифический характер представлений о том, что нейтронное оружие поражает исключительно людей и оставляет в сохранности строения. По разрушительному воздействию взрыв нейтронного боеприпаса в сотни раз превосходит любой неядерный боеприпас.

Мощность ядерного заряда измеряется в тротиловом эквиваленте — количестве тринитротолуола, которое нужно взорвать для получения той же энергии. Обычно его выражают в килотоннах (кт) и мегатоннах (Мт). Тротиловый эквивалент условен: во-первых, распределение энергии ядерного взрыва по различным поражающим факторам существенно зависит от типа боеприпаса и, в любом случае, сильно отличается от химического взрыва. Во-вторых, просто невозможно добиться полного сгорания соответствующего количества химического взрывчатого вещества.

Принято делить ядерные боеприпасы по мощности на пять групп:

  • сверхмалые (менее 1 кт);
  • малые (1 — 10 кт);
  • средние (10 — 100 кт);
  • крупные (большой мощности) (100 кт — 1 Мт);
  • сверхкрупные (сверхбольшой мощности) (свыше 1 Мт).

Принцип действия

В основу ядерного оружия положены неуправляемые цепная реакция деления тяжелых ядер и реакции термоядерного синтеза.

Для осуществления цепной реакции деления используются либо уран-235, либо плутоний-239, либо, в отдельных случаях, уран-233. Уран в природе встречается в виде двух основных изотопов — уран-235 (0,72 % природного урана) и уран-238 — всё остальное (99,2745 %). Обычно встречается также примесь из урана-234 (0,0055 %), образованная распадом урана-238. Однако, в качестве делящегося вещества можно использовать только уран-235. В уране-238 самостоятельное развитие цепной ядерной реакции невозможно (поэтому он и распространен в природе). Для обеспечения «работоспособности» ядерной бомбы содержание урана-235 должно быть не ниже 80 %. Поэтому при производстве ядерного топлива для повышения доли урана-235 и применяют сложный и крайне затратный процесс обогащения урана. В США степень обогащенности оружейного урана (доля изотопа 235) превышает 93 % и иногда доводится до 97,5 %.

Альтернативой химическому процессу обогащения урана служит создание «плутониевой бомбы» на основе изотопа плутоний-239, который для увеличения стабильности физических свойств и улучшения сжимаемости заряда обычно легируется небольшим количеством галлия. Плутоний вырабатывается в ядерных реакторах в процессе длительного облучения урана-238 нейтронами. Аналогично уран-233 получается при облучении нейтронами тория. В США ядерные боеприпасы снаряжаются сплавом 25 или Oraloy, название которого происходит от Oak Ridge (завод по обогащению урана) и alloy (сплав). В состав этого сплава входит 25 % урана-235 и 75 % плутония-239.

Следует отметить, что сведения об устройстве ядерных боеприпасов до сих пор строго засекречены во всех странах. Только дотошность отдельных западных журналистов и крайне редкие, ничтожные утечки этой закрытой информации, скрупулёзно изученные на основе физических знаний, с помощью методов «обратной инженерии» позволили с определенной вероятностью правильно понять основные принципы. Почти все эти сведения относятся к ядерным боеприпасам, произведённым в США.

Варианты детонации

Существуют две основные схемы подрыва делящегося заряда: пушечная, иначе называемая баллистической, и имплозивная.

Пушечная схема

«Пушечная схема» использовалась в некоторых моделях ядерного оружия первого поколения. Суть пушечной схемы заключается в выстреливании зарядом пороха одного блока делящегося вещества докритической массы («пуля») в другой — неподвижный («мишень»). Блоки рассчитаны так, что при соединении их общая масса становится сверхкритической.

Данный способ детонации возможен только в урановых боеприпасах, так как плутоний имеет на два порядка более высокий нейтронный фон, что резко повышает вероятность преждевременного развития цепной реакции до соединения блоков. Это приводит к неполному выходу энергии (fizzle или «пшик»). Для реализации пушечной схемы в плутониевых боеприпасах требуется увеличение скорости соединения частей заряда до технически недостижимого уровня. Кроме того, уран лучше, чем плутоний, выдерживает механические перегрузки.

Классическим примером такой схемы является бомба «Малыш» («Little Boy»), сброшенная на Хиросиму 6 августа 1945 г. Уран для её производства был добыт в Бельгийском Конго (ныне Демократическая Республика Конго), в Канаде (Большое Медвежье озеро) и в США (штат Колорадо). В бомбе «Little Boy» для этой цели использовался укороченный до 1,8 м ствол морского орудия калибра 16,4 см, при этом урановая «мишень» представляла собой цилиндр диаметром 100 мм, на который при «выстреле» надвигалась цилиндрическая «пуля» сверхкритической массы (38,5 кг) с соответствующим внутренним каналом. Такой «интуитивно непонятный» дизайн был сделан для снижения нейтронного фона мишени: в нём она находилась не вплотную, а на расстоянии 59 мм от нейтронного отражателя («тампера»). В результате риск преждевременного начала цепной реакции деления с неполным энерговыделением снижался до нескольких процентов.

Читайте также:  Мощность генератора скутер 150

Имплозивная схема

Эта схема детонации подразумевает получение сверхкритического состояния путём обжатия делящегося материала сфокусированной ударной волной, создаваемой взрывом химической взрывчатки. Для фокусировки ударной волны используются так называемые взрывные линзы, и подрыв производится одновременно во многих точках с прецизионной точностью. Создание подобной системы расположения взрывчатки и подрыва являлось в своё время одной из наиболее трудных задач. Формирование сходящейся ударной волны обеспечивалось использованием взрывных линз из «быстрой» и «медленной» взрывчаток — ТАТВ (Триаминотринитробензол) и баратола (смесь тринитротолуола с нитратом бария), и некоторыми добавками) (см. анимацию).

По такой схеме был исполнен и первый ядерный заряд (ядерное устройство «Gadget» (англ. gadget — приспособление), взорванный на башне в испытательных целях в ходе испытаний с выразительным названием «Trinity» («Троица») 16 июля 1945 года на полигоне неподалеку от местечка Аламогордо в штате Нью-Мексико), и вторая из примененных по назначению атомных бомб — «Толстяк» («Fat Man»), сброшенная на Нагасаки. Фактически, «Gadget» был лишенным внешней оболочки прототипом бомбы «Толстяк». В этой первой атомной бомбе в качестве нейтронного инициатора был использован так называемый «ёжик» (англ. urchin ). (Технические подробности см. в статье «Толстяк».) Впоследствии эта схема была признана малоэффективной, и неуправляемый тип нейтронного инициирования почти не применялся в дальнейшем.

В ядерных зарядах на основе реакции деления в центре полой сборки обычно размещается небольшое количество термоядерного топлива (дейтерий и тритий), которое нагревается и сжимается в процессе деления сборки до такого состояния, что в нём начинается термоядерная реакция синтеза. Эту газовую смесь необходимо непрерывно обновлять, чтобы скомпенсировать непрерывно идущий самопроизвольный распад ядер трития. Выделяющиеся при этом дополнительные нейтроны инициируют новые цепные реакции в сборке и возмещают убыль нейтронов, покидающих активную зону, что приводит к многократному росту энергетического выхода от взрыва и более эффективному использованию делящегося вещества. Варьируя содержание газовой смеси в заряде получают боеприпасы с регулируемой в широких пределах мощностью взрыва.

Следует отметить, что описанная схема сферической имплозии является архаичной и с середины 1950-х годов почти не применяется. Реально применяемый дизайн Swan (англ. swan — лебедь), основан на использовании эллипсоидальной делящейся сборки, которая в процессе двухточечной, то есть инициированной в двух точках имплозии сжимается в продольном направлении и превращается в надкритическую сферу. Как таковые, взрывные линзы при этом не используются. Детали этого дизайна до сих пор засекречены, но, предположительно, формирование сходящейся ударной волны осуществляется за счет эллипсоидальной формы имплозирующего заряда, так что между ним и находящейся внутри ядерной сборкой остается заполненное воздухом пространство. Тогда равномерное обжатие сборки осуществляется за счет того, что скорость детонации взрывчатки превышает скорость движения ударной волны в воздухе. Существенно более легкий тампер выполняется не из урана-238, а из хорошо отражающего нейтроны бериллия. Можно предположить, что необычное название данного дизайна — «Лебедь» (первое испытание — Inca в 1956 г.) было подсказано образом взмахнувшего крыльями лебедя, который отчасти ассоциируется с фронтом ударной волны, плавно охватывающим с двух сторон сборку. Таким образом оказалось возможным отказаться от сферической имплозии и, тем самым, уменьшить диаметр имплозивного ядерного боеприпаса с 2 м у бомбы «Толстяк» до 30 см и менее. Для самоликвидации такого боеприпаса без ядерного взрыва инициируется только один из двух детонаторов, и плутониевый заряд разрушается несимметричным взрывом безо всякого риска его имплозии.

Мощность ядерного заряда, работающего исключительно на принципе деления тяжёлых элементов, ограничивается десятками килотонн. Энерговыход (англ. yield ) однофазного боеприпаса, усиленного термоядерным зарядом внутри делящейся сборки, может достигать сотен килотонн. Создать однофазное устройство мегатонного класса практически невозможно, увеличение массы делящегося вещества не решает проблему. Дело в том, что энергия, выделяющаяся в результате цепной реакции, раздувает сборку со скоростью порядка 1000 км/с, поэтому она быстро становится докритической и бо́льшая часть делящегося вещества не успевает прореагировать. Например, в сброшенной на город Нагасаки бомбе «Толстяк» успело прореагировать не более 20 % из 6,2 кг заряда плутония, а в уничтожившей Хиросиму бомбе «Малыш» с пушечной сборкой распалось только 1,4 % из 64 кг обогащенного примерно до 80 % урана. Самый мощный в истории однофазный (британский) боеприпас, взорванный в ходе испытаний Orange Herald в 1957 г., достиг мощности 720 кт.

Двухфазные боеприпасы позволяют повысить мощность ядерных взрывов до десятков мегатонн. Однако ракеты с разделяющимися боеголовками, высокая точность современных средств доставки и спутниковая разведка сделали устройства мегатонного класса практически ненужными. Тем более, что носители сверхмощных боеприпасов более уязвимы для систем ПРО и ПВО.

В двухфазном устройстве первая стадия физического процесса (primary) используется для запуска второй стадии (secondary), в ходе которой выделяется наибольшая часть энергии. Такую схему принято называть дизайном Теллера-Улама.

Энергия от детонации primary передаётся через специальный канал (interstage) в процессе радиационной диффузии квантов рентгеновского излучения и обеспечивает детонацию secondary посредством радиационной имплозии тампера/пушера, внутри которого находится дейтерид лития-6 и запальный плутониевый стержень. Последний также служит дополнительным источником энергии вместе с пушером и/или тампером из урана-235 или урана-238, причем совместно они могут давать до 85 % от общего энерговыхода ядерного взрыва. При этом термоядерный синтез служит в большей мере источником нейтронов для деления ядер. Под действием нейтронов деления на ядра Li в составе дейтерида лития образуется тритий, который сразу вступает в реакцию термоядерного синтеза с дейтерием.

В первом двухфазном экспериментальном устройстве Ivy Mike (10,5 Мт в испытании 1952 г.) вместо дейтерида лития использовались сжиженный дейтерий и тритий, но в последующем крайне дорогой чистый тритий непосредственно в термоядерной реакции второй стадии не применялся. Интересно отметить, что только термоядерный синтез обеспечил 97 % основного энерговыхода экспериментальной советской «Царь-бомбе» (она же «Кузькина мать»), взорванной в 1961 г. с абсолютно рекордным выходом энергии около 58 Мт. Наиболее эффективным по отношению мощность/вес двухфазным боеприпасом стал американский «монстр» Mark 41 с мощностью 25 Мт, который выпускался серийно для развертывания на бомбардировщиках B-47, B-52 и в варианте моноблока для МБР Титан-2. Тампер этой бомбы выполнен из урана-238, поэтому она никогда не испытывалась в полном масштабе. При замене тампера на свинцовый мощность данного устройства понижалась до 3 Мт.

«Экономичный» дизайн Swan для имплозии ядерного боеприпаса.

Источник

Какова мощность ядерного оружия

Ядерное оружие — это один из основных видов оружия массового поражения. Оно способно в короткое время вывести из строя большое количество людей и животных, разрушить здания и сооружения на обширных территориях. Массовое применение ядерного оружия чревато катастрофическими последствиями для всего человечества, поэтому Советский Союз настойчиво и неуклонно ведет борьбу за его запрещение.

Население должно твердо знать и умело применять приемы защиты от оружия массового поражения, в противном случае неизбежны огромные потери. Всем известны ужасные последствия атомных бомбардировок в августе 1945 года японских городов Хиросима и Нагасаки — десятки тысяч погибших, сотни тысяч пострадавших. Если бы население этих городов знало средства и способы защиты от ядерного оружия, было бы оповещено об опасности и укрылось в убежищах, количество жертв могло быть значительно меньше.

Характеристика ядерного оружия. Виды ядерных взрывов

Поражающее действие ядерного оружия основано на энергии, выделяющейся при ядерных реакциях взрывного типа. Мощность взрыва ядерного боеприпаса принято выражать тротиловым эквивалентом, то есть количеством обычного взрывчатого вещества (тротила), при взрыве которого выделяется столько же энергии, сколько ее выделяется при взрыве данного ядерного боеприпаса. Тротиловый эквивалент измеряется в тоннах (килотоннах, мегатоннах).

Средствами доставки ядерных боеприпасов к целям являются ракеты (основное средство нанесения ядерных ударов), авиация и артиллерия. Кроме того, могут применяться ядерные фугасы.

Ядерные взрывы осуществляются в воздухе на различной высоте, у поверхности земли (воды) и под землей (водой). В соответствии с этим их принято разделять на высотные, воздушные, наземные (надводные) и подземные (подводные). Точка, в которой произошел взрыв, называется центром, а ее проекция на поверхность земли (воды) — эпицентром ядерного взрыва.

Поражающие факторы ядерного взрыва

Поражающими факторами ядерного взрыва являются ударная волна, световое излучение, проникающая радиация, радиоактивное заражение и электромагнитный импульс. Ударная волна — основной поражающий фактор ядерного взрыва, так как большинство разрушений и повреждений сооружений, зданий, а также поражения людей обусловлены, как правило, ее воздействием. Она представляет собой область резкого сжатия среды, распространяющуюся во все стороны от места взрыва со сверхзвуковой скоростью. Передняя граница сжатого слоя воздуха называется фронтом ударной волны.

Степень поражения ударной волной людей и различных объектов зависит от мощности и вида взрыва, а также от расстояния, на котором произошел взрыв, механической прочности (устойчивости) объекта, рельефа местности и положения объектов на ней.

Поражающее действие ударной волны характеризуется величиной избыточного давления. Избыточное давление — это разность между максимальным давлением во фронте ударной волны и нормальным атмосферным давлением перед фронтом волны. Оно измеряется в ньютонах на квадратный метр (Н/м 2 ). Эта единица давления называется паскалем (Па). 1 Н/м 2 = 1 Па (1 кПа ≈ 0,01 кгс/см 2 ).

При избыточном давлении 20 — 40 кПа незащищенные люди могут получить легкие поражения (легкие ушибы и контузии). Воздействие ударной волны с избыточным давлением 40 — 60 кПа приводит к поражениям средней тяжести: потеря сознания, повреждение органов слуха, сильные вывихи конечностей, кровотечение из носа и ушей. Тяжелые травмы возникают при избыточном давлении свыше 60 кПа и характеризуются сильными контузиями всего организма, переломами конечностей, поражением внутренних органов. Крайне тяжелые поражения, нередко со смертельным исходом, наблюдаются при избыточном давлении свыше 100 кПа.

Читайте также:  Как найти мощность трехфазной цепи переменного тока

Скорость движения и расстояние, на которое распространяется ударная волна, зависят от мощности ядерного взрыва; с увеличением расстояния от места взрыва скорость быстро падает. Так, при взрыве боеприпаса мощностью 20 кт ударная волна проходит 1 км за 2 секунды, 2 км за 5 секунд, 3 км за 8 секунд. За это время человек после вспышки может укрыться и тем избежать поражения.

Световое излучение — это поток лучистой энергии, включающий ультрафиолетовые, видимые и инфракрасные лучи. Его источник — светящаяся область, образуемая раскаленными продуктами взрыва и раскаленным воздухом. Световое излучение распространяется практически мгновенно и длится в зависимости от мощности ядерного взрыва до 20 секунд. Однако сила его такова, что, несмотря на кратковременность, оно способно вызывать ожоги кожи (кожных покровов), поражение (постоянное или временное) органов зрения людей и возгорание горючих материалов и объектов.

Различают четыре степени ожогов. Ожоги первой степени характеризуются образованием красноты, припухлости и отеком кожи; второй степени — образованием пузырей; третьей степени — омертвением кожи и образованием язв; четвертой степени — омертвением не только кожи, но и глубоко лежащих тканей, а также обугливанием открытых частей тела.

Световое излучение не проникает через непрозрачные материалы, поэтому любая преграда, способная создать тень, защищает от прямого действия светового излучения и исключает ожоги. Значительно ослабляется световое излучение в запыленном (задымленном) воздухе, в туман, дождь, снегопад.

Проникающая радиация — это поток гамма-лучей и нейтронов. Она длится 10 — 15 секунд. Проходя через живую ткань, гамма-излучение и нейтроны ионизируют молекулы, входящие в состав клеток. Под влиянием ионизации в организме возникают биологические процессы, приводящие к нарушению жизненных функций отдельных органов и развитию лучевой болезни. В результате прохождения излучений через материалы окружающей среды уменьшается их интенсивность. Ослабляющее действие принято характеризовать слоем половинного ослабления, т. е. такой толщиной материала, проходя через которую интенсивность излучений уменьшается в два раза. Например, в два раза ослабляют интенсивность гамма-лучей сталь толщиной 2,8 см, бетон — 10 см, грунт — 14 см, древесина — 30 см.

Открытые и особенно перекрытые щели уменьшают воздействие проникающей радиации, а убежища и противорадиационные укрытия практически полностью защищают от нее.

Радиоактивное заражение. Основными его источниками являются продукты деления ядерного заряда и радиоактивные изотопы, образующиеся в результате воздействия нейтронов на материалы, из которых изготовлен ядерный боеприпас, и на некоторые элементы, входящие в состав грунта в районе взрыва.

При наземном ядерном взрыве светящаяся область касается земли. Внутрь ее затягиваются массы испаряющегося грунта, которые поднимаются вверх. Охлаждаясь, пары продуктов деления и грунта конденсируются на твердых частицах. Образуется радиоактивное облако. Оно поднимается на многокилометровую высоту, а затем со скоростью 25 — 100 км/ч движется по ветру. Радиоактивные частицы, выпадая из облака на землю, образуют зону радиоактивного заражения (след), длина которой может достигать нескольких сот километров. При этом заражаются местность, здания, сооружения, посевы, водоемы и т. п., а также воздух.

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

Электромагнитный импульс — это кратковременное электромагнитное поле, возникающее при взрыве ядерного боеприпаса в результате взаимодействия гамма-лучей и нейтронов, испускаемых при ядерном взрыве, с атомами окружающей среды. Следствием его воздействия может быть перегорание или пробои отдельных элементов радиоэлектронной и электротехнической аппаратуры. Поражение людей возможно только в тех случаях, когда они в момент взрыва соприкасаются с протяженными проводными линиями.

Наиболее надежным средством защиты от всех поражающих факторов ядерного взрыва являются защитные сооружения. В поле следует укрываться за прочными местными предметами, обратными скатами высот, в складках местности.

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

Особенности поражающего действия нейтронных боеприпасов

Нейтронные боеприпасы являются разновидностью ядерных боеприпасов. Их основу составляют термоядерные заряды, в которых используются ядерные реакции деления и синтеза. Взрыв такого боеприпаса оказывает поражающее воздействие прежде всего на людей за счет мощного потока проникающей радиации, в котором значительная часть (до 40%) приходится на так называемые быстрые нейтроны.

При взрыве нейтронного боеприпаса площадь зоны поражения проникающей радиацией превосходит площадь зоны поражения ударной волной в несколько раз. В этой зоне техника и сооружения могут оставаться невредимыми, а люди получают смертельные поражения.

Для защиты от нейтронных боеприпасов используются те же средства и способы, что и для защиты от обычных ядерных боеприпасов. Кроме того, при сооружении убежищ и укрытий рекомендуется уплотнять и увлажнять грунт, укладываемый над ними, увеличивать толщину перекрытий, устраивать дополнительную защиту входов и выходов. Защитные свойства техники повышаются применением комбинированной защиты, состоящей из водородосодержащих веществ (например, полиэтилена) и материалов с высокой плотностью (свинец).

Очаг ядерного поражения

Очагом ядерного поражения называется территория, подвергшаяся непосредственному воздействию поражающих факторов ядерного взрыва. Он 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 также от прочности конструкций зданий и сооружений, их этажности и плотности застройки.

За внешнюю границу очага ядерного поражения принимают условную линию на местности, проведенную на таком расстоянии от эпицентра (центра) взрыва, где величина избыточного давления ударной волны равна 10 кПа.

Очаг ядерного поражения условно делят на зоны — участки с примерно одинаковыми по характеру разрушениями.

Зона полных разрушений — это территория, подвергшаяся воздействию ударной волны с избыточным давлением (на внешней границе) свыше 50 кПа. В зоне полностью разрушаются все здания и сооружения, а также противорадиационные укрытия и часть убежищ, образуются сплошные завалы, повреждается коммунально-энергетическая сеть.

Зона сильных разрушений — с избыточным давлением во фронте ударной волны от 50 до 30 кПа. В этой зоне наземные здания и сооружения получат сильные разрушения, образуются местные завалы, возникнут сплошные и массовые пожары. Большинство убежищ сохранится, у отдельных убежищ будут завалены входы и выходы. Люди в них могут получить поражения только из-за нарушения герметизации убежищ, их затопления или загазованности.

Зона средних разрушений — с избыточным давлением во фронте ударной волны от 30 до 20 кПа. В ней здания и сооружения получат средние разрушения. Убежища и укрытия под-зального типа сохранятся. От светового излучения возникнут сплошные пожары.

Зона слабых разрушений — с избыточным давлением во фронте ударной волны от 20 до 10 кПа. Здания получат небольшие разрушения. От светового излучения возникнут отдельные очаги пожаров.

Зоны радиоактивного заражения на следе облака ядерного взрыва

Зона радиоактивного заражения — это территория, подвергшаяся заражению радиоактивными веществами в результате их выпадения после наземных (подземных) и низких воздушных ядерных взрывов.

Вредное воздействие ионизирующих излучений оценивается полученной дозой излучения (дозой радиации) Д, т. е. энергией этих лучей, поглощенной в единице объема облучаемой среды. Эта энергия измеряется существующими дозиметрическими приборами в рентгенах (Р). Рентген — это такое количество гамма-излучения, которое создает в 1 см 3 сухого воздуха (при температуре 0° С и давлении 760 мм рт. ст.) 2,08 X 10 9 ионов.

Для оценки интенсивности ионизирующего излучения, испускаемого радиоактивными веществами на зараженной местности, введено понятие «мощность дозы ионизирующего излучения» (уровень радиации). Ее измеряют в рентгенах в час (Р/ч), небольшие мощности дозы-в миллирентгенах в час (мР/ч).

Постепенно мощность дозы излучения снижается. Так, мощность дозы излучения (уровень радиации), замеренная через 1 час после наземного ядерного взрыва, через 2 часа уменьшится вдвое, спустя 3 часа — в четыре раза, через 7 часов — в десять раз, а через 49 часов — в сто раз.

Степень радиоактивного заражения и размеры зараженного участка (радиоактивного следа) при ядерном взрыве зависят от мощности и вида взрыва, метеорологических условий, а также от характера местности и грунта. Размеры радиоактивного следа условно делят на зоны.

Зона опасного заражения. На внешней границе зоны доза излучения (доза радиации) с момента выпадения радиоактивных веществ из облака на местность до полного их распада равна 1200 Р, мощность дозы излучения (уровень радиации) через 1 час после взрыва — 240 Р/ч.

Зона сильного заражения. На внешней границе зоны доза излучения — 400 Р, мощность дозы излучения через 1 час после взрыва — 80 Р/ч.

Зона умеренного заражения. На внешней границе зоны доза излучения — 40 Р, мощность дозы излучения через 1 час после взрыва — 8 Р/ч.

В результате воздействия ионизирующих излучений, так же как и при воздействии проникающей радиации, у людей возникает лучевая болезнь. Доза 100-200 Р вызывает лучевую болезнь первой степени, доза 200 — 400 Р — лучевую болезнь второй степени, доза 400 — 600 Р — лучевую болезнь третьей степени, доза свыше 600 Р — лучевую болезнь четвертой степени.

Доза однократного облучения в течение четырех суток до 50 Р, как и многократного облучения до 100 Р за 10 — 30 дней, не вызывает внешних признаков заболевания и считается безопасной.

Источник