4.1 Ядерное оружие и его характеристики. Поражающие факторы ядерного взрыва. Возможные последствия ядерной войны.

В настоящее время значительное число государств имеют ядерное оружие, но наибольшее количество расположено в США, России, Великобритании и Франции. Вероятность тотального применения ядерного оружия маловероятна, но ограниченное исполнение возможно.

В настоящее время их количество снижается, как в результате международных соглашений по сокращению ядерных вооружений, так и в связи с истечением гарантийного срока эксплуатации.

Несмотря на подписанные международные соглашения о предотвращении ядерной войны, о нераспространении ядерного оружия, опасность применения ядерного оружия сохраняется. Даже если оно не будет применено в военных конфликтах, то сохраняется опасность несанкционированных пусков ракет, взрывы на пусковых установках. Особую опасность представля­ют террористические акты с применением ядерных боеприпасов.

Для ядерного оружия характерны: внезапность и значитель­ный радиус поражения; огромная разрушительная сила; массо­вый и комбинированный характер поражения людей, техники и экологическое бедствие; тяжелое морально-психологическое влияние на людей.

Ядерным оружием называют боеприпасы, действие которых основано на использовании внутриядерной энергии, выделяю­щейся при взрывных ядерных реакциях деления и синтеза.

Вследствие этого различают следующие разновидности ядер­ного оружия:

Атомная бомба. Принцип действия основан на цепной реакции деления изотопов урана или плутония. Крити­ческая масса образуется после соединения изолированных частей изотопов обычным взрывным устройством. Критическая масса для урана составляет 24 кг, при этом минимальный вес бомбы может быть менее 50 кг. Крити­ческая масса для плутония - 8 кг, что при плотности 18,7 г/см³ составляет примерно объем теннисного мяча;

Основными элементами атомной бомбы являются ядерный заряд и заряд обычного взрывчатого вещества, помещенные в корпус бомбы. В качестве ядерного горючего в атомной бомбе используют ²³⁵U или ²³³U, а также ²³⁹Pu.

В зависимости от способа достижения условий, при которых начинается цепная реакция ядерного деления, атомные бомбы могут быть двух типов — пушечного Чтобы началась цепная реакция ядерного деления, образцы подкритической массы необходимо как можно быстрее соединить.

С этой целью используют взрывчатое вещество, в качестве которого в атомной бомбе обычно применяют сплав тротила с гексогеном.

Под действием ударной волны, возникающей при запале взрывчатого вещества, два образца делящегося вещества подкритической массы с огромной скоростью летят навстречу друг другу и объединяются в один. В делящемся веществе, масса которого с этого момента становится выше, мгновенно начинается цепная реакция деления, которая примерно через миллионные доли секунды заканчивается - взрывом.

Более совершенные и сложные по конструкции атомные бомбы имплозивного типа.

В атомной бомбе имплозивного типа ядерное горючее разделено не на две части, как в бомбе пушечного типа, а на большее число частей, которые объединяются при взрыве окружающего их обычного взрывчатого вещества, инициирующего ядерный взрыв.

Условия, при которых начинается цепная реакция ядерного деления, достигаются под действием сферической ударной волны, возникающей при детонации обычного взрывчатого вещества. В результате резкого увеличения давления возрастает плотность объединенного делящегося вещества и достигается его надкритическая масса. Практически мгновенно начинается цепная реакция ядерного деления, которая приводит к ядерному взрыву.

В бомбах имплозивного типа сведена к минимуму возможность самопроизвольной детонации ядерного вещества, и их можно безопасно хранить длительное время.

Независимо от конструкции и мощности бомбы цепная реакция ядерного деления заканчивается очень быстро — через 10^-7–10^-6 секунд. При этом в реакцию вступает около 1 кг ядерного горючего, остальная его часть рассеивается в окружающем пространстве. За счет рассеивания осколков деления и остатков ядерного горючего, не подвергшегося делению, происходит загрязнение местности радионуклидами.

Справка: Количество энергии, которое выделяется в процессе реакции ядерного деления, в среднем, составляет 1 МэВ в расчете на 1 нуклон делящегося вещества. Поэтому мощность атомной бомбы ограничена и обычно не превышает 100 тыс. тонн тротилового эквивалента.

Гораздо больше энергии, по сравнению с энергией, выделяющейся в реакциях ядерного деления, можно получить в результате реакций ядерного синтеза.

Реакции подобного типа служат источником энергии в термоядерном оружии.

Водородная бомба. Принцип действия основан на высво­бождении энергии вследствие превращения легких ядер в более тяжелые при реакции синтеза. Для начала реакции необходима температура в 10 млн градусов Цельсия, что достигается взрывом обычной атомной бомбы в качестве взрывателя;

Нейтронное оружие. Это разновидность ядерных боепри­пасов с термоядерным зарядом малой мощности. Дости­гается повышенное нейтронное излучение за счет большего расхода энергии (примерно в 5—10 раз) на создание проникающей радиации.

Мощность ядерных боеприпасов оценивается не массой, а тротиловым эквивалентом и измеряется в тоннах, килотоннах, мегатоннах. Боеприпасы могут быть различного калибра - от менее одной килотонны до 1 Мт. Боеприпасы мощностью менее 1 кт относятся в основном к нейтронным. В зависимости от места проведения ядерных взрывов различают воздушные, наземные, подземные, подводные и высотные взрывы

Краткая характеристика поражающих факторов ядерного взрыва

В планах военного командования ядерных государств при использовании ядерного оружия планируется применять только воздушные взрывы, так как в этом случае радиоактивное заражение минимальное. В случае наземного взрыва радиоактив­ное облако сможет облететь Земной шар несколько раз, заражая радиоактивными веществами и территорию государства, приме­нившего оружие.

Поражающими факторами ядерного взрыва являются:

1. ударная волна - 50 % всей энергии взрыва;

2) световое излучение - 35 % от общей энергии взрыва, время действия от 1 с до 15 с в зависимости от мощности взрыва;

3) проникающая радиация - 5 %от общей энергии взрыва, время действия несколько секунд в момент взрыва;

4) радиоактивное заражение местности - 10 % от общей энергии взры­ва, распространяется со скоростью ветра;

5) электромагнитный импульс - гораздо меньше 1 % всей энергии взрыва

*Ударная волна

Источником ударной волны являются высокая температура в несколько миллионов градусов и давление несколько милли­ардов атмосфер. Основные параметры ударной волны: избыточ­ное давление, скоростной напор, фаза сжатия и фаза разрежения (рис. 4.1). Избыточное давление и скоростной напор измеряют­ся в Паскалях или кгс/ см² (1кгс/см² = 105Па). Фаза сжатия и фаза разрежения измеряются в секундах. Скорость распростра­нения ударной волны равна скорости звука.

Поражение ударной волной возникает в результате воздействия избы­точного давления, которое человек воспринимает как резкий удар, фаза сжатия приводит к сжиманию тела со всех сторон скоро­стного напора, который обладает метательным действием, а фаза разрежения проявляется в образовании обратной ударной волны

Рис.4.1– Параметры ударной волны: Р - давление воздуха; Р₀ - нормальное атмосферное давление воздуха;

Т - текущее время; t⁺- фаза сжатия; t^-- фаза разрежения

Таким образом, воздействие ударной волны на человека приводит или к его гибели или к травмам различной степени тяжести, а также к ранениям осколками разрушающихся зданий и сооружений. Крупные здания и сооружения разрушаются, в основном, за счет избыточного давления, а малые объекты - за счет скоростного напора.

Источником светового излучения является светящаяся об­ласть ядерного взрыва.

Параметром, характеризующим поражающее действие свето­вого излучения, является световой импульс, который измеряет­ся в Дж/м² или кал/см² (1 кал/см² = 4,2 ∙10⁴ Дж/м²).

Световое излучение при воздействии на людей может вызвать ожоги различной степени и поражение глаз:

• ожоги первой степени - покраснение кожи (2-4 кал/см²);

• ожоги второй степени — образование на коже пузырей (4— 8 кал/см²);

• ожоги третьей степени — обугливание кожи (8-12 кал/см²);

• ожоги четвертой степени - обугливание подкожных тканей (более 12 кал/см²).

Воздействуя на окружающую среду, световое излучение вы­зывает пожары: отдельные, массовые, сплошные.

Возгорание и устойчивое горение различных материалов зависит от величины светового (теплового) импульса и рассто­яния от источника до возгораемых материалов.

Характер воздействия на здания и сооружения зависит не только от величины светового импульса, но и от времени его действия, а также от плотности, теплопроводности, цвета и толщины материала. К материалам, способным легко воспламенятся от светового излучения, относятся горючие газы, бумага, сухая трава, солома, резина, дерево. Воспламенение материалов приводит к пожару. Возгорание материалов происходит при U_c =125 кДж/м².

Электромагнитный импульс наблюдается при всех видах взрывов. Особенно он опасен при взрывах на высотах более 40 км, так как в этом случае он является наиболее мощным и распро­страняется на большие расстояния.

Например, при взрыве над островом Джонсон ядерного боеприпаса на высоте 396 км в городах на расстоянии 1300 км от эпицентра взрыва полностью вышли из строя уличное осве­щение, линии электропередач и линии связи.

Электромагнитный импульс, наводя электродвижущую силу в металлических предметах, в проводах, вызывает сильные наведенные токи, разрушающие оконечные электронные устрой­ства и другое оборудование и поражают находящихся у оборудова­ния людей. Особо чувствительны к воздействию электромагнитного импульса полупроводниковые приборы и интегральные микро­схемы

Проникающая радиация - это поток нейтронов и гамма- лучей, испускаемых от делящегося ядерного вещества в момент взрыва ядерного боеприпаса. Они распространяются в воздухе во все стороны на расстояния до 2,5-3 км, производят ионизацию воздуха, всех предметов и человека, а нейтроны, проникая в землю, вызывают наведенную радиоактивность. Проникающая радиация является основным поражающим фактором нейтрон­ных боеприпасов.

Источниками радиоактивного заражения при ядерных взрывах являются: осколки деления атомов ядерного горючего, наведенная радиоактивность, не разделившаяся часть ядерного горючего.

Радиоактивное заражение - результат выпадения осадков из радиоактивного облака, которое под воздействием ветра может распространяться при воздушном взрыве на глубину до 200-600 км и более в зависимости от мощности взрыва и скорости ветра

Характерной особенностью радиоактивного заражения является быстрый спад уровня радиации в первые часы после взрыва (через 2 ч – в 2 раза, через 3 ч – в 4 раза, через 7 ч – в 10 раз, через 49 ч – в 100 раз). Причина – наличие большого количества изотопов с малым периодом полураспада.

Характеристика очага ядерного поражения

Очагом ядерного поражения называют территорию, на которой произошли массовые поражения людей, до­машних и диких животных, разрушения и пожары в ре­зультате ядерного взрыва.

Условно очаг можно разделить на четыре зоны

Очаг ядерного поражения характеризуется количеством по­раженных, масштабами разрушений, повреждениями зданий и сооружений, частичными завалами или разрушениями защит­ных сооружений.

1 Зона полных разрушений. Избыточное давление в зоне достигает 50 кПа и более. Площадь зоны составляет 10-12 % от общей площади очага поражения. В зоне: здания разрушаются полностью, пожаров нет (пламя сбито ударной волной), вне укрытий люди погибают или получают травмы и ранения крайне тяжелой степени, ожоги четвертой степени. Люди получают также сильные, часто смертельные дозы облучения от проника­ющей радиации, а через 7-10 минут в зоне радиоактивное зараже­ние от выпадения радио­активных осадков из радиоактивного облака, что еще больше увеличи­вает дозу облучения лю­дей. Таким образом, потери незащищенного населения в зоне состав­ляют более 90 %, из них безвозвратные - 80 %, санитарные - 10 %. Со­храняется не менее 75 % убежищ и значительная часть подземных комму­никаций.

2 Зона сильных разрушений. Избыточное давление от ударной волны в границах зоны составляет 50 – 30 кПа. Площадь зоны 8– 10% от общей площади очага поражения. Здания получают сильные разрушения, т.е. восстановлению не подлежат. Наблюдаются сплошные пожары. Люди вне укрытий получают, травмы и ранения, в основном тяжелой и средней степени тяжести, ожоги - в основном третьей и четвертой степени. Кроме того, они получают большие дозы облучения от проникающей радиации и радиоактивного заражения.

Таким образом, общие потери в зоне сильных разрушений составят не менее 50 %, из них безвозвратные потери - 35 %, санитарные потери -15 % . Сохраняются все убежища и подзем­ные коммуникации.

3. Зона средних разрушений. Избыточное давление в грани­цах зоны составляем 30-20 кПа. Площадь зоны - 18-20 % от общей площади очага. Здания получают в основном средние разрушения, т.е. подлежат капитальному ремонту. Наблюдают­ся массовые пожары. Люди, не спрятавшиеся в укрытиях, получают травмы средней и легкой степени тяжести, ожоги - в основном второй и третьей степени. Люди также получают дозы облучения в зависимости от времени пребывания на радиоактивно зараженной местности.

Таким образом, общие потери в зоне составят не менее 40 %, из них безвозвратные потери - 10 %, санитарные потери -30 % .

4. Зона слабых разрушений. Избыточное давление на грани­цах зоны составляет 20-10 кПа. Площадь зоны - 60-70 %. Здания получают слабые разрушения, т.е. подлежат текущему ремонту. Наблюдаются отдельные пожары. Люди вне укрытий получают в основном легкие травмы, контузии и ожоги в основном первой степени, дозы облучения в зависимости от времени пребывания на открытой местности.

Таким образом, в зоне слабых разрушений может быть только 15 % санитарных потерь. Всего в очаге общие потери могут составить 50-60 % от численности населения, из них безвозв­ратные - 15-20 %. Санитарные - 35-45 %. Из числа санитар­ных потерь легко пораженные будут составлять 20-40 %, а пораженные средней тяжести и тяжелые - 60-80 % . Возможная структура санитарных потерь: термические ожоги - 15-25 %; механические повреждения —15—50 %; радиационные поражения — 10-15%; комбинированные поражения - 45-55 %. Следует учитывать, что до 25 % непосредственно непораженных людей будут иметь острые психические расстройства и будут нуждаться в медицинской помощи.

Возможные последствия ядерной войны.

Вопросами оценки последствий ядерной войны ученые начали заниматься только с 1982 года. Исследования проводились большими группами ученых СССР, США, Великобритании, Канады, Швеции и Франции. Первый научный отчет Академии наук СССР вышел в 1987 году. В США исследования проводили научные учреждения Министерства обороны, Национальной Академии наук, отдельные институты, группы ученых в областях экологии, биологии, экономики и др. Исследования проводились как аналитическим путем, так и с помощью моделирования на ЭВМ.

Известно, что сценарии ядерной войны могут быть разными, поэтому отобраны наиболее вероятные. Если рассматривать наиболее щадящие варианты широкомасштабной ядерной войны, когда в течение нескольких дней в северном полушарии будет взорвано около 40% имеющихся ядерных боеприпасов, общей мощностью примерно 5000 Мт, то будут следующие последствия, с которыми согласно большинство ученых мира:

1. Прямые потери от поражающих факторов ядерных взрывов. В первые дни погибнет примерно 1 млрд 150млн человек, столько же будет тяжелораненых, из них умрет не менее 70%. С учетом радиоактивного заражения потери составят 30 – 50№ от населения Земного шара.

2. Наступит «ядерная ночь» за счет поднятых в атмосферу дыма и пыли, так как в этом случае поступление солнечной энергии будет блокировано на 90%. Ядерная ночь продлится в северном полушарии от 1,5 до 8 месяцев, в южном – от 1 до 4. Фотосинтез прекратится как на земле, так и в мировом океане. В результате нарушатся все пищевые цепочки: погибнут растения, затем животные, наступит голод для человечества.

3. Наступит «Ядерная зима». Температура понизится на 30 – 43⁰С (по данным ученых СССР на 15- 20⁰С), в южном – на 15- 20⁰С. В результате скачкообразного понижения температуры, а также учитывая, что «ядерная зима» продлится в северном полушарии до года, в южном – до 10 месяцев, погибнут все сельскохозяйственные культуры, земля промерзнет на глубину до 1м, пресной воды не будет, наступит голод.

4.В результате изменения климата в различных районах мира возрастет количество стихийных бедствий, прежде всего бурь, ураганов, засух и наводнений.

5. Возникнут пожары. Выгорят леса (источники кислорода и утилизации углекислого газа) на площади не менее 1 млн кв. м. Пожары в городах вызовут выделение токсичных газов в концентрациях, которые приведут к отравлениям всего живого. Изменится газовый состав атмосферы с непредсказуемыми последствиями для биологического мира.

6. Озоновый слой уменьшится на 17 – 70%. Для его восстановления потребуется не менее 10 лет. В течение этого времени УФ излучение Солнца в 100 раз более интенсивным, чем в нормальных условиях, и оно губительно для всего живого. Ожидаются тяжелые генетические последствия, массовая гибель людей и животных от онкологических заболеваний. Вырождение человечества. Правда, в первые месяцы после ядерных ударов УФ излучение Солнца будет поглощаться пылью и сажей, влияние его будет незначительным.

В сентябре 1996 года был открыт для подписания Договор о всеобщем запрещении ядерных испытаний.

В настоящее время его подписали более 155 государств и более 20 государств ратифицировали. В соответствии с договором, каждое государство-участник обязуется не производить никаких взрывов ядерного оружия, а также запрещать и предотвращать любой ядерный взрыв.