Ядерное оружие

У Ж И Е

основано
на использовании энергии, выделяемой при цепных
реакциях деления изотопов

U235 и Pu239
и при реакциях синтеза изотопов водорода
( используется дейтерид лития)

Ядерные
боеприпасы

Термоядерные
боеприпасы

Нейтронные
боеприпасы

Цепная реакция
деления тяжелых
ядер

Реакция деления
тяжелых ядер
+
Реакция синтеза
легких ядер

Реакция деления
+
Реакция синтеза
+
Реакция деления

т)
Средние
(10…100 тыс. т)
Крупные
(100…1000 тыс. т)
Сверхкрупные
(более 1000 тыс. т)
В
И Д Ы В З Р Ы В О В
У поверхности
земли

(воды)

В воздухе

Под землей
(водой)

- в ы с о т н ы е
- в ы с о к и е
- н и з к и е

воздушные взрывы

Наземные (надводные) взрывы

Подземные (подводные) взрывы

е л ь н о с т ь

с о

б ы т и й

п р и я д е р н о м в з р ы в е

Цепная
ядерная
реакция

Выделение огромного
количества энергии

Быстрый разогрев вещества взрывного устройства
до ~ 107 оК. Все вещество представляет собой
интенсивно излучающую ионизированную плазму.

.

Для получения энергии,
эквивалентной взрыву 1кт тринитротолуола

1.45*1023 актов распада (~ 57 г вещества),
это ~ 53 поколения делящихся ядер.
длительность процесса ~ 0,5 микросекунд.

В виде энергии электромагнитного излучения,
называемого первичным, выделяется около
80% энергии взрыва. Максимум приходится
на рентгеновский диапазон спектра.

Дальнейший ход событий

при ядерном взрыве определяется

характером взаимодействия

первичного теплового излучения

с окружающей эпицентр взрыва средой,

а также свойствами самой среды

Последовательность событий

для взрыва, произведенного

на небольшой высоте в атмосфере

Первичное излучение
взрыва поглощается
воздухом на расстояниях
порядка нескольких метров

Формирование импульса теплового излучения
и образование воздушной ударной волны
происходят на самых ранних стадиях развития облака

Образуется облако взрыва с очень высокой
температурой. Быстрый рост его размеров
идет за счет радиационной передачи энергии
из горячей внутренней части к его холодному
окружению. Температура по объему примерно
постоянна и снижается с его увеличением

При её снижении до 300000о
скорость расширения облака
снижается до скорости звука,
и в этот момент формируется
ударная волна, фронт которой
«отрывается» от облака взрыва
( для 20кт – t=0,1мс; r=12м )

1

Интенсивность теплового излучения облака
взрыва определяется видимой температурой
его поверхности .
Этапы свечения облака взрыва:
Интенсивное снижение видимой температуры
облака за счет экранирования нагретым слоем
воздуха за взрывной волной.
При 3000оС воздух становится прозрачным
для излучения облака взрыва. Температура
растет до максимума (8000оС для 20кт).
Последующее падение температуры видимой
поверхности облака и излучаемой им энергии.
Основная доля энергии излучается
за время меньшее одной секунды

Первоначально это сфера с центром
в точке взрыва. По достижении
поверхности образуется отраженная
волна. Скорость ее выше, чем прямой
волны. При их слиянии образуется
фронт с удвоенными значениями
избыточного давления.

2

2

Формирование радиоактивного следа

Основная доля радиоактивных веществ, образующихся
в ходе взрыва, содержится внутри облака.
Поэтому эволюция облака определяет формирование
следа радиоактивных осадков.

После охлаждения облака до прекращения излучения в видимой
области спектра процесс увеличения его размеров продолжается
за счет теплового расширения и оно начинает подниматься вверх,
увлекая за собой значительную массу воздуха и грунта

Скорость выпадения радиоактивных осадков зависит от размеров
твердых частиц, на которых они конденсируются. Если облако
взрыва достигло поверхности, количество грунта, увлеченного
при подъеме облака, будет достаточно велико и радиоактивные
вещества оседают на поверхности частиц грунта, размеры
которых могут достигать нескольких мм.

Если облако взрыва не касается поверхности, содержащиеся в нем
радиоактивные вещества конденсируются в меньшие частицы,
с размерами 0,01…20 мкм, которые могут долго существовать в
верхних слоях атмосферы, и радиоактивный след не создается.

Последовательность событий
для взрыва, произведенного
на значительной высоте

Из-за малой плотности
воздуха поглощение
первичного теплового
излучения происходит
на гораздо больших
расстояниях и размер
облака взрыва может
достигать десятков км.

Существенное влияние на процесс
формирования облака взрыва
оказывают процессы
взаимодействия ионизированных
частиц облака с магнитным
с магнитным полем Земли.
Эти же частицы влияют на
состояние ионосферы
(затруднение или невозможность
распространения радиоволн)

Возникновение мощного электромагнитного импульса,
область действия которого охватывает практически всю
видимую из точки взрыва поверхность Земли.
(Электромагнитный импульс возникает и в результате взрыва на малых
высотах, однако напряженность электромагнитного поля в этом случае
быстро спадает по мере удаления от эпицентра взрыва)

1

2

3

основанное на использовании внутриядерной энергии, которая выделяется при цепных реакциях

деления тяжелых ядер некоторых изотопов урана и плутония или при термоядерных реакциях синтеза легких ядер-изотопов водорода - дейтерия и трития в более тяжелые, например ядра изотопов гелия.

а последний ядерный взрыв - 24 октября 1990 года. Программа

ядерных испытаний СССР продолжалась между этими датами 41 год 1 месяц 26 дней. Первый ядерный взрыв был проведен на Семипалатинском испытательном полигоне (СИП), а последний ядерный взрыв СССР - на Северном испытательном полигоне Новая Земля (СИПНЗ). Наименования географических районов мест проведения ядерных испытаний соответствуют периоду существования СССР. Перерывы в проведении ядерных испытаний (ЯИ)
1950 - 1952 гг. в СССР были обусловленные спецификой начальной стадии работ над программой ядерных вооружений.
1959 -1960 гг. и до 1 августа 1961 года СССР - участвуя в моратории на ядерные испытания вместе с США и Великобританией.
1963 году и до 15 марта 1964 года СССР - в связи с подготовкой заключения договора 1963 года о запрещении ядерных испытаний в трех средах и переходом на реализацию программы подземных ЯИ.
С августа 1985 года по февраль 1987 года и с ноября 1989 года до октября 1990 года и позже этого срока СССР - участвуя в мораториях на их проведение.

докладах, статьях и выступлениях СМИ выдвигаются требования, чтобы США разработали

новое, маломощное ядерное оружие против прочных, находящихся на большой глубине целей. Учитывая реалистические ограничения на прочностные свойства материалов, глубина около 50 футов (15 м) будет максимально возможной для боеголовки, проникающей из воздуха в прочную горную породу, до момента ее детонации. Это верно даже для проникания с начальной гиперзвуковой скоростью. Для того чтобы ударная волна в грунте имела достаточную силу для разрушения находящегося на глубине 1000 футов [300 м] укрепленного бункера, необходима мощность проникающей боеголовки свыше 100 кт. Это более чем в 8 раз (Мощность этой авиабомбы, в отличие от прежней оценки в 20 кт, оценивается сегодня в 13 килотонн) превышает мощность авиационной атомной бомбы, взорванной 6 августа 1945 г. над Хиросимой» . - разработка и производства нового поколения ЯО, включая ядерные боеприпасы малой мощности - «мини-ньюки»
появление ядерного оружия принципиально нового поколения таит огромную опасность для международного мира и стабильности.

ракет и самолетов на безопасной для наземных объектов высоте (свыше

10 км). Поражающими факторами высотного взрыва являются: ударная волна, световое излучение, проникающая радиация и электромагнитный импульс (ЭМИ).

когда светящаяся область не касается земли (воды). Воздушные взрывы подразделяются

на низкие и высокие. Сильное радиоактивное заражение местности образуется только вблизи эпицентров низких воздушных взрывов. Заражение местности по следу облака существенного влияния на действия личного состава не оказывает. Наиболее полно при воздушном ядерном взрыве проявляются ударная волна, световое излучение, проникающая радиация и ЭМИ.

при котором светящаяся область касается поверхности земли (воды), а пылевой

(водяной) столб с момента образования соединен с облаком взрыва.

и характеризующийся выбросом большого количества грунта (воды), перемешанного с продуктами

ядерного взрывчатого вещества (осколками деления урана-235 или плутония-239). Поражающее и разрушающее действие подземного ядерного взрыва определяется в основном сейсмовзрывными волнами (основной поражающий фактор), образованием воронки в грунте и сильным радиоактивным заражением местности. Световое излучение и проникающая радиация отсутствуют. Характерным для подводного взрыва является образование султана (столба воды), базисной волны, образующейся при обрушении султана (столба воды).

как большинство разрушений и повреждений сооружений, зданий, а также поражения

людей обусловлены, как правило, ее воздействием. Источник ее возникновения — сильное давление, образующееся в центре взрыва и достигающее в первые мгновения миллиардов атмосфер. Образовавшаяся при взрыве область сильного сжатия окружающих слоев воздуха, расширяясь, передает давление соседним слоям воздуха, сжимая и нагревая их, а те, в свою очередь, воздействуют на следующие слои. В результате в воздухе со сверхзвуковой скоростью во все стороны от центра взрыва распространяется зона высокого давления. Передняя граница сжатого слоя воздуха называется фронтом ударной волны.

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

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/м2). Эта единица давления называется Паскалем (Па). 1 Н/м2 = 1 Па (1 кПа ≈ 0,01 кгс/см2).
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.

массы газов в центре взрыва и представляет собой область резкого

сжатия воздуха, которая распространяется от центра взрыва со сверхзвуковой скоростью. Действие ее продолжается несколько секунд. Расстояние 1 км ударная волна проходит за 2 с, 2 км — за 5 с, 3 км — за 8 с.
Поражения ударной волной вызываются как действием избыточного давления, так и метательным ее действием (скоростным напором), обусловленным движением воздуха в волне
Скорость движения и расстояние, на которое распространяется ударная волна, зависят от мощности ядерного взрыва; с увеличением расстояния от места взрыва скорость быстро падает

Й
(избыточное
давление)
З а щ и т а
Легкие
(0,2…0,4 кг/см2)
Средние
(0,5…0,6 кг/см2)
Тяжелые
(0,6…1,0 кг/см2)
Сверхтяжелые
(более

1 кг/см2)

Легкие травмы, ушибы,
вывихи, переломы тонких
костей

Тяжелые травмы мозга и
внутренних органов -
л е т а л ь н ы й и с х о д

Травмы мозга, потеря сознания,
разрыв барабанных перепонок,
переломы

Тяжелые травмы мозга, повреж-
дение органов грудной клетки,
длительная потеря сознания,
переломы несущих костей

Убежища, укрытия, складки местности

Область резкого сжатия воздуха,
распространяющаяся во все стороны
со сверхзвуковой скоростью

разрушений
Полная
0,5кг/см2 (50 кПа)
и более
Полные разрушения наземных и подземных
сооружений и коммуникаций.

Сплошные
завалы и пожары в жилой застройке.

Сильная
0,3...0,5кг/см2
(30…50 кПа)

Сильные разрушения промышленных
объектов, полные - кирпичных зданий.
Завалы, пожары.

Средняя
0,2...0,3кг/см2
(20…30 кПа)

Повреждения крыш, перегородок, перекрытий
этажей пром. объектов. Сильные разрушения
кирпичных и полные деревянных строений.

Слабая
0,1…0,2кг/см2
(10…20 кПа)

Промышленные здания - повреждение кровли,
дверей, окон. Жилые постройки - средние раз-
рушения. Отдельные завалы и очаги пожаров.

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 объектов.
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.

Световое излучение

взрыва
Продолжительность
свечения от 2 до 20 сек,
интенсивность может
превышать 1000 Вт/см2

(максимальная интенсивность
солнечного света - 0.14 Вт/см2).
Скорость
распространения
300000 км/сек.

В О З Д Е Й С Т В И Е:

НА ЧЕЛОВЕКА

НА ТЕХНИКУ

I СТЕПЕНЬ
(покраснение
кожи)

II СТЕПЕНЬ
(образование
волдырей)

III СТЕПЕНЬ
(омертвение
кожи)

IV СТЕПЕНЬ
(обугливание
кожи)

В О З Г О Р А Н И Е

синий цвет – I степнь,
коричневый – II степень,
красный – III степень;
расстояние – в километрах,
мощность – в килотоннах

в течение нескольких секунд. У личного состава оно может вызвать

ожоги кожи, поражение глаз и временное ослепление. Ожоги возникают от непосредственного воздействия светового излучения на открытые участки кожи (первичные ожоги), а также от горящей одежды, в очагах пожаров (вторичные ожоги).

10-15 секунд. Проходя через живую ткань, гамма-излучение ионизирует 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 интенсивность излучения. Ослабляющее действие принято характеризовать слоем половинного ослабления, то есть такой толщиной материала, проходя через которую радиация 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.

Проникающая радиация

Гамма-кванты и нейтроны, распространяясь в любой среде, вызывают ее ионизацию.

Под действием нейтронов, кроме того, нерадиоактивные атомы среды превращаются в радиоактивные, т. е. образуется так называемая наведенная активность. В результате ионизации атомов, входящих в состав живого организма, нарушаются процессы жизнедеятельности клеток и органов, что приводит к заболеванию лучевой болезнью. Проникающая радиация вызывает потемнение оптики, засвечивание светочувствительных фотоматериалов и выводит из строя радиоэлектронную аппаратуру, особенно содержащую полупроводниковые элементы.

первых 10…15 секунд
Р Е З У Л Ь Т

А Т

Л У Ч Е В А Я Б О Л Е З Н Ь

ПОРАЖЕНИЕ ЛЮДЕЙ
(наиболее чувствительны к
радиации интенсивно
делящиеся клетки)

НАВЕДЕННАЯ
РАДИАЦИЯ
МЕСТНОСТИ И
ПРЕДМЕТОВ,

ВЫВОД ИЗ СТРОЯ
РАДИОЭЛЕКТРОННОЙ
АППАРАТУРЫ И
ФОТОМАТЕРИАЛОВ

I СТЕПЕНЬ
(легкая)

II СТЕПЕНЬ
(средняя)

III СТЕПЕНЬ
(тяжелая)

IV СТЕПЕНЬ
(сверхтяжелая)

При малых дозах облучения -
снижение иммунитета к заболеваниям,
замедление процесса заживаемости ранений,
резкая вероятность образования
злокачественных опухолей

результате воздействия гамма-излучения ядерного взрыва на атомы окружающей среды и

образования в этой среде потока электронов и положительных ионов. Он может вызвать повреждение радиоэлектронной аппаратуры, нарушение работы радио- и радиоэлектронных средств.
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. 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.
Основу нейтронных боеприпасов 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.
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 получат смертельные поражения.

Электромагнитный импульс

за ~10
наносекунд выделяется 0,3% энергии взрыва
каскадная

ионизация атомов воздуха (образовавшиеся электроны,
в свою очередь, ионизируют другие атомы) до 30000 электронов
на каждый гамма-квант

движущиеся электроны создают сильное электромагнитного поле,
как итог возникновение кратковременного (несколько
микросекунд) мощного (до 100000 МВт) электромагнитного импульса

напряженность электростатического поля между землей и ионизиро-
ванным слоем атмосферы достигает 20…50 кВ/м

На образование ЭМИ очень значительное влияние оказывает высота взрыва. ЭМИ си-
лен при взрывах на высотах ниже 4 км, и особенно силен при высоте более 30 км, одна-
ко менее значителен для диапазона 4…30 км.

Последствия ЭМИ

Наличие большого количества
ионов, оставшихся после взрыва,
ведет к затруднению коротко-
волновой связи и работы радаров

Индуцирование сверхсильным электромагнитным полем
высокого напряжения во всех проводниках:
ЛЭП играют роль гигантских антенн, отсюда пробои изо-
ляции и выход из строя трансформаторных подстанций;
повреждения электронной аппаратуры, выход из строя
незащищенных полупроводниковых приборов

На человека, в пределах изученного, влияния не оказывает

взрыва
огромного количества радиоактивных веществ – как ставших таковыми
из-за наведенной

радиоактивности, так и продуктов деления. Оседая на
поверхность земли по направлению ветра, они создают участок, называемый
радиоактивным следом. Этот участок условно делят на зоны: А – умеренного,
Б – опасного, В – сильного, Г – чрезвычайно опасного заражения.

Зона Г
4000 рад

Зона В (8…10%)
1200 рад

Зона Б ~10%
400 рад

Зона А (70…80%)
40 рад

Десятикратное снижение уровня радиации происходит
за увеличивающиеся в 7 раз промежутки времени

Распад атомного ядра может пойти по 40 различным путям с образованием 80 различ-
ных изотопов. Наибольшую опасность являют изотопы с периодом полураспада, изме-
ряемым годами (а не днями или тысячами лет: цезий-137; стронций-89,90; углерод-14;
трансурановые элементы – источники альфа-частиц) – с одной стороны их активность
достаточно велика, с другой – очень долго сохраняется по меркам человеческой жизни

в результате их выпадения после наземных (подземных) и низких воздушных

ядерных взрывов.
Поражающее действие радиоактивных веществ обусловливается в основном гамма-излучениями. Вредное воздействие ионизирующих излучений оценивается дозой излучения (дозой облучения; Д), то есть энергией этих лучей, поглощенной в единице объема облучаемого вещества. Эта энергия измеряется в существующих дозиметрических приборах в рентгенах (Р). Рентген - это такая доза гамма-излучения, которая создает в 1 см3 сухого воздуха (при температуре 0°С и давлении 760 мм рт. ст.) 2,083 млрд. пар ионов.
Обычно дозу облучения определяют за какой-либо промежуток времени, называемый временем облучения (время пребывания людей на зараженной местности).
Для оценки интенсивности гамма-излучения, испускаемого радиоактивными веществами на зараженной местности, введено понятие «мощность дозы излучения» (уровень радиации). Мощность дозы измеряют в рентгенах в час (Р/ч), небольшие мощности дозы - в миллирентгенах в час (мР/ч).
Постепенно мощности дозы излучений (уровни радиации) снижаются. Так, мощности дозы (уровни радиации), замеренные через 1 час после наземного ядерного взрыва, через 2 часа уменьшатся вдвое, спустя 3 часа - в четыре раза, через 7 часов - в 10 раз, а через 49 часов - в 100 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 радиоактивного заражения

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.

Лучевая болезнь

объектов возникает в результате выпадения радиоактивных веществ из облака ядерного

взрыва во время его движения. Постепенно оседая на поверхность земли, радиоактивные вещества создают участок радиоактивного заражения, который называется радиоактивным следом.

с омертвлением тканей) от светового излучения
Зеленый цвет – радиусы разрушения

домов ударной волной
Синий – радиусы получения дозы в 500 бэр от проникающей радиации
Радиусы (по оси ординат) приведены в километрах, мощности
ядерных взрывов (по оси абсцисс) в килотоннах

атмосфере на высотах до 10 км
на образование воздушной ударной

волны и световое излучение
расходуется по 35% общей энергии взрыва,
на проникающую радиацию - 5 и на радиоактивное заражение - 7%;
около 18% энергии рассеивается в пространстве в виде тепла облака взрыва.
При взрыве нейтронного боеприпаса до 70% энергии
расходуется на образование проникающей радиации.