Ядерное оружие

Введение 

      Строение  электронной оболочки было достаточно изучено к концу XIX века, но знаний о строении атомного ядра было очень  мало, и к тому же они были противоречивы.

      В 1896 году было открыто явление, получившее название радиоактивности (от латинского слова «радиус»- луч). Это открытие сыграло важную роль в дальнейшем излучении строения атомных ядер. Мария Склодовская-Кюри и Пьер Кюри установили, что, кроме урана, еще торий, полоний и химические соединения урана с торием обладает таким же излучением, что и уран.

      Продолжая исследования, они выделили в 1898 году из урановой руды вещество в несколько  миллионов раз более активное, чем уран, и назвали его радием, что значит лучистый. Вещества, обладающие излучением подобно урану или  радию, получили название радиоактивных, а само явление называется радиоактивностью.

      Ядерное оружие- это оружие массового поражения, действие которого основано на свойствах  ядер химических веществ. Оно обладает огромной разрушительной силой.

      Источники радиоактивного заражения.

      Основным источником радиоактивного заражения при ядерных взрывах являются осколки деления ядерного горючего, в качестве которого используются уран-233, уран-235 и плутоний-239.Кроме того, в комбинированных боеприпасах используется уран-238.

      Другим  источником радиоактивного заражения является та часть горючего, которая не участвовала в ядерной реакции. Так как доля ядерного горючего, принимающего участие в реакции деления, сравнительно мала и, по некоторым данным, не превышает 20%, оставшаяся часть ядерного горючего, будучи раздроблена силой взрыва на мельчайшие частицы, также явится источником радиоактивных частиц.

      Третьим источником радиоактивного заражения  является наведенная активность, возникающая  в результате воздействия потока нейтронов, образующихся в момент взрыва, на некоторые химические элементы, входящие в состав грунта и в оболочку ядерного боеприпаса.

      Развитие  ядерного взрыва.

      Сначала появляется ослепительная вспышка, которую можно видеть, находясь на несколько десятков километров от нее, длительностью от 5 до 20 секунд. При этом температура достигает нескольких миллионов градусов Цельсия. Из-за нагрева воздуха от вспышки образуется ударная волна, наносящая поражения различной степени тяжести. Впоследствии огненный шар постепенно остывает и поднимается вверх со скоростью 150- 200 метров в секунду в зависимости от метеоусловий и мощности взрыва. В облако всасывается с земли огромные количества пыли и поднимается в виде столба, образуя гриб. Это облако за короткий срок достигает высоты 15- 25 километров, составляет по толщине 5- 10 километров и имеет диаметр 15- 20 километров. Впоследствии это облако распределяется по направлению ветра, образуя радиоактивный след: на землю выпадает радиоактивный дождь, нанося непоправимый урон земле и отравляя окружающую среду радиоактивными веществами. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. Ядерные боеприпасы и виды взрывов. 

      Действие  ядерного оружия основано на использовании  энергии, выделяющейся при ядерных  превращениях. В зависимости от принципов  использования этой энергии различают  три вида ядерных боеприпасов: атомные, термоядерные и комбинированные.

      При взрывах атомных боеприпасов  в результате цепной реакции деления  ядер атомов тяжелых элементов (плутония, изотопов урана) выделяется энергия. Реакция  состоит в том, что при бомбардировке  урана-235 свободными нейтронами возникают элементы средней части периодической системы Менделеева. Само явление было названо делением ядра, а образующиеся ядра - осколками деления. При этом выделяется огромное количество энергии, которую нельзя использовать в мирных целях, так как она выделяется бесконтрольно.

      Цепная  реакция- это реакция, в которой  частицы, вызывающие реакцию, образуются как продукты этой реакции. Устройство, в котором осуществляется управляемая  ядерная реакция, называется ядерный  реактор.

      Действие термоядерных боеприпасов основано на использовании энергии, выделяющейся при реакции синтеза ядер легких элементов (дейтерия и трития) в условиях чрезвычайно высоких температур. Термоядерная реакция- реакция синтеза легких ядер в более тяжелые. Такие реакции происходят в недрах звезд, на солнце и т. д. При таких температурах вещество существует только в виде плазмы. Но создание высокой температуры необходимо только в первый момент времени, чтобы «зажечь» реакцию, а затем она существует сама за счет выделения энергии при синтезе ядер.

      В основу действия комбинированных боеприпасов  положено свойство атомов природного урана (уран-238) делится под действием  быстрых нейтронов, образующихся при  термоядерной реакции. 

      Вид ядерного взрыва характеризуется расположением центра взрыва по отношению к поверхности земли (воды). Исходя из этого, различают несколько их видов.

1. Высотные взрывы. К ним принято относить взрывы, произведенные на высоте более 30 километров от поверхности земли (воды). При этом радиоактивного заражения местности может не быть совсем, это обуславливается тем, что пылевой столб («ножка») и облако («шляпка») не контактируют.
2. Воздушные взрывы. К ним относятся взрывы, произведенные на высоте, меньшей 30 километров, но образующийся при этом огненный шар не соприкасается с поверхностью земли (воды). Радиоактивное заражение местности чаще всего ограничивается районом ядерного взрыва. В радиоактивное облако попадает значительно меньше грунта по сравнению с наземными (надводными) и подземными (подводными) взрывами.
3. Наземные (надводные) взрывы. Взрывы, при которых светящаяся область соприкасается с поверхностью земли (воды). При таком взрыве образуется светящаяся полусфера, радиус которой примерно в 1,3 раза превышает радиус огненного шара воздушного взрыва той же мощности. В огненный шар вовлекается значительное количество грунта и других материалов. Часть грунта испаряется, а большая часть оплавляется, образуя огромное количество радиоактивных частиц, из которых впоследствии конденсируются радиоактивные продукты взрыва. В районе ядерного взрыва наблюдаются сильные потоки воздуха, устремляющиеся к центру взрыва и вверх вслед за облаком. Увлекаемые этими потоками частицы грунта вместе с конденсировавшимися на них радиоактивными веществами попадают в облако ядерного взрыва, так как в этом случае пылевой столб («ножка») с момента его образования соединен с облаком («шляпкой»).
4. Подземные (подводные) взрывы. Взрывы, при которых светящаяся область не наблюдается. Различаются два вида подземных взрывов - с выбросом радиоактивных веществ в атмосферу и без выброса в атмосферу (так называемый камуфлетный взрыв). Взрыв, произведенный на выброс, приводит к попаданию на земную поверхность и в атмосферу расплавленных или частично оплавленных частиц породы, пылевидных и газообразных радиоактивных продуктов взрыва. Крупные частицы выпадают вблизи эпицентра, более мелкие уносятся ветром, образуя след облака ядерного взрыва. При камуфлетном взрыве образуется полость, близкая по форме к сферической, ограниченная слоем расплавленной породы. Радиационного заражения местности при этом взрыве не происходит, но возможно заражение атмосферы в результате утечки радиоактивных газов из полости через трещины в грунте.

      При подъеме радиоактивного облака в  результате вовлечения в него наружного  воздуха и увеличения объема происходит охлаждение облака, что приводит к выравниванию температуры облака и окружающей среды. В результате выравнивания температур дальнейший подъем воздуха прекращается.

      Радиоактивное облако, образованное в результате ядерного взрыва, несет в себе большое количество радиоактивных частиц различных размеров. По мере уменьшения скорости подъема облака на максимальную высоту все большее количество радиоактивных частиц выпадает на поверхность земли в виде радиоактивных осадков, которые продолжают выпадать и после стабилизации облака. 

2. Поражающие факторы ядерного оружия. 

      К поражающим факторам ядерного оружия относятся:

1. ударная волна,
2. световое излучение,
3. проникающая радиация,
4. радиоактивное заражение,
5. электромагнитный импульс.

      При взрыве в атмосфере примерно 50% энергии взрыва расходуется на образование ударной волны, 30-40%- на световое излучение, до 5%- на проникающую радиацию и электромагнитный импульс и до 15%- на радиоактивное заражение. Действие поражающих факторов ядерного взрыва на людей и элементы объектов происходит не одновременно и различается по длительности воздействия, характеру и масштабам.

      Ударная волна. Ударная волна- это область  резкого сжатия среды, которая распространяется в виде сферического слоя во все  стороны от места взрыва со сверхзвуковой скоростью. В зависимости от среды распространения различают ударную волну в воздухе, в воде или грунте.

      Ударная волна в воздухе образуется за счет колоссальной энергии, выделяемой в зоне реакции, где исключительно  высокая температура, а давление достигает миллиардов атмосфер (до 105 млрд. Па). Раскаленные пары и газы, стремясь расшириться, производят резкий удар по окружающим слоям воздуха, сжимают их до больших давления и плотности и нагревают до высокой температуры. Эти слои воздуха приводят в движение последующие слои. Таким образом, сжатие и перемещение воздуха происходит от одного слоя к другому во все стороны от центра взрыва, образуя воздушную ударную волну. Вблизи центра взрыва скорость распространения ударной волны в несколько раз превышает скорость звука в воздухе. С увеличением расстояния от места взрыва скорость распространения волны быстро падает, а ударная волна ослабевает. Воздушная ударная волна при ядерном взрыве средней мощности проходит примерно 1000 метров за 1,4 секунды, 2000 метров - за 4 секунды, 3000 метров - за 7 секунд, 5000 метров - за 12 секунд.

      Механическое  воздействие ударной волны. Характер разрушения элементов объекта (предмета) зависит от нагрузки, создаваемой  ударной волной, и реакции предмета на действие этой нагрузки. Общую оценку разрушений, вызванных ударной волной ядерного взрыва, принято давать по степени тяжести этих разрушений. 

1. Слабое  разрушение. Разрушаются оконные  и дверные заполнения и легкие перегородки, частично разрушается  кровля, возможны трещины в стеклах верхних этажей. Подвалы и нижние этажи сохраняются полностью. Находиться в здании безопасно и оно может эксплуатироваться после проведения текущего ремонта.
2. Среднее разрушение проявляется в разрушении крыш и встроенных элементов - внутренних перегородок, окон, а также в возникновении трещин в стенах, обрушении отдельных участков чердачных перекрытий и стен верхних этажей. Подвалы сохраняются. После расчистки и ремонта может быть использована часть помещений нижних этажей. Восстановление зданий возможно при проведении капитального ремонта.
3. Сильное разрушение характеризуется разрушением несущих конструкций и перекрытий верхних этажей, образованием трещин в стенах и деформацией перекрытий нижних этажей. Использование помещений становится невозможным, а ремонт и восстановление - чаще всего нецелесообразным.
4. Полное разрушение. Разрушаются все основные элементы здания, включая и несущие конструкции. Использовать здание невозможно. Подвальные помещения при сильных и полных разрушениях могут сохраняться и после разбора завалов частично использоваться.

      Воздействие ударной волны на людей и животных. Ударная волна может нанести  незащищенным людям и животным травматические поражения, контузии или быть причиной их гибели. Поражения могут быть непосредственными (в результате воздействия избыточного давления и скоростного напора воздуха) или косвенными (в результате ударов обломками разрушенных зданий и сооружений). Воздействие воздушной ударной волны на незащищенных людей характеризуется легкими, средними, тяжелыми и крайне тяжелыми травмами.

1. Крайне тяжелые контузии и травмы возникают при избыточном давлении более 100 кПа. Отмечаются разрывы внутренних органов, переломы костей, внутренние кровотечения, сотрясение мозга, длительная потеря сознания. Эти травмы могут привести к смертельному исходу.
2. Тяжелые контузии и травмы возможны при избыточных давлениях от 60 до 100 кПа. Они характеризуются сильной контузией всего организма, потерей сознания, переломами костей, кровотечением из носа и ушей; возможны повреждения внутренних органов и внутренние кровотечения.
3. Поражения средней тяжести возникают при избыточном давлении 40-60 кПа. При этом могут быть вывихи конечностей, контузия головного мозга, повреждения органов слуха, кровотечение из носа и ушей.
4. Легкие повреждения наступают при избыточном давлении 20-40 кПа. Они выражаются в скоро проходящих нарушениях функций организма (звон в ушах, головокружение, головная боль). Возможны вывихи, ушибы.

      Световое  излучение. Световое излучение ядерного взрыва - совокупность видимого света и близких к нему по спектру ультрафиолетовых и инфракрасных лучей. Источник светового излучения - светящаяся область взрыва, состоящая из нагретых до высокой температуры веществ ядерного боеприпаса, воздуха и грунта (при наземном взрыве). Температура светящейся области в течение некоторого времени сравнима с температурой поверхности солнца (максимум 8000-100000С и минимум 18000С). Размеры светящейся области и ее температура быстро изменяются во времени. Продолжительность светового излучения зависит от мощности и вида взрыва и может продолжаться до десятков секунд.

      Поражающее  действие светового излучения характеризуется  световым импульсом.

      Световым  импульсом называется отношение  количества световой энергии к площади  освещенной поверхности, расположенной перпендикулярно распространению световых лучей.

      Воздействие светового излучения на людей  и животных. Световое излучение ядерного взрыва при непосредственном воздействии  вызывает ожоги открытых участков тела, временное ослепление или ожоги  сетчатки глаз. Ожоги разделяются по тяжести поражения организма на четыре степени. Ожоги первой степени выражаются в болезненности, покраснении и припухлости кожи. Они не представляют серьезной опасности и быстро вылечиваются без каких-либо последствий. При ожогах второй степени образуются пузыри, заполненные прозрачной белковой жидкостью; при поражении значительных участков кожи человек может потерять на некоторое время трудоспособность и нуждается в специальном лечении. Ожоги третьей степени характеризуются омертвлением кожи с частичным поражением росткового слоя. Ожоги четвертой степени: омертвление кожи более глубоких слоев тканей. Поражение ожогами третьей и четвертой степеней значительной части кожного покрова может привести к смертельному исходу.

      Проникающая радиация. Проникающая радиация представляет собой гамма- излучение и поток нейтронов, испускаемых в окружающую среду из зоны ядерного взрыва. Также выделяются еще и ионизирующие излучения в виде альфа и бета частиц, имеющих малую длину свободного пробега, вследствие чего их воздействием на людей и материалы пренебрегают. Время действия проникающей радиации не превышает 10-15 секунд с момента взрыва.

      Основные  параметры, характеризующие ионизирующие излучения, - доза и мощность дозы излучения, поток и плотность потока частиц.