Средства применения ядерного оружия. Общее устройство и характеристика ядерных боеприпасов

1. Средства  применения ядерного оружия. Общее устройство и

характеристика ядерных боеприпасов.          

      Как  было рассмотрено ранее, ядерное  оружие включает ядерные боеприпасы, средства управления и средства доставки к цели (носители).

      К ядерным боеприпасам относятся  боевые части ракет и торпед, авиационные и глубинные бомбы, артиллерийские снаряды и мины, фугасы.

      Мощность  зарядов и боеприпасов принято  характеризовать тротиловым эквивалентом – такой массой тротила, энергия  взрыва которого равна энергии, выделяющейся при воздушном взрыве  ядерного заряда. Тротиловый эквивалент принято выражать в тоннах.

      Современные боеприпасы могут иметь мощность взрыва q от нескольких десятков тонн до десятков миллионов тонн.

      По  мощности взрыва ядерные заряды и  боеприпасы условно делятся на 5 диапазонов (калибров):

      - сверхмалый         (q ‹ 1 тыс. тонн)

      - малый                  ( 1  ≤ q ‹ 10 тыс. тонн)

      - средний               ( 10 ≤ q ‹ 100 тыс. тонн)

      - крупный              ( 100  ≤ q ‹ 1000 тыс. тонн)

      - сверхкрупный     (q ≥ 1 млн. тонн)

      Ядерные заряды и боеприпасы отличаются друг от друга не только мощностью, но и характером поражающего действия. В частности, для термоядерных боеприпасов важнейшей характеристикой является коэффициент термоядерности – отношение количества энергии, выделившейся за счёт реакции синтеза, к общему количеству энергии взрыва данной мощности. С увеличением коэффициента термоядерности уменьшается выход радиоактивных продуктов на единицу мощности и, таким образом, повышается «чистота» взрыва, уменьшаются масштабы радиоактивного заражения.

      Основными частями ядерного боеприпаса являются: ядерное зарядное устройство (заряд), блок подрыва с предохранителями и источниками питания и корпус боеприпаса. (Слайд № 1.)

       Корпус предназначен для размещения ядерного заряда и  системы автоматики, а также для предохранения их от тепловых повреждений, для придания боеприпасу баллистической формы и для стыковки боеприпаса с носителем. Конструкция корпуса зависит от типа носителя. Так, например, основные части баллистических ракет имеют корпуса конической или цилиндрической формы с теплозащитным покрытием. Корпуса боевых зарядных отделений торпед, боевых частей крылатых и зенитных ракет представляют собой тонкостенную ампулу, размещаемую внутри носителя.

      Система автоматики обеспечивает взрыв ядерного заряда в заданный момент времени и исключает его случайное или преждевременное срабатывание. Она включает:

      - источники питания

      - систему предохранения и взведения

      - систему датчиков подрыва

      - систему подрыва заряда

      - систему аварийного подрыва

      Система предохранения и взведения обеспечивает безопасность при эксплуатации боеприпаса, исключает преждевременный взрыв его при боевом применении и служит для взведения устройства системы автоматики.

        Система датчиков подрыва предназначена  для формирования исполнительной команды на взрыв заряда при достижении боеприпасом цели. Она обычно состоит из системы датчиков ударных и системы датчиков неконтактного подрыва. Ударные (контактные) датчики срабатывают при встрече боеприпаса с преградой. Датчики неконтактного подрыва срабатывают на заданной высоте (расстоянии) от цели.

      Система подрыва заряда обеспечивает срабатывание заряда по команде, поступающей от датчиков подрыва. Она состоит из блока  формирования электрического импульса для подрыва электродетонаторов обычного взрывчатого вещества и системы нейтронного инициирования реакции деления. Система нейтронного инициирования в составе системы подрыва заряда может отсутствовать. В этом случае цепная ядерная реакция деления инициируется нейтронными источниками, расположенными в самом заряде.

         Система аварийного подрыва в  некоторых боеприпасах может  отсутствовать.

      Главная составная часть ядерного боеприпаса – ядерное зарядное устройство (ядерный заряд). В составе ядерного заряда находится ядерное взрывчатое вещество (ЯВВ).

      Система автоматики обеспечивает взрыв ядерного заряда в заданный момент времени и исключает его случайное или преждевременное срабатывание. Она включает:

      - источники питания

      - систему предохранения и взведения

      - систему датчиков подрыва

      - систему подрыва заряда

      - систему аварийного подрыва

      Система предохранения и взведения обеспечивает безопасность при эксплуатации боеприпаса, исключает преждевременный взрыв его при боевом применении и служит для взведения устройства системы автоматики.

        Система датчиков подрыва предназначена  для формирования исполнительной команды на взрыв заряда при достижении боеприпасом цели. Она обычно состоит из системы датчиков ударных и системы датчиков неконтактного подрыва. Ударные (контактные) датчики срабатывают при встрече боеприпаса с преградой. Датчики неконтактного подрыва срабатывают на заданной высоте (расстоянии) от цели.

      Система подрыва заряда обеспечивает срабатывание заряда по команде, поступающей от датчиков подрыва. Она состоит из блока  формирования электрического импульса для подрыва электродетонаторов обычного взрывчатого вещества и системы нейтронного инициирования реакции деления. Система нейтронного инициирования в составе системы подрыва заряда может отсутствовать. В этом случае цепная ядерная реакция деления инициируется нейтронными источниками, расположенными в самом заряде.

         Система аварийного подрыва в  некоторых боеприпасах может  отсутствовать.

      Главная составная часть ядерного боеприпаса – ядерное зарядное устройство (ядерный заряд). В составе ядерного заряда находится ядерное взрывчатое вещество (ЯВВ).

      .

2. Атомные заряды.

      Вследствие  самопроизвольного деления ядер урана или плутония, наличия блуждающих нейтронов в атмосфере и других факторов нельзя принять никаких мер, препятствующих цепной реакции в ЯВВ, имеющем надкритическую массу (К_рр › 1). Следовательно, до взрыва общее количество ЯВВ в одном боеприпасе должно разделяться на отдельные части, каждая из которых имеет асссу меньше критической (К_рр ‹ 1). Для взрыва необходимо соединить в единое целое такое количество делящегося вещества, которое создаст надкритическую массу.

      По  принципу перевода делящегося вещества в надкритическое состояние атомные  заряды разделяются на заряды пушечного  и имплозивного типов.

2.1. Ядерные заряды «пушечного типа»

      В зарядах «пушечного типа» две  или больше частей делящегося вещества соединяются друг с другом в надкритическую массу в результате взрыва обычного взрывчатого вещества за счёт выстрела одной частью заряда в другую, закреплённую в противоположном конце прочного металлического  цилиндра, напоминающего орудийный ствол.

      Слайд № 2  

      Достоинством  схемы пушечного типа является возможность  создания зарядов сравнительно малого диаметра и высокой стойкостью к воздействию механических нагрузок, что позволяет использовать их в артиллерийских снарядах и минах.

      Недостатком такой схемы является трудность  обеспечения высокой надкритичности, вследствие чего коэффициент полезного использования его невелик.

2.2. Ядерные заряды имплозивного типа.

      В зарядах имплозивного типа делящееся  вещество переводится в надкритическое состояние  повышением его плотности в результате всестороннего обжатия с помощью взрыва обычного взрывчатого вещества, поскольку критическая масса обратно пропорциональна квадрату плотности вещества.

      Слайд №3.

       За счёт инерции  ЯВВ и прочной оболочки ядерный  заряд удерживается некоторое время  в надкритическом состоянии, вследствие чего успевает разделиться определённое число ядер делящегося вещества.

      Достоинством  зарядов имплозивного типа является возможность получения высокой степени надкритичности и, следовательно, высокий коэффициент полезного использования вещества. 

2.3. Термоядерные заряды.

      Основными элементами термоядерного заряда является термоядерное горючее и атомный заряд – инициатор реакции синтеза.

      Слайд № 4

      

      Схема устройства термоядерного  боеприпаса типа «деление-синтез»

      1.- ядерный детонатор  (заряд деления); 2.- заряд для реакции  синтеза (дейтерид  лития); 3.- корпус

       

      На  предыдущем занятии в качестве наиболее значимой реакции получения ядерной энергии нами рассмотрена реакция соединения Д и Т:

      Д + Т → ₂Не + n + 17,6 МэВ                   (1)

      В связи с тем, что дейтерий и  тритий в свободном состоянии  представляют собой газы, а тритий, кроме того, является радиоактивным и дорогостоящим изотопом, в качестве первичного термоядерного горючего обычно используют дейтерид лития – твёрдое вещество, представляющее собой соединение дейтерия и изотопа лития  ₃Li.

      При облучении лития – 6 нейтронами, возникающими при взрыве атомного заряда (инициатора реакции синтеза), образуется тритий:

                         ₃Li + n → Т + ₂Не + 4,8 МэВ                   (2)       

      Образующийся  тритий вступает в реакцию с дейтерием (1) и выделяется основное количество энергии.

      Образующиеся  в реакции (1) нейтроны вновь приводят к образованию трития (2), т. е. к  поддержанию реакции синтеза.

      Рассматривая  на предыдущем занятии реакцию синтеза, мы обратили внимание на испускание нейтронов  высокой энергии. Эти нейтроны способны вызывать деление ядер изотопа урана  U-238. Изотоп U-238 является наиболее дешёвым и распространённым - в природной смеси урана содержится более 99,98 %. Поэтому для увеличения энергии взрыва в термоядерных зарядах используют оболочки из U-238. Деление ядер U-238 будет являться третьей фазой взрыва. Поэтому такие боеприпасы, основанные на принципе «деление – синтез – деление», называют трёхфазными или комбинированными.

2. Виды ядерных взрывов  и их характеристика.    

        В зависимости от способов  применения и задач, решаемых  применением ядерного оружия, вида  и места нахождения объектов  поражения, а также в зависимости от свойств окружающей зону взрыва среды, ядерные взрывы разделяют на воздушные, высотные, наземные (надводные) и подземные (подводные).

      Воздушными  ядерными взрывами называются взрывы, для которых средой, окружающей зону взрыва, является воздух.  К воздушным взрывам относятся взрывы в атмосфере на высотах:

3,5 ³√q ≤ H ≤ 10 000 м, где

      q – мощность взрыва, т

      Различают два основных вида воздушных взрывов:

      -низкий  взрыв

3,5 ³√q ≤ H ≤ 10 ³√q

      -высокий  взрыв

H ≥ 10 ³√q

      Наземными ядерными взрывами называются взрывы на поверхности земли (контактные) и взрывы в воздухе на высотах H ‹ 3,5 ³√q.

      Высотными ядерными взрывами называются взрывы, для которых средой, окружающей зону взрыва, является разрежённый воздух. К таким взрывам относят взрывы на высотах более 10 км.