Care este presiunea în timpul exploziei unei bombe atomice. Clasificarea armelor nucleare. Informații generale scurte
Din cursul fizicii se știe că nucleonii din nucleu - protoni și neutroni - sunt ținuți împreună printr-o interacțiune puternică. Depășește cu mult forțele de repulsie Coulomb, astfel încât nucleul în ansamblu este stabil. În secolul al XX-lea, marele om de știință Albert Einstein a descoperit că masa nucleonilor individuali este ceva mai mare decât masa lor în stare legată (când formează un nucleu). Unde se duce o parte din masă? Se dovedește că trece în energia de legare a nucleonilor și datorită acesteia pot exista nuclee, atomi și molecule.
Majoritatea nucleelor cunoscute sunt stabile, dar există și radioactive. Ei radiază continuu energie, deoarece sunt supuși dezintegrarii radioactive. Nucleele unor astfel de elemente chimice nesigure pentru oameni, dar nu emit energie capabilă să distrugă orașe întregi.
Energia colosală apare ca rezultat al unei reacții nucleare în lanț. Izotopul uraniu-235, precum și plutoniul, sunt folosite ca combustibil nuclear într-o bombă atomică. Când un neutron lovește nucleul, acesta începe să se dividă. Neutronul, fiind o particulă fără sarcină electrică, poate pătrunde cu ușurință în structura nucleului, ocolind acțiunea forțelor interacțiunii electrostatice. Ca urmare, va începe să se întindă. Interacțiunea puternică dintre nucleoni va începe să slăbească, în timp ce forțele Coulomb vor rămâne aceleași. Nucleul de uraniu-235 se va împărți în două (rar trei) fragmente. Vor apărea doi neutroni suplimentari, care pot intra apoi într-o reacție similară. Prin urmare, se numește lanț: ceea ce provoacă reacția de fisiune (neutron) este produsul său.
Ca rezultat al unei reacții nucleare, este eliberată energie care a legat nucleonii din nucleul părinte al uraniului-235 (energie de legare). Această reacție stă la baza funcționării reactoarelor nucleare și a exploziilor. Pentru implementarea sa, trebuie îndeplinită o condiție: masa de combustibil trebuie să fie subcritică. Când plutoniul se combină cu uraniul-235, are loc o explozie.
Explozie nucleara
După ciocnirea nucleelor de plutoniu și uraniu, se formează o undă de șoc puternică care afectează toată viața pe o rază de aproximativ 1 km. Mingea de foc care a apărut la locul exploziei se extinde treptat până la 150 de metri. Temperatura sa scade la 8 mii Kelvin, când unda de șoc se deplasează suficient de departe. Aerul încălzit transportă praf radioactiv pe distanțe mari. O explozie nucleară este însoțită de radiații electromagnetice puternice.
Puterea armelor nucleare
Armele nucleare au o putere enormă. în fisiunea uraniului
masa de ordinul unui kilogram eliberează aceeași cantitate de energie ca
în explozia de TNT cântărind aproximativ 20 de mii de tone. Reacțiile de fuziune termonucleară consumă și mai multă energie.
Munițiile nucleare sunt muniții care conțin o încărcătură nucleară.
Armele nucleare sunt:
focoase nucleare de rachete balistice, antiaeriene, de croazieră și torpile;
bombe nucleare;
obuze de artilerie, mine și mine terestre.
Puterea de explozie a armelor nucleare este de obicei măsurată în unități de echivalent TNT. Echivalentul TNT este masa de trinitrotoluen care ar oferi o explozie echivalentă în putere cu explozia unei anumite arme nucleare. De obicei, se măsoară în kilotone (kT) sau megatone (MgT). Echivalentul TNT este condiționat, deoarece distribuția energiei unei explozii nucleare peste diverși factori dăunători depinde în mod semnificativ de tipul de muniție și, în orice caz, este foarte diferită de o explozie chimică. Munițiile nucleare moderne au un echivalent TNT de la câteva zeci de tone la câteva zeci de milioane de tone de TNT.
În funcție de putere, armele nucleare sunt de obicei împărțite în 5 calibre: ultra-mici (mai puțin de 1 kT), mici (de la 1 la 10 kT), medii (de la 10 la 100 kT), mari (de la 100 kT la 1 MgT). ), foarte mare (peste 1 MgT)
Încărcăturile termonucleare sunt echipate cu muniție de calibru super-mari, mare și mediu; încărcături nucleare - calibru ultra-mic, mic și mediu, încărcăturile cu neutroni sunt echipate cu muniție - calibru ultra-mic și mic.
Factorii dăunători ai unei explozii nucleare
O explozie nucleară este capabilă să distrugă sau să invalideze instantaneu oamenii neprotejați, echipamentele, structurile și diversele materiale aflate în picioare în mod deschis. Principalii factori dăunători ai unei explozii nucleare (PFYAV) sunt:
undă de șoc;
radiații luminoase;
radiații penetrante;
contaminarea radioactivă a zonei;
impuls electromagnetic (EMP).
În timpul unei explozii nucleare în atmosferă, distribuția energiei eliberate între PNF-uri este aproximativ următoarea: aproximativ 50% pentru unda de șoc, 35% pentru ponderea radiației luminoase, 10% pentru contaminarea radioactivă și 5% pentru penetrare. radiații și EMP.
unda de soc
Unda de șoc în majoritatea cazurilor este principalul factor dăunător într-o explozie nucleară. Prin natura sa, este asemănător cu unda de șoc a unei explozii complet obișnuite, dar acționează mai mult timp și are o putere distructivă mult mai mare. Unda de șoc a unei explozii nucleare poate provoca, la o distanță considerabilă de centrul exploziei, răni oamenilor, distruge structuri și deteriora echipament militar.
Unda de șoc este o zonă de comprimare puternică a aerului, care se propagă cu viteză mare în toate direcțiile din centrul exploziei. Viteza sa de propagare depinde de presiunea aerului din fața undei de șoc; aproape de centrul exploziei, depășește viteza sunetului de câteva ori, dar scade brusc odată cu creșterea distanței de la locul exploziei. Pentru primele 2 sec. unda de soc parcurge aproximativ 1000 m, in 5 secunde - 2000 m, in 8 secunde. - aproximativ 3000 m.
Efectele dăunătoare ale unei unde de șoc asupra oamenilor și efectul distructiv asupra echipamentelor militare, structurilor de inginerie și materialelor sunt determinate în primul rând de presiunea excesivă și viteza de mișcare a aerului în fața acestuia. Oamenii neprotejați pot fi, în plus, uimiți de fragmente de sticlă care zboară cu mare viteză și fragmente de clădiri distruse, copaci căzuți, precum și părți împrăștiate de echipament militar, bulgări de pământ, pietre și alte obiecte puse în mișcare de înaltul presiunea vitezei undei de șoc. Cele mai mari pagube indirecte se vor observa în aşezări şi în pădure; în aceste cazuri, pierderea populaţiei poate fi mai mare decât din acţiunea directă a undei de şoc. Daunele cauzate de unda de șoc se împart în
1) plămânii,
2) mediu,
3) grele și
4) extrem de grele.
Gradul de deteriorare de către o undă de șoc depinde în primul rând de puterea și tipul exploziei nucleare. Cu o explozie de aer cu o putere de 20 kT, sunt posibile răniri minore la oameni la distanțe de până la 2,5 km, medii - până la 2 km, severe - până la 1,5 km, extrem de grave - până la 1,0 km de epicentrul explozie. Odată cu creșterea calibrului unei arme nucleare, razele de daune cauzate de unda de șoc cresc proporțional cu rădăcina cubă a puterii de explozie.
Protecția garantată a oamenilor de unda de șoc este asigurată prin adăpostirea lor în adăposturi. In lipsa adaposturilor se folosesc adaposturi naturale si teren.
Într-o explozie subterană, o undă de șoc are loc în pământ, iar într-o explozie subacvatică, în apă. Unda de soc, propagandu-se in pamant, provoaca deteriorari structurilor subterane, canalelor, conductelor de apa; atunci când se răspândește în apă, se observă deteriorarea părții subacvatice a navelor situate chiar și la o distanță considerabilă de locul exploziei.
În ceea ce privește clădirile civile și industriale, gradul de distrugere se caracterizează prin 1) slab,
2) mediu,
3) puternic și 4) distrugere completă.
Distrugerea slabă este însoțită de distrugerea umpluturilor ferestrelor și ușilor și a pereților despărțitori ușoare, acoperișul este parțial distrus, sunt posibile fisuri în pereții etajelor superioare. Pivnițele și etajele inferioare sunt complet conservate.
Distrugerea medie se manifestă prin distrugerea acoperișurilor, pereților despărțitori interioare, ferestrelor, prăbușirii podelelor mansardelor, crăpăturilor în pereți. Restaurarea clădirilor este posibilă în timpul reparațiilor majore.
Distrugerea severă se caracterizează prin distrugerea structurilor portante și a tavanelor etajelor superioare, apariția fisurilor în pereți. Utilizarea clădirilor devine imposibilă. Repararea și restaurarea clădirilor devine impracticabilă.
Odată cu distrugerea completă, toate elementele principale ale clădirii se prăbușesc, inclusiv structurile portante. Este imposibil să folosiți astfel de clădiri și, pentru a nu reprezenta un pericol, sunt complet prăbușite.
Este necesar să se observe capacitatea undei de șoc. La fel ca apa, se poate „scurge” în spații închise nu numai prin ferestre și uși, ci și prin găuri mici și chiar prin fisuri. Acest lucru duce la distrugerea pereților despărțitori și a echipamentelor din interiorul clădirii și la înfrângerea oamenilor din ea.
Armele nucleare au o putere enormă. în fisiunea uraniului
masa de ordinul unui kilogram eliberează aceeași cantitate de energie ca
în explozia de TNT cântărind aproximativ 20 de mii de tone. Reacțiile de fuziune termonucleară consumă și mai multă energie. Puterea de explozie a armelor nucleare este de obicei măsurată în unități de echivalent TNT. Echivalentul TNT este masa de trinitrotoluen care ar oferi o explozie echivalentă în putere cu explozia unei anumite arme nucleare. De obicei, se măsoară în kilotone (kT) sau megatone (MgT).
În funcție de putere, armele nucleare sunt împărțite în calibre:
Ultra mic (mai puțin de 1 kT)
Mic (de la 1 la 10 kT)
Mediu (de la 10 la 100 kT)
Mare (de la 100 kT la 1 MgT)
Extra mare (peste 1 MgT)
Încărcăturile termonucleare sunt echipate cu muniție pentru super-mari, mari
și calibre medii; nuclear-ultra-mic, calibru mic și mediu,
neutroni-ultra-mice și calibre mici.
1.5 Tipuri de explozii nucleare
În funcție de sarcinile rezolvate de arme nucleare, de tip și locație
obiectele asupra cărora sunt planificate lovituri nucleare, precum și natura
ostilitățile viitoare, exploziile nucleare pot fi efectuate în
aer, la suprafața pământului (apa) și subteran (apa). Potrivit
Prin aceasta, se disting următoarele tipuri de explozii nucleare:
Aer (înalt și scăzut)
Suprafata solului)
Subteran (sub apă)
1.6 Factorii nocivi ai unei explozii nucleare.
O explozie nucleară este capabilă să distrugă sau să invalideze instantaneu
oameni neprotejați, echipamente deschise în picioare, structuri și diverse
resurse materiale. Principalii factori dăunători ai unei explozii nucleare sunt:
unda de soc
emisie de lumină
radiatii penetrante
Contaminarea radioactivă a zonei
impuls electromagnetic
Luați în considerare:
a) Unda de șoc este, în majoritatea cazurilor, principala pagubă
factor într-o explozie nucleară. Este similar în natură cu o undă de șoc.
explozie convențională, dar durează mai mult și are
forță mult mai distructivă. Unda de șoc a unei explozii nucleare
poate provoca daune la o distanță considerabilă de centrul exploziei
oameni, distrug structuri și deteriora echipamentele militare.
Unda de șoc este o zonă de comprimare puternică a aerului,
propagandu-se cu viteza mare in toate directiile din centrul exploziei.
Viteza sa de propagare depinde de presiunea aerului din față
undă de șoc; aproape de centrul exploziei, este de câteva ori mai mare decât
viteza sunetului, dar scade brusc odată cu creșterea distanței de la locul exploziei.
În primele 2 secunde, unda de șoc parcurge aproximativ 1000 m, în 5 secunde - 2000 m,
timp de 8 secunde - aproximativ 3000 m. Aceasta servește drept justificare pentru standardul N5 ZOMP
„Acțiuni în izbucnirea unei explozii nucleare”: excelent - 2 sec, bun - 3 sec,
Satisfăcător - 4 sec.
Efectul dăunător al undei de șoc asupra oamenilor și efectul distructiv asupra
echipamente militare, structuri și materiale inginerești
totul determinat de presiunea în exces și viteza aerului în
fata ei. Suprapresiunea este diferența dintre presiunea maximă din fața undei de șoc și presiunea atmosferică normală din fața acesteia. Se măsoară în newtoni pe metru pătrat (N/m2). Această unitate de presiune se numește pascal (Pa). 1 N / m 2 \u003d 1 Pa (1 kPa 0,01 kgf / cm 2).
Cu o presiune în exces de 20-40 kPa, persoanele neprotejate pot suferi răni ușoare (vânătăi ușoare și contuzii). Impactul unei unde de șoc cu o suprapresiune de 40-60 kPa duce la leziuni moderate: pierderea conștienței, afectarea organelor auditive, luxarea severă a membrelor, sângerare din nas și urechi. Leziunile grave apar la o presiune în exces de peste 60 kPa și se caracterizează prin contuzii severe ale întregului corp, fracturi ale membrelor și leziuni ale organelor interne. Leziuni extrem de severe, adesea fatale, se observă la suprapresiune peste 100 kPa.
În plus, persoanele neprotejate pot fi lovite de zbor
cu mare viteză cu fragmente de sticlă și fragmente de clădiri distrugabile,
căderea copacilor, precum și părți împrăștiate ale echipamentului militar,
bulgări de pământ, pietre și alte obiecte puse în mișcare
viteza undei de șoc. Cele mai mari pagube indirecte se vor observa în aşezări şi în pădure; în aceste cazuri, pierderea de trupe poate fi mai mare decât din acţiunea directă a undei de şoc.
Unda de șoc este capabilă să provoace daune în spații închise,
pătrunzând prin crăpături și găuri.
Cu o creștere a calibrului unei arme nucleare, razele de distrugere printr-o undă de șoc
crește proporțional cu rădăcina cubă a puterii exploziei. Într-o explozie subterană, o undă de șoc are loc în pământ, iar într-o explozie subacvatică, în apă.
În plus, cu aceste tipuri de explozii, o parte din energie este cheltuită pentru a crea
undă de șoc și în aer. Unda de șoc care se propagă în pământ
provoacă daune structurilor subterane, canalizării, alimentării cu apă;
când se răspândește în apă, se observă deteriorarea părții subacvatice
nave situate chiar şi la o distanţă considerabilă de locul exploziei.
b) Radiația luminoasă a unei explozii nucleare este un curent
energie radiantă, inclusiv ultraviolete, vizibile și infraroșii
radiatii. Sursa de radiație luminoasă este o zonă luminoasă,
constând din produse fierbinți ale exploziei și aer cald. Luminozitate
emisia de lumină în prima secundă este de câteva ori mai mare decât luminozitatea
Energia luminoasă absorbită este transformată în energie termică
conduce la încălzirea stratului superficial al materialului. Încălzirea poate fi
suficient de puternic pentru a carboniza sau a aprinde combustibilul
material și fisurarea sau topirea materialelor incombustibile, ceea ce poate duce la
la incendii uriaşe. În acest caz, acțiunea radiației luminoase dintr-o explozie nucleară
echivalent cu utilizarea masivă a armelor incendiare, care
discutat în a patra întrebare de studiu.
Pielea umană absoarbe și energia radiațiilor luminoase, pt
datorită căruia se poate încălzi până la o temperatură ridicată și se poate arde. ÎN
în primul rând, arsurile apar pe zonele deschise ale corpului îndreptate
partea exploziei. Dacă te uiți în direcția exploziei cu ochii neprotejați, atunci
posibile leziuni ale ochilor, ducând la pierderea completă a vederii.
Arsurile cauzate de radiațiile luminoase nu diferă de cele obișnuite,
cauzate de incendiu sau de apă clocotită. Ele sunt mai puternice cu cât distanța este mai mică
explozie și cu cât puterea muniției este mai mare. Cu o explozie de aer, efectul dăunător al radiației luminoase este mai mare decât cu o explozie a solului de aceeași putere.
În funcție de impulsul de lumină perceput, arsurile sunt împărțite în trei
grad. Arsurile de gradul I se manifestă în leziuni superficiale ale pielii: roșeață, umflături, dureri. Arsurile de gradul doi provoacă formarea de vezicule pe piele. Arsurile de gradul trei provoacă necroză și ulcerații ale pielii.
La o explozie aeriană a unei muniții cu o putere de 20 kT și o transparență atmosferică de aproximativ 25 km, se vor observa arsuri de gradul I pe o rază de 4,2.
km de centrul exploziei; în explozia unei sarcini cu o putere de 1 MgT, această distanță
va crește la 22,4 km. Arsurile de gradul doi apar la distanțe
2,9 și 14,4 km și arsuri de gradul trei - la distanțe de 2,4 și 12,8 km
respectiv pentru muniţie cu o capacitate de 20 kT şi 1MgT.
c) Radiația care pătrunde este un flux invizibil de raze gamma
cuante și neutroni emiși din zona unei explozii nucleare. Gamma quanta
iar neutronii se propagă în toate direcțiile din centrul exploziei timp de sute
metri. Odată cu creșterea distanței de la explozie, numărul de cuante gama și
neutronii care trec printr-o unitate de suprafață scade. La
explozii nucleare subterane și subacvatice efectul radiațiilor penetrante
se întinde pe distanţe mult mai scurte decât cu cele terestre şi
explozii de aer, care se explică prin absorbția fluxului de neutroni și gamma
apă cuantică.
Zonele afectate de radiații penetrante în timpul exploziilor de arme nucleare
puterea medie și mare sunt oarecum mai mici decât zonele afectate de unda de șoc și radiația luminoasă. Pentru muniția cu un echivalent TNT mic (1000 de tone sau mai puțin), dimpotrivă, zonele de efecte dăunătoare ale radiației penetrante depășesc zonele de deteriorare prin undele de șoc și radiațiile luminoase.
Efectul dăunător al radiației penetrante este determinat de capacitatea
razele gamma și neutronii ionizează atomii mediului în care se propagă. trecând prin tesut viu, quanta gamma și neutronii ionizează atomii și moleculele care alcătuiesc celulele, ceea ce duce la
încălcarea funcțiilor vitale ale organelor și sistemelor individuale. Sub influenta
ionizare în organism, au loc procese biologice de moarte și descompunere a celulelor. Drept urmare, persoanele afectate dezvoltă o boală specifică numită boala radiațiilor.
d) Principalele surse de contaminare radioactivă sunt produsele de fisiune ai unei sarcini nucleare și izotopii radioactivi formați ca urmare a impactului neutronilor asupra materialelor din care este fabricată o armă nucleară și asupra unor elemente care alcătuiesc solul în explozie. zonă.
Într-o explozie nucleară la sol, zona luminoasă atinge pământul. În interiorul ei sunt atrase mase de sol care se evaporă, care se ridică. La răcire, vaporii produselor de fisiune ai solului se condensează pe particule solide. Se formează un nor radioactiv. Se ridică la o înălțime de mulți kilometri, apoi se mișcă cu vântul cu o viteză de 25-100 km/h. Particulele radioactive, care cad din nor pe sol, formează o zonă de contaminare radioactivă (urma), a cărei lungime poate ajunge la câteva sute de kilometri.
Contaminarea radioactivă a oamenilor, echipamentelor militare, terenului și diverselor
obiectele dintr-o explozie nucleară este cauzată de fragmente de fisiune de materie
sarcină și partea nereacționată a încărcăturii care cade din norul de explozie,
precum si radioactivitatea indusa.
În timp, activitatea fragmentelor de fisiune scade rapid,
mai ales în primele ore după explozie. De exemplu, activitatea generală
fragmente de fisiune în timpul exploziei unei arme nucleare cu o putere de 20 kT prin
o zi va fi de câteva mii de ori mai puțin de un minut după
În timpul exploziei unei arme nucleare, o parte din substanța încărcăturii nu este expusă
diviziune, dar cade în forma sa obișnuită; degradarea sa este însoțită de formarea de particule alfa. Radioactivitatea indusă se datorează izotopilor radioactivi formați în sol ca urmare a iradierii acestuia cu neutroni emiși în momentul exploziei de către nucleele atomilor elementelor chimice care alcătuiesc solul. Izotopii rezultați sunt de obicei
beta-activ, dezintegrarea multora dintre ele este însoțită de radiații gamma.
Timpurile de înjumătățire ale majorității izotopilor radioactivi rezultați sunt relativ scurte, de la un minut la o oră. În acest sens, activitatea indusă poate fi periculoasă doar în primele ore după explozie și doar în zona apropiată de epicentrul acesteia.
Cea mai mare parte a izotopilor cu viață lungă este concentrată în radioactiv
norul care se formează după explozie. Înălțimea norilor pentru
muniția cu o capacitate de 10 kT este de 6 km, pentru muniția cu o capacitate de 10 MgT
este de 25 km. Pe măsură ce norii avansează, ei cad primii din ea
se formează particulele cele mai mari, apoi din ce în ce mai mici
calea de mișcare a zonei de contaminare radioactivă, așa-numita urmă a norului.
Mărimea urmei depinde în principal de puterea armei nucleare,
precum şi asupra vitezei vântului şi poate ajunge la câteva sute în lungime şi
lățime de câteva zeci de kilometri.
Leziunile datorate expunerii interne apar ca urmare a
substanţele radioactive care pătrund în organism prin sistemul respirator şi
tract gastrointestinal. În acest caz, intră emisiile radioactive
în contact direct cu organele interne şi poate provoca
boală severă de radiații; natura bolii va depinde de cantitatea de substanțe radioactive care au pătruns în organism.
Pentru armament, echipamente militare și structuri inginerești, radioactive
substanțele nu sunt dăunătoare.
e) Un impuls electromagnetic este un câmp electromagnetic de scurtă durată care apare în timpul exploziei unei arme nucleare ca urmare a interacțiunii razelor gamma și neutronilor emise după o explozie nucleară cu atomii mediului. Consecința impactului său este arderea sau defecțiunile elementelor individuale ale echipamentelor radio-electronice și electrice.
Înfrângerea oamenilor este posibilă numai în acele cazuri în care aceștia vin în contact cu linii de sârmă extinse în momentul exploziei.
Cele mai fiabile mijloace de protecție împotriva tuturor factorilor dăunători ai unei explozii nucleare sunt structurile de protecție. Pe teren, trebuie să vă adăpostiți în spatele obiectelor locale puternice, în pante inversate de înălțime, în faldurile terenului.
Atunci când se operează în zone contaminate, se folosesc echipamente de protecție respiratorie (măști de gaz, aparate respiratorii, măști anti-praf din țesătură și bandaje din tifon de bumbac), precum și echipamente de protecție a pielii, pentru a proteja organele respiratorii, ochii și zonele deschise ale corpului de substante radioactive.
Caracteristicile efectului dăunător al munițiilor cu neutroni.
Munițiile cu neutroni sunt un tip de muniție nucleară. Ele se bazează pe sarcini termonucleare, care utilizează reacții de fisiune și fuziune nucleară. Explozia unei astfel de muniții are un efect dăunător în primul rând asupra oamenilor datorită fluxului puternic de radiații penetrante, în care o parte semnificativă (până la 40%) cade pe așa-numiții neutroni rapizi.
În timpul exploziei unei muniții cu neutroni, zona zonei afectate de radiația penetrantă depășește de câteva ori zona zonei afectate de unda de șoc. În această zonă, echipamentele și structurile pot rămâne nevătămate, iar oamenii primesc răni mortale.
Pentru protecția împotriva munițiilor cu neutroni se folosesc aceleași mijloace și metode ca și pentru protecția împotriva munițiilor nucleare convenționale. În plus, atunci când se construiesc adăposturi și adăposturi, se recomandă compactarea și umezirea solului așezat deasupra acestora, creșterea grosimii tavanelor și asigurarea unei protecție suplimentară pentru intrări și ieșiri. Proprietățile de protecție ale echipamentelor sunt îmbunătățite prin utilizarea protecției combinate, constând din substanțe care conțin hidrogen (de exemplu, polietilenă) și materiale de înaltă densitate (plumb).
Spre deosebire de reactoarele nucleare, în care are loc o reacție controlată de fisiune nucleară, o explozie nucleară eliberează o cantitate mare de energie nucleară rapid exponențial, continuând până când întreaga sarcină nucleară este epuizată. Energia nucleară poate fi eliberată în cantități mari în două procese - în reacția în lanț de fisiune a nucleelor grele de către neutroni și în reacția de conectare (fuziune) a nucleelor ușoare. De obicei, izotopii puri 235 U și 239 Pu sunt utilizați ca sarcină nucleară. Dispozitiv schematic bombă atomică prezentată în fig. unu.
Pentru a efectua o explozie nucleară ca urmare a unei reacții de fisiune în lanț, este necesar ca masa materialului fisionabil (uraniu-235, plutoniu-239 etc.) să o depășească pe cea critică (50 kg pentru 235 U și 11 kg). pentru 239 Pu). Înainte de explozie, sistemul trebuie să fie subcritic. De obicei, aceasta este o structură cu mai multe straturi. Trecerea la starea supercritică are loc datorită substanței fisile cu ajutorul unei unde de detonare sferică convergentă. Pentru o astfel de întâlnire, se folosește de obicei o explozie chimică a unei substanțe realizate dintr-un aliaj de TNT și RDX. Odată cu fisiunea completă a 1 kg de uraniu, se eliberează energie egală cu eliberarea energiei în timpul exploziei a 20 de kilotone de TNT. O explozie atomică se dezvoltă datorită numărului în creștere exponențial de nuclee fisionate în timp.
N(t) = N0exp(t/τ).
Timpul mediu dintre două evenimente succesive de fisiune este de 10 -8 sec. De aici se poate obtine o valoare de 10 -7 - 10 -6 sec pentru timpul de fisiune completa a 1 kg de exploziv nuclear. Aceasta determină momentul exploziei atomice.
Ca urmare a eliberării mari de energie în centrul bombei atomice, temperatura crește la 10 8 K, iar presiunea la 10 12 atm. Substanța se transformă într-o plasmă în expansiune.
Pentru implementarea unei explozii termonucleare se folosesc reacții de fuziune a nucleelor ușoare.
d + t 4 He + n +17,588 MeV
d + d 3 He + n + 3,27 MeV
d + D t + p + 4,03 MeV
3 El + d 4 El + p + 18,34 MeV
6 Li + n ® t + 4 He + 4,78 MeV
 Orez. 2. Schema unei bombe termonucleare |
Însăși ideea unei bombe cu hidrogen este extrem de simplă. Este un recipient cilindric umplut cu deuteriu lichid. Deuteriul trebuie încălzit după explozia unei bombe atomice convenționale. Cu o încălzire suficient de puternică, o cantitate mare de energie ar trebui să fie eliberată ca rezultat al reacției de fuziune între nucleele de deuteriu. Temperatura necesară pentru a începe o reacție termonucleară trebuie să fie de un milion de grade. Cu toate acestea, un studiu detaliat al secțiunilor transversale pentru reacțiile de fuziune a nucleelor de deuteriu, de care depinde viteza de propagare a reacției de ardere, a arătat că aceasta decurge insuficient de eficient și rapid. Energia termică eliberată de reacțiile de fuziune este disipată mult mai repede decât este completată de reacțiile de fuziune ulterioare. Desigur, în acest caz, procesul exploziv nu va avea loc. Va exista o răspândire a materialelor combustibile. O soluție fundamental nouă a fost că inițierea unei reacții termonucleare ar avea loc ca urmare a creării unui mediu deuteriu supradens. A fost propusă o metodă pentru crearea unui mediu deuteriu superdens sub acțiunea radiații cu raze X format în timpul exploziei unei bombe atomice. Ca urmare a comprimării substanței combustibile, are loc o reacție de fuziune termonucleară auto-susținută. Schematic, implementarea acestei abordări este prezentată în fig. 2.
După explozia unei sarcini nucleare, razele X eliberate din regiunea încărcăturii nucleare se propagă prin umplutura de plastic, ionizand atomii de carbon și hidrogen. Scutul de uraniu situat între zona încărcăturii nucleare și volumul cu deuterură de litiu previne încălzirea prematură a deuterurii de litiu. Sub acțiunea razelor X și a temperaturii ridicate, ca urmare a ablației, se creează o presiune enormă, comprimând capsula cu deuterură de litiu. Densitățile materialului capsulei cresc de zeci de mii de ori. Tija de plutoniu situată în centru ca urmare a unei unde de șoc puternic este, de asemenea, comprimată de mai multe ori și intră într-o stare supercritică. Neutronii rapizi formați în timpul exploziei unei sarcini nucleare, care au încetinit în deuterură de litiu la viteze termice, duc la reacții în lanț de fisiune a plutoniului, care acționează ca o siguranță suplimentară, provocând creșteri suplimentare de presiune și temperatură. Temperatura rezultată în urma unei reacții termonucleare crește la 300 milioane K., ceea ce duce în cele din urmă la un proces exploziv. Întregul proces de explozie durează zecimi de microsecundă.
Bombele termonucleare sunt mult mai puternice decât bombele atomice. De obicei, echivalentul lor TNT este 100 - 1000 kt (pentru bombe atomice este 1 - 20 kt).
O explozie nucleară produce o undă de șoc puternică în aer. Raza de deteriorare este invers proporțională cu rădăcina cubă a energiei de explozie. Pentru o bombă nucleară de 20 kt, este de aproximativ 1 km. Energia eliberată este transferată mediului înconjurător în câteva microsecunde. Se formează o minge de foc strălucitoare. Dupa 10 -2 - 10 -1 sec atinge o raza maxima de 150 m, temperatura ii scade la 8000 K (unda de soc merge mult inainte). În timpul de strălucire (secunde), 10 - 20% din energia de explozie trece în radiația electromagnetică. Aerul încălzit rarefiat, purtător de praf radioactiv ridicat din sol, atinge înălțimea de 10-15 km în câteva minute. În plus, norul radioactiv se întinde pe sute de kilometri. O explozie nucleară este însoțită de un flux puternic de neutroni și radiații electromagnetice.
Acțiune explozivă, bazată pe utilizarea energiei intranucleare eliberate în timpul reacțiilor în lanț de fisiune a nucleelor grele ale unor izotopi de uraniu și plutoniu sau în timpul reacțiilor termonucleare de fuziune a izotopilor de hidrogen (deuteriu și tritiu) în alții mai grei, de exemplu, nuclee izogon de heliu . În reacțiile termonucleare, energia este eliberată de 5 ori mai mult decât în reacțiile de fisiune (cu aceeași masă de nuclee).
Armele nucleare includ diferite arme nucleare, mijloace de livrare a acestora către țintă (purtători) și controale.
În funcție de metoda de obținere a energiei nucleare, muniția se împarte în nucleare (pe reacții de fisiune), termonucleare (pe reacții de fuziune), combinate (în care energia se obține după schema „fisiune-fuziune-fisiune”). Puterea armelor nucleare este măsurată în echivalent TNT, t. o masă de TNT exploziv, a cărei explozie eliberează o asemenea cantitate de energie precum explozia unui bosiripas nuclear dat. Echivalentul TNT se măsoară în tone, kilotone (kt), megatone (Mt).
Muniția cu o capacitate de până la 100 kt este proiectată pe reacții de fisiune, de la 100 la 1000 kt (1 Mt) pe reacții de fuziune. Munițiile combinate pot depăși 1 Mt. După putere, armele nucleare sunt împărțite în ultra-mici (până la 1 kg), mici (1-10 kt), medii (10-100 kt) și extra-mari (mai mult de 1 Mt).
În funcție de scopul utilizării armelor nucleare, exploziile nucleare pot fi la mare altitudine (peste 10 km), aer (nu mai mult de 10 km), sol (la suprafață), subteran (sub apă).
Factorii dăunători ai unei explozii nucleare
Principalii factori dăunători ai unei explozii nucleare sunt: o undă de șoc, radiația luminoasă de la o explozie nucleară, radiația penetrantă, contaminarea radioactivă a zonei și un impuls electromagnetic.
unda de soc
Undă de șoc (SW)- o regiune de aer puternic comprimat, care se răspândește în toate direcțiile din centrul exploziei cu viteză supersonică.
Vaporii și gazele fierbinți, încercând să se extindă, produc o lovitură puternică straturilor de aer din jur, le comprimă la presiuni și densități mari și se încălzesc până la temperaturi ridicate (câteva zeci de mii de grade). Acest strat de aer comprimat reprezintă unda de șoc. Limita frontală a stratului de aer comprimat se numește frontul undei de șoc. Frontul SW este urmat de o zonă de rarefacție, unde presiunea este sub atmosferică. Aproape de centrul exploziei, viteza de propagare a SW este de câteva ori mai mare decât viteza sunetului. Pe măsură ce distanța de la explozie crește, viteza de propagare a undei scade rapid. La distanțe mari, viteza sa se apropie de viteza sunetului în aer.
Unda de șoc a unei muniții de putere medie trece: primul kilometru în 1,4 s; al doilea - în 4 s; al cincilea - în 12 s.
Efectul dăunător al hidrocarburilor asupra oamenilor, echipamentelor, clădirilor și structurilor se caracterizează prin: presiunea vitezei; suprapresiune în frontul de șoc și timpul impactului acestuia asupra obiectului (faza de compresie).
Impactul HC asupra oamenilor poate fi direct și indirect. Cu expunerea directă, cauza rănirii este o creștere instantanee a presiunii aerului, care este percepută ca o lovitură puternică care duce la fracturi, leziuni ale organelor interne și ruperea vaselor de sânge. Cu impact indirect, oamenii sunt uimiți de resturile zburătoare din clădiri și structuri, pietre, copaci, sticlă spartă și alte obiecte. Impactul indirect atinge 80% din toate leziunile.
Cu o suprapresiune de 20-40 kPa (0,2-0,4 kgf / cm 2), persoanele neprotejate pot suferi răni ușoare (vânătăi ușoare și contuzii). Impactul SW cu o suprapresiune de 40-60 kPa duce la leziuni de severitate moderată: pierderea conștienței, afectarea organelor auditive, luxații severe ale membrelor și afectarea organelor interne. Leziuni extrem de severe, adesea fatale, se observă la suprapresiune peste 100 kPa.
Gradul de deteriorare de către o undă de șoc a diferitelor obiecte depinde de puterea și tipul exploziei, de rezistența mecanică (stabilitatea obiectului), precum și de distanța la care s-a produs explozia, de terenul și de poziția obiectelor pe pamantul.
Pentru a proteja împotriva impactului hidrocarburilor, ar trebui să folosiți: șanțuri, fisuri și șanțuri, care își reduc efectul de 1,5-2 ori; piguri - de 2-3 ori; adăposturi - de 3-5 ori; subsoluri ale caselor (cladiri); teren (pădure, râpe, goluri etc.).
emisie de lumină
emisie de lumină este un flux de energie radiantă, inclusiv razele ultraviolete, vizibile și infraroșii.
Sursa sa este o zonă luminoasă formată din produsele fierbinți ai exploziei și aerul fierbinte. Radiația luminoasă se propagă aproape instantaneu și durează, în funcție de puterea unei explozii nucleare, până la 20 s. Cu toate acestea, puterea sa este de așa natură încât, în ciuda duratei sale scurte, poate provoca arsuri ale pielii (pielei), deteriorarea (permanentă sau temporară) a organelor vizuale ale oamenilor și aprinderea materialelor combustibile ale obiectelor. În momentul formării unei regiuni luminoase, temperatura de pe suprafața acesteia atinge zeci de mii de grade. Principalul factor dăunător al radiației luminoase este impulsul luminos.
Puls de lumină - cantitatea de energie în calorii care se încadrează pe unitatea de suprafață a suprafeței perpendicular pe direcția radiației, pe întreaga durată a strălucirii.
Slăbirea radiației luminoase este posibilă datorită ecranării acesteia de către nori atmosferici, terenuri denivelate, vegetație și obiecte locale, ninsori sau fum. Astfel, un strat gros atenuează pulsul luminos de A-9 ori, un strat rar - de 2-4 ori, iar ecranele de fum (aerosoli) - de 10 ori.
Pentru a proteja populația de radiațiile luminoase, este necesar să se utilizeze structuri de protecție, subsoluri ale caselor și clădirilor și proprietățile de protecție ale terenului. Orice obstacol capabil să creeze o umbră protejează împotriva acțiunii directe a radiațiilor luminoase și elimină arsurile.
radiatii penetrante
radiatii penetrante- note de raze gamma și neutroni emise din zona unei explozii nucleare. Timpul de acțiune este de 10-15 s, intervalul este de 2-3 km de centrul exploziei.
În exploziile nucleare convenționale, neutronii reprezintă aproximativ 30%, în explozia muniției cu neutroni - 70-80% din radiația y.
Efectul dăunător al radiațiilor penetrante se bazează pe ionizarea celulelor (moleculelor) unui organism viu, ducând la moarte. Neutronii, în plus, interacționează cu nucleele atomilor anumitor materiale și pot provoca activitate indusă în metale și tehnologie.
Principalul parametru care caracterizează radiația penetrantă este: pentru radiația γ - doza și rata dozei de radiație, iar pentru neutroni - fluxul și densitatea fluxului.
Doze admise de expunere publică în timp de război: singur - in termen de 4 zile 50 R; multiplu - in 10-30 zile 100 R; pe parcursul trimestrului - 200 R; în timpul anului - 300 R.
Ca urmare a trecerii radiatiilor prin materialele mediului inconjurator, intensitatea radiatiei scade. Efectul de slăbire este de obicei caracterizat printr-un strat de jumătate de atenuare, adică cu. o astfel de grosime a materialului, trecând prin care radiația este redusă de 2 ori. De exemplu, intensitatea razelor y este redusă de 2 ori: oțel de 2,8 cm grosime, beton - 10 cm, pământ - 14 cm, lemn - 30 cm.
Structurile de protecție sunt folosite ca protecție împotriva radiațiilor penetrante, care slăbesc impactul acestuia de la 200 la 5000 de ori. Un strat de kilograme de 1,5 m protejează aproape complet de radiațiile penetrante.
Contaminare radioactivă (contaminare)
Contaminarea radioactivă a aerului, a terenului, a zonei de apă și a obiectelor situate pe acestea are loc ca urmare a căderii substanțelor radioactive (RS) din norul unei explozii nucleare.
La o temperatură de aproximativ 1700 ° C, strălucirea regiunii luminoase a unei explozii nucleare se oprește și se transformă într-un nor întunecat, la care se ridică o coloană de praf (prin urmare, norul are formă de ciupercă). Acest nor se mișcă în direcția vântului, iar RV-urile cad din el.
Sursele de substanțe radioactive din nor sunt produsele de fisiune ai combustibilului nuclear (uraniu, plutoniu), partea nereacționată a combustibilului nuclear și izotopii radioactivi formați ca urmare a acțiunii neutronilor la sol (activitate indusă). Aceste RV, aflate pe obiecte contaminate, se degradează, emitând radiații ionizante, care de fapt sunt factorul dăunător.
Parametrii contaminării radioactive sunt doza de radiații (în funcție de impactul asupra oamenilor) și debitul dozei de radiații - nivelul de radiație (în funcție de gradul de contaminare a zonei și diferitelor obiecte). Acești parametri sunt o caracteristică cantitativă a factorilor dăunători: contaminarea radioactivă în timpul unui accident cu eliberare de substanțe radioactive, precum și contaminarea radioactivă și radiațiile penetrante în timpul unei explozii nucleare.
Pe terenul care a suferit contaminare radioactivă în timpul unei explozii nucleare se formează două secțiuni: zona exploziei și urma norului.
În funcție de gradul de pericol, zona contaminată de-a lungul urmei norului de explozie este de obicei împărțită în patru zone (Fig. 1):
Zona A- zona de infectie moderata. Se caracterizează printr-o doză de radiație până la dezintegrarea completă a substanțelor radioactive la limita exterioară a zonei 40 rad și la interior - 400 rad. Suprafața zonei A este de 70-80% din suprafața întregii amprente.
Zona B- zona de infectie severa. Dozele de radiație la limite sunt de 400 rad și, respectiv, 1200 rad. Aria zonei B este de aproximativ 10% din suprafața urmei radioactive.
Zona B- zonă de infecție periculoasă. Se caracterizează prin doze de radiații la granițele de 1200 rad și 4000 rad.
Zona G- zona de infectie extrem de periculoasa. Doze la limitele de 4000 rad și 7000 rad.
Orez. 1. Schema de contaminare radioactivă a zonei în zona unei explozii nucleare și în urma mișcării norului
Nivelurile de radiație la limitele exterioare ale acestor zone la 1 oră după explozie sunt de 8, 80, 240, 800 rad/h, respectiv.
Cea mai mare parte a precipitațiilor radioactive, care provoacă contaminarea radioactivă a zonei, cade din nor la 10-20 de ore după o explozie nucleară.
impuls electromagnetic
Impuls electromagnetic (EMP) este un ansamblu de câmpuri electrice și magnetice rezultate din ionizarea atomilor mediului sub influența radiațiilor gamma. Durata sa este de câteva milisecunde.
Principalii parametri ai EMR sunt curenții și tensiunile induse în fire și linii de cablu, care pot duce la deteriorarea și dezactivarea echipamentelor electronice și, uneori, la deteriorarea persoanelor care lucrează cu echipamentul.
În timpul exploziilor de sol și aer, efectul dăunător al unui impuls electromagnetic este observat la o distanță de câțiva kilometri de centrul unei explozii nucleare.
Cea mai eficientă protecție împotriva unui impuls electromagnetic este ecranarea liniilor de alimentare și de control, precum și a echipamentelor radio și electrice.
Situația care se dezvoltă în timpul utilizării armelor nucleare în centrele de distrugere.
Accentul distrugerii nucleare este teritoriul în care, ca urmare a utilizării armelor nucleare, distrugerea în masă și moartea oamenilor, animalelor și plantelor de fermă, distrugerea și deteriorarea clădirilor și structurilor, rețelelor și liniilor de utilități și energie și tehnologice, au avut loc comunicații de transport și alte obiecte.
Zonele de focalizare ale unei explozii nucleare
Pentru a determina natura unei posibile distrugeri, volumul și condițiile pentru efectuarea de salvare și alte lucrări urgente, locul leziunii nucleare este împărțit condiționat în patru zone: distrugere completă, puternică, medie și slabă.
Zona de distrugere completă are o suprapresiune în fața undei de șoc de 50 kPa la graniță și se caracterizează prin pierderi masive irecuperabile în rândul populației neprotejate (până la 100%), distrugerea completă a clădirilor și structurilor, distrugerea și deteriorarea utilității și energiei și tehnologice. rețele și linii, precum și părți de adăposturi de protecție civilă, formarea de blocaje solide în așezări. Pădurea este complet distrusă.
Zona cu pagube grave cu suprapresiune în fața undei de șoc de la 30 la 50 kPa se caracterizează prin: pierderi masive irecuperabile (până la 90%) în rândul populației neprotejate, distrugerea completă și gravă a clădirilor și structurilor, deteriorarea utilităților publice și a rețelelor și liniilor tehnologice. , formarea de blocaje locale și continue în așezări și păduri, conservarea adăposturilor și a majorității adăposturilor antiradiații de tip subsol.
Zona de deteriorare medie cu un exces de presiune de 20 până la 30 kPa se caracterizează prin pierderi iremediabile în rândul populației (până la 20%), distrugeri medii și severe ale clădirilor și structurilor, formarea de blocaje locale și focale, incendii continue, conservarea rețelelor de utilități, adăposturi și majoritatea adăposturilor antiradiații.
Zona de deteriorare slabă cu exces de presiune de la 10 la 20 kPa se caracterizează prin distrugerea slabă și medie a clădirilor și structurilor.
Focalizarea leziunii, dar numărul de morți și răniți poate fi proporțional cu sau depășește leziunea într-un cutremur. Deci, în timpul bombardamentului (putere bombei de până la 20 kt) al orașului Hiroshima din 6 august 1945, cea mai mare parte (60%) a fost distrusă, iar numărul morților s-a ridicat la 140.000 de oameni.
Personalul unităților economice și populația care intră în zonele de contaminare radioactivă sunt expuse la radiații ionizante, care provoacă boala radiațiilor. Severitatea bolii depinde de doza de radiații (iradiere) primită. Dependența gradului de radiație de mărimea dozei de radiații este dată în tabel. 2.
Tabelul 2. Dependența gradului de radiație de mărimea dozei de radiații
În condițiile ostilităților cu utilizarea armelor nucleare, teritorii vaste se pot dovedi a fi în zone de contaminare radioactivă, iar expunerea oamenilor poate căpăta un caracter de masă. Pentru a exclude supraexpunerea personalului instalației și a publicului în astfel de condiții și pentru a îmbunătăți stabilitatea funcționării instalațiilor economie nationalaîn condiţii de contaminare radioactivă în timp de război se stabilesc doze admisibile de radiaţii. Ele alcătuiesc:
- cu o singură iradiere (până la 4 zile) - 50 rad;
- iradiere repetată: a) până la 30 de zile - 100 rad; b) 90 zile - 200 rad;
- expunere sistematică (în cursul anului) 300 rad.
Cauzat de folosirea armelor nucleare, cele mai complexe. Pentru a le elimina, sunt necesare forțe și mijloace disproporționat mai mari decât în eliminarea situațiilor de urgență pe timp de pace.
