Energia nucleară
Armele nucleare au o putere enormă. În timpul fisiunii uraniului
o masă de aproximativ un kilogram eliberează aceeași cantitate de energie ca
într-o explozie de TNT cântărind aproximativ 20 de mii de tone. Reacțiile de fuziune 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 între diverși factori dăunători depinde în mod semnificativ de tipul de muniție și, în orice caz, este foarte diferită de o explozie chimică. Armele nucleare moderne au un echivalent TNT de câteva zeci de tone până 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 folosite pentru munițiile super-mari, mari și de calibru mediu; încărcături nucleare - calibru ultra-mic, mic și mediu, încărcăturile cu neutroni sunt echipate cu muniție - calibru ultra-mic și mic.
Factori dăunători ai unei explozii nucleare
O explozie nucleară poate distruge sau dezactiva instantaneu persoanele neprotejate, echipamentele deschise, structurile și diversele bunuri materiale. Principalii factori dăunători ai unei explozii nucleare (NFE) 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 PFYV-uri este aproximativ următoarea: aproximativ 50% pentru unda de șoc, 35% pentru radiația luminoasă, 10% pentru contaminarea radioactivă și 5% pentru radiația penetrantă și EMR.
Unda de soc
Unda de șoc în majoritatea cazurilor este principalul factor dăunător al unei explozii nucleare. Prin natura sa, este asemănător cu unda de șoc a unei explozii complet obișnuite, dar durează mai mult și are un efect mult mai mare. forță distructivă. Unda de șoc a unei explozii nucleare poate răni oamenii la o distanță considerabilă de centrul exploziei, poate distruge structuri și poate deteriora echipament militar.
O undă de șoc este o zonă de comprimare puternică a aerului care se răspândește cu viteză mare în toate direcțiile din centrul exploziei. Viteza de răspândire depinde de presiunea aerului din față undă de șoc; aproape de centrul exploziei este de câteva ori mai mare decât viteza sunetului, dar odată cu creșterea distanței de la locul exploziei scade brusc. In 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 inginerești și materialelor sunt determinate în primul rând de presiunea excesivă și viteza de mișcare a aerului în fața sa. Oamenii neprotejați pot fi, în plus, afectați de cioburi de sticlă și fragmente de clădiri distruse care zboară cu mare viteză, căderea copacilor, 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 zonele populate și pădurile; în aceste cazuri, pierderile populației pot fi mai mari decât din efectul direct al undei de șoc. Daunele cauzate de o undă de șoc sunt împărțite în
1) plămânii,
2) medie,
3) grele și
4) extrem de grele.
Gradul de deteriorare de la o undă de șoc depinde în primul rând de puterea și tipul exploziei nucleare. Într-o explozie de aer cu o putere de 20 kT, sunt posibile răniri ușoare ale oamenilor la distanțe de până la 2,5 km, medii - până la 2 km, severe - până la 1,5 km, extrem de severe - până la 1,0 km de epicentrul explozia. Pe măsură ce calibrul unei arme nucleare crește, raza daunei undelor de șoc crește 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.
În timpul unei explozii subterane, o undă de șoc are loc în pământ, iar în timpul unei explozii subacvatice, are loc în apă. Unda de șoc, care se propagă în pământ, provoacă daune structurilor subterane, canalelor și conductelor de apă; când se răspândește în apă, se observă deteriorarea părților subacvatice ale navelor situate chiar și la o distanță considerabilă de locul exploziei.
În raport cu clădirile civile și industriale, gradul de distrugere se caracterizează prin 1) slab,
2) medie,
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 și sunt posibile fisuri în pereții etajelor superioare. Subsolurile și etajele inferioare sunt complet conservate.
Distrugerea moderată se manifestă prin distrugerea acoperișurilor, a pereților despărțitori interioare, a ferestrelor, a prăbușirii podelelor mansardelor și a crăpăturilor în pereți. Restaurarea clădirilor este posibilă în timpul reparațiilor majore.
Distrugerea severă se caracterizează prin distrugerea structurilor portante și a tavanelor etajelor superioare și apariția fisurilor în pereți. Utilizarea clădirilor devine imposibilă. Repararea și restaurarea clădirilor devine impracticabilă.
În caz de distrugere completă, toate elementele principale ale clădirii se prăbușesc, inclusiv structurile de susținere. 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, poate „curge” 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 rănirea persoanelor din ea.
Arme nucleare
Armele nucleare sunt un set de arme nucleare, mijloace de livrare la țintă și mijloace de control. Se referă la armele de distrugere în masă (împreună cu armele biologice și chimice). O armă nucleară este un dispozitiv exploziv care utilizează energia nucleară - energie eliberată ca urmare a unei reacții nucleare în lanț asemănătoare unei avalanșe de fisiune a nucleelor grele și/sau reacții de fuziune termonucleară a nucleelor ușoare.
Acțiunea armelor nucleare se bazează pe utilizarea energiei de explozie a unui dispozitiv exploziv nuclear, eliberată ca urmare a unei reacții în lanț necontrolate, asemănătoare avalanșelor, de fisiune a nucleelor grele și/sau reacții de fuziune termonucleară.
Exploziile nucleare pot fi de următoarele tipuri:
· aer – în troposferă
· altitudine mare - în straturile superioare ale atmosferei și în spațiul aproape planetar
· cosmic - în spațiul circumplanetar profund și în orice altă zonă a spațiului cosmic
explozie la sol - aproape de sol
· explozie subterană (sub suprafața pământului)
suprafata (aproape de suprafata apei)
sub apă (sub apă)
Factori dăunători ai unei explozii nucleare:
undă de șoc
radiații luminoase
· radiaţii penetrante
· contaminare radioactivă
· impuls electromagnetic (EMP)
Raportul dintre puterea de influență a diferiților factori dăunători depinde de fizica specifică a unei explozii nucleare. De exemplu, o explozie termonucleară este caracterizată de altele mai puternice decât așa-numitele. O explozie atomică produce radiații luminoase, o componentă de raze gamma a radiației penetrante, dar o componentă corpusculară mult mai slabă a radiației penetrante și contaminarea radioactivă a zonei.
Oamenii expuși direct la factorii dăunători ai unei explozii nucleare, pe lângă daunele fizice, care sunt adesea fatale pentru oameni, experimentează o experiență puternică. impact psihologic din priveliștea terifiantă a exploziei și distrugerii. Un impuls electromagnetic (EMP) nu are un efect direct asupra organismelor vii, dar poate perturba funcționarea echipamentelor electronice (electronica tubulară și echipamentele fotonice sunt relativ insensibile la efectele EMP).
Clasificarea armelor nucleare
Toate armele nucleare pot fi împărțite în două categorii principale:
· „atomice” - dispozitive explozive monofazate sau monoetajate în care principala ieșire de energie provine din reacția nucleară de fisiune a nucleelor grele (uraniu-235 sau plutoniu) cu formarea de elemente mai ușoare
termonucleare (de asemenea „hidrogen”) - dispozitive explozive în două faze sau în două etape în care două procese fizice, localizate în zone diferite ale spațiului, sunt dezvoltate succesiv: în prima etapă, principala sursă de energie este reacția de fisiune a grelelor. nuclee, iar în al doilea, reacțiile de fisiune și fuziune termonucleară sunt utilizate în proporții variabile, în funcție de tipul și configurația muniției.
Puterea unei sarcini nucleare este măsurată în echivalent TNT - cantitatea de trinitrotoluen care trebuie detonată pentru a produce aceeași energie. Acesta este de obicei exprimat în kilotone (kt) și megatone (Mt). Echivalentul TNT este condiționat: în primul rând, 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. În al doilea rând, este pur și simplu imposibil să se realizeze arderea completă a cantității adecvate de exploziv chimic.
Se obișnuiește să se împartă armele nucleare în cinci grupuri în funcție de puterea lor:
· ultra-mic (mai puțin de 1 kt)
· mic (1 - 10 kt)
mediu (10 - 100 kt)
· mare (putere mare) (100 kt - 1 Mt)
· extra-mare (putere foarte mare) (peste 1 Mt)
Opțiuni de detonare nucleară
Schema de tun
„Designul tunului” a fost folosit în unele arme nucleare de prima generație. Esența circuitului de tun este de a trage o încărcătură de praf de pușcă dintr-un bloc de material fisionabil de masă subcritică („glonț”) într-un altul staționar („țintă”).
Un exemplu clasic de design de tun este bomba „Little Boy”, aruncată pe Hiroshima pe 6 august 1945.
Circuit imploziv
O schemă de detonare implozivă utilizează comprimarea materialului fisionabil printr-o undă de șoc focalizată creată de detonarea unui exploziv chimic. Pentru focalizarea undei de șoc se folosesc așa-numitele lentile explozive, iar detonarea se efectuează simultan în multe puncte cu mare precizie. Formarea unei unde de șoc convergente a fost asigurată prin utilizarea lentilelor explozive din explozivi „rapidi” și „lenti” - TATV (triaminotrinitrobenzen) și baratol (un amestec de trinitrotoluen cu azotat de bariu) și a unor aditivi (vezi animația). Crearea unui astfel de sistem pentru plasarea explozivilor și detonarea a fost la un moment dat una dintre sarcinile cele mai dificile și consumatoare de timp. Pentru a o rezolva, a fost necesar să se efectueze o cantitate gigantică de calcule complexe în hidrodinamica și dinamica gazelor.
A doua dintre bombele atomice folosite, „Fat Man”, aruncată pe Nagasaki la 9 august 1945, a fost executată conform aceleiași scheme.
2000 de explozii nucleare
Creatorul bombei atomice, Robert Oppenheimer, în ziua primului test al creierului său a spus: „Dacă sute de mii de sori s-ar ridica pe cer deodată, lumina lor ar putea fi comparată cu strălucirea emanată de la Domnul Suprem. .. Eu sunt Moartea, marele distrugător al lumilor, care aduc moartea tuturor viețuitoarelor” Aceste cuvinte erau un citat din Bhagavad Gita, pe care fizicianul american l-a citit în original.
Fotografii de la Lookout Mountain stau până la talie în praful ridicat de unda de șoc după o explozie nucleară (foto din 1953).
Numele provocării: Umbrella
Data: 8 iunie 1958
Putere: 8 kilotone
O explozie nucleară subacvatică a avut loc în timpul operațiunii Hardtack. Navele dezafectate au fost folosite drept ținte.
Numele provocării: Chama (ca parte a Proiectului Dominic)
Data: 18 octombrie 1962
Locație: Insula Johnston
Putere: 1,59 megatone
Nume provocare: Stejar
Data: 28 iunie 1958
Locație: Laguna Enewetak din Oceanul Pacific
Randament: 8,9 megatone
Project Upshot Knothole, Annie Test. Data: 17 martie 1953; proiect: Upshot Knothole; provocare: Annie; Locație: Knothole, Nevada Test Site, Sector 4; putere: 16 kt. (Foto: Wikicommons)
Numele provocării: Castelul Bravo
Data: 1 martie 1954
Locație: Atolul Bikini
Tip de explozie: suprafață
Putere: 15 megatone
Bomba cu hidrogen Castle Bravo a fost cea mai puternică explozie testată vreodată de Statele Unite. Puterea exploziei s-a dovedit a fi mult mai mare decât previziunile inițiale de 4-6 megatone.
Numele provocării: Castelul Romeo
Data: 26 martie 1954
Locație: pe o barjă în craterul Bravo, atolul Bikini
Tip de explozie: suprafață
Putere: 11 megatone
Puterea exploziei s-a dovedit a fi de 3 ori mai mare decât previziunile inițiale. Romeo a fost primul test efectuat pe o barjă.
Proiectul Dominic, Testul Aztec
Numele provocării: Priscilla (ca parte a seriei de provocări „Plumbbob”)
Data: 1957
Randament: 37 kilotone
Exact așa arată procesul de eliberare a cantităților uriașe de energie radiantă și termică în timpul unei explozii atomice în aer deasupra deșertului. Mai poți vedea aici echipament militar, care într-o clipă va fi distrusă de o undă de șoc, surprinsă sub forma unei coroane înconjurând epicentrul exploziei. Puteți vedea cum unda de șoc a fost reflectată de pe suprafața pământului și este pe cale să se contopească cu mingea de foc.
Numele provocării: Grable (ca parte a Operațiunii Upshot Knothole)
Data: 25 mai 1953
Locație: Locația de testare nucleară din Nevada
Putere: 15 kilotone
Într-un loc de testare din deșertul Nevada, fotografi de la Lookout Mountain Center în 1953 au fotografiat un fenomen neobișnuit (un inel de foc în ciuperca nucleară după explozia unui obuz dintr-un tun nuclear), a cărui natură a ocupat mintea oamenilor de știință de mult timp.
Project Upshot Knothole, test de greblare. Acest test a implicat o explozie a unei bombe atomice de 15 kilotone lansată de un tun atomic de 280 mm. Testul a avut loc pe 25 mai 1953 la locul de testare din Nevada. (Foto: Administrația Națională de Securitate Nucleară/Oficiul de amplasament din Nevada)
Un nor ciupercă s-a format ca urmare a exploziei atomice a testului Truckee efectuat în cadrul Proiectului Dominic.
Project Buster, câine de testare.
Proiect Dominic, test Yeso. Test: Da; data: 10 iunie 1962; proiect: Dominic; locație: 32 km sud de Insula Crăciunului; tip test: B-52, atmosferic, inaltime - 2,5 m; putere: 3,0 mt; tip de încărcare: atomică. (Wikicommons)
Numele provocării: YESO
Data: 10 iunie 1962
Locație: Insula Crăciunului
Putere: 3 megatone
Testarea „Licorn” în Polinezia Franceză. Imaginea #1. (Pierre J./Armata Franceză)
Numele provocării: „Unicorn” (franceză: Licorne)
Data: 3 iulie 1970
Locație: atolul din Polinezia Franceză
Randament: 914 kilotone
Testarea „Licorn” în Polinezia Franceză. Imaginea #2. (Foto: Pierre J./Armata Franceză)
Testarea „Licorn” în Polinezia Franceză. Imaginea #3. (Foto: Pierre J./Armata Franceză)
Pentru a obține imagini bune, site-urile de testare angajează adesea echipe întregi de fotografi. Foto: explozie de test nuclear în deșertul Nevada. În dreapta sunt vizibile penele de rachetă, cu ajutorul cărora oamenii de știință determină caracteristicile undei de șoc.
Testarea „Licorn” în Polinezia Franceză. Imaginea #4. (Foto: Pierre J./Armata Franceză)
Proiect Castelul, Testul Romeo. (Foto: zvis.com)
Proiect Hardtack, Umbrella Test. Provocare: Umbrelă; data: 8 iunie 1958; proiect: Hardtack I; locație: laguna Atolul Enewetak; tip test: subacvatic, adancime 45 m; putere: 8kt; tip de încărcare: atomică.
Proiect Redwing, Test Seminole. (Foto: Arhiva armelor nucleare)
Testul Riya. Testul atmosferic al unei bombe atomice în Polinezia Franceză în august 1971. Ca parte a acestui test, care a avut loc la 14 august 1971, a fost detonat un focos termonuclear cu numele de cod „Riya” cu un randament de 1000 kt. Explozia a avut loc pe teritoriul atolului Mururoa. Această fotografie a fost făcută de la o distanță de 60 km de marcajul zero. Foto: Pierre J.
Un nor ciupercă de la o explozie nucleară peste Hiroshima (stânga) și Nagasaki (dreapta). În fazele finale ale celui de-al Doilea Război Mondial, Statele Unite au lansat două bombe atomice asupra Hiroshima și Nagasaki. Prima explozie a avut loc pe 6 august 1945, iar a doua pe 9 august 1945. Aceasta a fost singura dată când armele nucleare au fost folosite în scopuri militare. Din ordinul președintelui Truman, pe 6 august 1945, armata americană a căzut bombă nucleară„Little Man” pe Hiroshima, urmat pe 9 august de explozia nucleară a bombei „Fat Man” aruncată asupra Nagasaki. În 2-4 luni de la exploziile nucleare, între 90.000 și 166.000 de oameni au murit în Hiroshima și între 60.000 și 80.000 în Nagasaki (Foto: Wikicommons).
Upshot Knothole Project. Locul de testare din Nevada, 17 martie 1953. Valul de explozie a distrus complet Clădirea nr. 1, situată la o distanță de 1,05 km de marcajul zero. Diferența de timp dintre prima și a doua lovitură este de 21/3 secunde. Camera a fost plasată într-o carcasă de protecție cu o grosime de perete de 5 cm. Singura sursă de lumină în acest caz a fost un blitz nuclear. (Foto: Administrația Națională de Securitate Nucleară/Oficiul de amplasament din Nevada)
Project Ranger, 1951. Numele testului este necunoscut. (Foto: Administrația Națională de Securitate Nucleară/Oficiul de amplasament din Nevada)
Testul Trinității.
„Trinity” a fost numele de cod pentru primul test de arme nucleare. Acest test a fost efectuat de armata Statelor Unite pe 16 iulie 1945, la un loc situat la aproximativ 56 km sud-est de Socorro, New Mexico, la White Sands Missile Range. Testul a folosit o bombă cu plutoniu de tip implozie, poreclit „The Thing”. După detonare, a avut loc o explozie cu o putere echivalentă cu 20 de kilotone de TNT. Data acestui test este considerată începutul erei atomice. (Foto: Wikicommons)
Numele provocării: Mike
Data: 31 octombrie 1952
Locație: Insula Elugelab ("Flora"), Atolul Enewate
Putere: 10,4 megatone
Dispozitivul detonat în timpul testului lui Mike, numit „cârnat”, a fost prima bombă „hidrogen” adevărată din clasa megatonii. Norul de ciuperci a atins o înălțime de 41 km cu un diametru de 96 km.
AN602 (alias „Tsar Bomba”, alias „Mama lui Kuzka”) este o bombă aeriană termonucleară dezvoltată în URSS în 1954-1961. un grup de fizicieni nucleari sub conducerea academicianului Academiei de Științe a URSS I.V. Cel mai puternic dispozitiv exploziv din istoria omenirii. Potrivit diverselor surse, avea de la 57 la 58,6 megatone de echivalent TNT. Bomba a fost testată pe 30 octombrie 1961. (Wikimedia)
Atentatul MET efectuat în cadrul Operațiunii Thipot. Este de remarcat faptul că explozia MET a fost comparabilă ca putere cu bomba de plutoniu Fat Man aruncată asupra Nagasaki. 15 aprilie 1955, 22 kt. (Wikimedia)
Una dintre cele mai puternice explozii ale unei bombe termonucleare cu hidrogen din contul SUA este Operațiunea Castle Bravo. Puterea de încărcare a fost de 10 megatone. Explozia a avut loc la 1 martie 1954 la atolul Bikini, Insulele Marshall. (Wikimedia)
Operațiunea Castelul Romeo a fost una dintre cele mai puternice explozii de bombe termonucleare efectuate de Statele Unite. Atolul Bikini, 27 martie 1954, 11 megatone. (Wikimedia)
Explozie Baker, arătând suprafața albă a apei perturbată de unda de șoc aerian și vârful coloanei goale de pulverizare care a format norul Wilson emisferic. Pe fundal se află malul atolului Bikini, iulie 1946. (Wikimedia)
Explozia bombei termonucleare (hidrogen) americane „Mike” cu o putere de 10,4 megatone. 1 noiembrie 1952. (Wikimedia)
Operațiunea Greenhouse a fost a cincea serie de teste nucleare americane și a doua dintre ele în 1951. Operațiunea a testat modelele focoaselor nucleare folosind fuziunea nucleară pentru a crește producția de energie. În plus, a fost studiat impactul exploziei asupra structurilor, inclusiv clădirilor rezidențiale, clădirilor fabricilor și buncărelor. Operațiunea a fost efectuată pe Pacific loc de testare nucleară. Toate dispozitivele au fost detonate pe turnuri metalice înalte, simulând o explozie de aer. Explozie George, 225 kilotone, 9 mai 1951. (Wikimedia)
Un nor de ciuperci cu o coloană de apă în loc de o tulpină de praf. În dreapta, pe stâlp este vizibilă o gaură: cuirasatul Arkansas a acoperit emisia de stropi. Test Baker, putere de încărcare - 23 de kilotone de TNT, 25 iulie 1946. (Wikimedia)
Nor de 200 de metri deasupra Frenchman Flat după explozia MET ca parte a Operațiunii Teapot, 15 aprilie 1955, 22 kt. Acest proiectil avea un miez rar de uraniu-233. (Wikimedia)
Craterul s-a format când un val de explozie de 100 de kilotone a fost explodat sub 635 de picioare de deșert la 6 iulie 1962, deplasând 12 milioane de tone de pământ. 
Timp: 0s. Distanta: 0m. Inițierea exploziei unui detonator nuclear.
Timp: 0,0000001s. Distanta: 0m Temperatura: pana la 100 milioane °C. Începutul și cursul reacțiilor nucleare și termonucleare într-o sarcină. Odată cu explozia sa, un detonator nuclear creează condiții pentru declanșarea reacțiilor termonucleare: zona de ardere termonucleară trece printr-o undă de șoc în substanța de încărcare cu o viteză de aproximativ 5000 km/s (106 - 107 m/s). dintre neutronii eliberați în timpul reacțiilor sunt absorbiți de substanța bomba, restul de 10% sunt emiși.
Timp:< 10−7c. Расстояние: 2м Temperatura: 30 milioane°C. Sfârșitul reacției, începutul dispersării substanței bombe. Bomba dispare imediat din vedere și în locul ei apare o sferă luminoasă (minge de foc), care maschează dispersia încărcăturii. Rata de creștere a sferei în primii metri este apropiată de viteza luminii. Densitatea substanței scade aici la 1% din densitatea aerului din jur în 0,01 secunde; temperatura scade la 7-8 mii °C în 2,6 secunde, este menținută timp de ~5 secunde și scade în continuare odată cu creșterea sferei de foc; După 2-3 secunde presiunea scade la puțin sub presiunea atmosferică.
Timp: 1,1x10−7s. Distanta: 10m Temperatura: 6 milioane°C. Extensie sferă vizibilă până la ~10 m se datorează strălucirii aerului ionizat sub radiații cu raze X reacții nucleare și apoi prin difuzia radiativă a aerului încălzit în sine. Energia cuantelor de radiație care părăsesc sarcina termonucleară este astfel încât calea lor liberă înainte de a fi captate de particulele de aer este de aproximativ 10 m și este inițial comparabilă cu dimensiunea unei sfere; fotonii rulează rapid în jurul întregii sfere, făcând o medie a temperaturii acesteia și zboară din ea cu viteza luminii, ionizând tot mai multe straturi de aer, deci aceeași temperatură și aceeași rată de creștere aproape de lumină. În plus, de la captură la captură, fotonii pierd energie și distanța lor de călătorie este redusă, creșterea sferei încetinește.
Timp: 1,4x10−7s. Distanta: 16m Temperatura: 4 milioane°C. În general, de la 10−7 la 0,08 secunde, prima fază a strălucirii sferei are loc cu o scădere rapidă a temperaturii și eliberarea a ~1% din energia radiației, mai ales sub formă de raze UV și radiații de lumină strălucitoare, care pot deteriora vederea unui observator îndepărtat fără educație arsuri ale pielii. Iluminarea suprafeței pământului în aceste momente la distanțe de până la zeci de kilometri poate fi de o sută sau de mai multe ori mai mare decât soarele.
Timp: 1,7x10−7s. Distanta: 21m Temperatura: 3 milioane°C. Vaporii de bombă sub formă de bâte, cheaguri dense și jeturi de plasmă, ca un piston, comprimă aerul din fața lor și formează o undă de șoc în interiorul sferei - o undă de șoc internă, care diferă de o undă de șoc obișnuită în non- proprietăți adiabatice, aproape izoterme și la aceleași presiuni este de câteva ori mai mare ca densitate: aerul comprimat prin șoc radiază imediat cea mai mare parte a energiei prin minge, care este încă transparentă la radiații.
În primele zeci de metri, obiectele din jur, înainte ca sfera de foc să le lovească, din cauza vitezei prea mari, nu au timp să reacționeze în niciun fel - nici măcar practic nu se încălzesc, iar odată în interiorul sferei sub fluxul de radiații se evaporă instantaneu.
Temperatura: 2 milioane°C. Viteza 1000 km/s. Pe măsură ce sfera crește și temperatura scade, energia și densitatea fluxului fotonilor scad, iar intervalul lor (de ordinul unui metru) nu mai este suficient pentru vitezele apropiate ale luminii de expansiune a frontului de foc. Volumul de aer încălzit a început să se extindă și din centrul exploziei sa format un flux al particulelor sale. Când aerul este încă la limita sferei, valul de căldură încetinește. Aerul încălzit în expansiune din interiorul sferei se ciocnește cu aerul staționar la limita sa și undeva de la 36-37 m apare o undă de densitate crescândă - viitoarea undă de șoc a aerului extern; Înainte de aceasta, valul nu a avut timp să apară din cauza ratei enorme de creștere a sferei luminoase.
Timp: 0,000001s. Distanta: 34m Temperatura: 2 milioane°C. Șocul intern și vaporii bombei sunt localizați într-un strat la 8-12 m de locul exploziei, vârful de presiune este de până la 17.000 MPa la o distanță de 10,5 m, densitatea este de ~ 4 ori densitatea aerului, viteza este de ~ 100 km/s. Regiunea de aer cald: presiune la limită 2500 MPa, în interiorul regiunii până la 5000 MPa, viteza particulelor până la 16 km/s. Substanța vaporilor bombei începe să rămână în urmă cu interiorul. sari pe măsură ce tot mai mult aer din el este tras în mișcare. Cheagurile dense și jeturile mențin viteza.
Timp: 0,000034s. Distanta: 42m Temperatura: 1 milion°C. Condiții la epicentrul exploziei primei bombe sovietice cu hidrogen (400 kt la o înălțime de 30 m), care a creat un crater de aproximativ 50 m diametru și 8 m adâncime. La 15 m de epicentru sau la 5-6 m de la baza turnului cu sarcina se afla un buncăr din beton armat cu pereți de 2 m grosime pentru așezarea utilajului științific deasupra, acoperit cu o movilă mare de pământ de 8 m grosime. distrus.
Temperatura: 600 mii °C Din acest moment, natura undei de șoc încetează să mai depindă de condițiile inițiale ale exploziei nucleare și se apropie de cea tipică pentru o explozie puternică în aer, adică. Astfel de parametri de undă ar putea fi observați în timpul exploziei unei mase mari de explozibili convenționali.
Timp: 0,0036s. Distanta: 60m Temperatura: 600 mii°C. Șocul intern, după ce a depășit întreaga sferă izotermă, o prinde din urmă și se contopește cu cea externă, crescându-i densitatea și formând așa-numitul. un șoc puternic este un singur front de undă de șoc. Densitatea materiei din sferă scade la 1/3 din atmosferă.
Timp: 0,014s. Distanta: 110m Temperatura: 400 mii°C. O undă de șoc similară la epicentrul exploziei primei bombe atomice sovietice cu o putere de 22 kt la o înălțime de 30 m a generat o deplasare seismică care a distrus imitația tunelurilor de metrou cu diferite tipuri de prindere la adâncimi de 10 și 20. m. 30 m, au murit animalele din tuneluri la adâncimi de 10, 20 și 30 m. O depresiune discretă în formă de farfurie cu un diametru de aproximativ 100 m a apărut la suprafață Condiții similare au fost la epicentrul exploziei Trinity de 21 kt la o altitudine de 30 m un crater cu un diametru de 80 m s-a format 2 m.
Timp: 0.004s. Distanta: 135m
Temperatura: 300 mii°C. Înălțimea maximă a exploziei de aer este de 1 Mt pentru a forma un crater vizibil în pământ. Partea frontală a undei de șoc este distorsionată de impactul aglomerărilor de vapori de bombe:
Timp: 0.007s. Distanta: 190m Temperatura: 200 mii°C. Pe un front neted și aparent strălucitor, ritmul. undele formează vezicule mari și pete luminoase (sfera pare să fiarbă). Densitatea materiei într-o sferă izotermă cu diametrul de ~150 m scade sub 10% din cea atmosferică.
Obiectele non-masive se evaporă cu câțiva metri înainte de sosirea incendiului. sfere („Trucuri de frânghie”); corpul uman de pe partea exploziei va avea timp să se carbonizeze și se va evapora complet odată cu sosirea undei de șoc.
Timp: 0.015s. Distanta: 250m Temperatura: 170 mii°C. Unda de șoc distruge foarte mult rocile. Viteza undei de șoc este mai mare decât viteza sunetului în metal: limita teoretică de rezistență a ușii de intrare în adăpost; rezervorul se aplatizează și arde.
Timp: 0,028s. Distanta: 320m Temperatura: 110 mii°C. Persoana este risipită de un flux de plasmă (viteza undei de șoc = viteza sunetului în oase, corpul se prăbușește în praf și arde imediat). Distrugerea completă a celor mai durabile structuri supraterane.
Timp: 0,073s. Distanta: 400m Temperatura: 80 mii°C. Neregulile pe sferă dispar. Densitatea substanței scade în centru până la aproape 1%, iar la marginea izotermelor. sfere cu un diametru de ~320 m până la 2% atmosferic La această distanță, în 1,5 s, încălzirea la 30.000 °C și scăderea la 7000 °C, ~5 s menținându-se la un nivel de ~6.500 °C și scăderea temperaturii în. 10-20 s când mingea de foc se mișcă în sus.
Timp: 0,079 s. Distanta: 435m Temperatura: 110 mii°C. Distrugerea completă a autostrăzilor cu suprafețe de asfalt și beton. Un adăpost de tip metrou, căptușit cu tuburi de fontă și beton armat monolit și îngropat la 18 m, este calculat pentru a rezista la o explozie (40 kt) fără distrugere la o înălțime de 30 m la o distanță minimă de 150 m ( presiunea undelor de șoc de ordinul a 5 MPa), au fost testate 38 kt de RDS 2 la o distanță de 235 m (presiune ~1,5 MPa), au suferit deformații și avarii minore. La temperaturi în frontul de compresie sub 80 mii °C, molecule noi de NO2 nu mai apar, stratul de dioxid de azot dispare treptat și încetează să filtreze radiațiile interne. Sfera de impact devine treptat transparentă și prin ea, ca prin sticla întunecată, sunt vizibili de ceva timp norii de vapori de bombe și sfera izotermă; În general, sfera de foc este similară cu artificiile. Apoi, pe măsură ce transparența crește, intensitatea radiației crește și detaliile sferei, ca și cum ar prinde din nou, devin invizibile. Procesul amintește de sfârșitul erei recombinării și de nașterea luminii în Univers la câteva sute de mii de ani după Big Bang.
Timp: 0,1 s. Distanta: 530m Temperatura: 70 mii°C. Când frontul undei de șoc se separă și se mișcă înainte de limita sferei de foc, rata de creștere a acestuia scade considerabil. Începe a 2-a fază a strălucirii, mai puțin intensă, dar cu două ordine de mărime mai lungă, cu eliberarea a 99% din energia radiației de explozie în principal în spectrul vizibil și IR. În prima sută de metri, o persoană nu are timp să vadă explozia și moare fără să sufere (timpul de reacție vizuală umană este de 0,1 - 0,3 s, timpul de reacție la o arsură este de 0,15 - 0,2 s).
Timp: 0.15s. Distanta: 580m Temperatura: 65 mii°C. Radiația ~100.000 Gy. O persoană rămâne cu fragmente carbonizate de oase (viteza undei de șoc este de ordinul vitezei sunetului în țesuturile moi: un șoc hidrodinamic care distruge celulele și țesutul trece prin corp).
Timp: 0.25s. Distanta: 630m Temperatura: 50 mii°C. Radiații penetrante ~40.000 Gy. O persoană se transformă într-o epavă carbonizată: unda de șoc provoacă amputarea traumatică, care are loc într-o fracțiune de secundă. sfera înflăcărată strică rămășițele. Distrugerea completă a rezervorului. Distrugerea completă a liniilor subterane de cabluri, conducte de apă, conducte de gaz, canalizare, puțuri de inspecție. Distrugerea țevilor subterane din beton armat cu diametrul de 1,5 m și grosimea peretelui de 0,2 m. Distrugerea barajului arcuit din beton al unei centrale hidroelectrice. Distrugerea severă a fortificațiilor pe termen lung din beton armat. Avarii minore la structurile subterane de metrou.
Timp: 0,4 s. Distanta: 800m Temperatura: 40 mii°C. Încălzește obiecte până la 3000 °C. Radiații penetrante ~20.000 Gy. Distrugerea completă a tuturor structurilor de protecție (adăposturi) de protecție civilă și distrugerea dispozitivelor de protecție la intrările de metrou. Distrugerea barajului gravitațional din beton al unei centrale hidroelectrice, buncărele devin ineficiente la o distanță de 250 m.
Timp: 0.73s. Distanta: 1200m Temperatura: 17 mii°C. Radiație ~5000 Gy. Cu o înălțime de explozie de 1200 m, încălzirea aerului solului la epicentru înainte de sosirea șocului. valuri de până la 900°C. O persoană este 100% ucisă de unda de șoc. Distrugerea adăposturilor proiectate pentru 200 kPa (tip A-III sau clasa 3). Distrugere completă buncăre din beton armat tip prefabricat la o distanta de 500 m in conditiile unei explozii la sol. Distrugerea completă a căilor ferate. Luminozitatea maximă a celei de-a doua faze a strălucirii sferei până în acest moment eliberase ~20% din energia luminii
Timp: 1,4 secunde. Distanta: 1600m Temperatura: 12 mii°C. Încălzește obiecte până la 200°C. Radiație 500 Gy. Numeroase arsuri de 3-4 grade până la 60-90% din suprafața corpului, daune grave de radiații combinate cu alte leziuni, mortalitate imediată sau până la 100% în prima zi. Rezervorul este aruncat înapoi ~10 m și deteriorat. Distrugerea completă a podurilor metalice și din beton armat cu o deschidere de 30 - 50 m.
Timp: 1,6 s. Distanta: 1750m Temperatura: 10 mii°C. Radiatie aprox. 70 gr. Echipajul tancului moare în 2-3 săptămâni din cauza radiațiilor extrem de severă. Distrugerea completă a clădirilor din beton, beton armat monolitic (înălțime joasă) și rezistente la cutremur de 0,2 MPa, adăposturi încorporate și autoportante proiectate pentru 100 kPa (tip A-IV sau clasa 4), adăposturi în subsolurile multilor. -cladiri cu etaj.
Timp: 1,9c. Distanta: 1900m Temperatura: 9 mii °C Daune periculoase pentru o persoană de către unda de șoc și aruncare până la 300 m cu o viteză inițială de până la 400 km/h, din care 100-150 m (traiector 0,3-0,5) este zbor liber și distanța rămasă este numeroase ricoșeuri în jurul solului. Radiația de aproximativ 50 Gy este o formă fulminantă de boală de radiații, 100% mortalitate în 6-9 zile. Distrugerea adăposturilor încorporate proiectate pentru 50 kPa. Distrugerea gravă a clădirilor rezistente la cutremur. Presiune 0,12 MPa și mai mare - toate clădirile urbane sunt dense și descărcate și se transformă în moloz solide (molozurile individuale se îmbină într-unul solid), înălțimea molozului poate fi de 3-4 m. Sfera de foc în acest moment atinge dimensiunea maximă (D ~ 2 km), zdrobit de jos de unda de șoc reflectată de sol și începe să se ridice; sfera izotermă din ea se prăbușește, formând un flux rapid ascendent la epicentru - viitorul picior al ciupercii.
Timp: 2.6s. Distanta: 2200m Temperatura: 7,5 mii°C. Leziuni grave ale unei persoane prin unda de soc. Radiația ~10 Gy este o boală acută extrem de gravă, cu o combinație de leziuni, mortalitate de 100% în 1-2 săptămâni. Stați în siguranță într-un rezervor, într-un subsol fortificat cu tavan din beton armat și în majoritatea adăposturilor G.O. Distrugerea camioanelor. 0,1 MPa este presiunea de proiectare a undei de șoc pentru proiectarea structurilor și dispozitivelor de protecție pentru structurile subterane ale liniilor de metrou de mică adâncime.
Timp: 3,8c. Distanta: 2800m Temperatura: 7,5 mii°C. Radiație de 1 Gy - în condiții pașnice și tratament în timp util, o leziune prin radiații nepericuloasă, dar cu condițiile insalubre și stresul fizic și psihic sever care însoțesc dezastrul, lipsa îngrijirilor medicale, nutriție și odihnă normală, până la jumătate dintre victime mor numai din cauza radiațiilor și a bolilor concomitente, iar în ceea ce privește cantitatea daunelor (plus răni și arsuri) mult mai mult. Presiune mai mică de 0,1 MPa - zonele urbane cu clădiri dense se transformă în moloz solide. Distrugerea completă a subsolurilor fără armarea structurilor 0,075 MPa. Distrugerea medie a clădirilor rezistente la cutremur este de 0,08-0,12 MPa. Deteriorări grave ale buncărelor prefabricate din beton armat. Detonarea obiectelor pirotehnice.
Timp: 6c. Distanta: 3600m Temperatura: 4,5 mii°C. Daune moderate aduse unei persoane de către o undă de șoc. Radiație ~0,05 Gy - doza nu este periculoasă. Oamenii și obiectele lasă „umbre” pe asfalt. Distrugerea completă a clădirilor administrative cu mai multe etaje (de birouri) (0,05-0,06 MPa), adăposturi de cel mai simplu tip; distrugerea severă și completă a structurilor industriale masive. Aproape toate clădirile urbane au fost distruse odată cu formarea molozului local (o casă - un moloz). Distrugerea completă a mașinilor de pasageri, distrugerea completă a pădurii. Un impuls electromagnetic de ~3 kV/m afectează aparatele electrice insensibile. Distrugerea este similară cu un cutremur de 10 puncte. Sfera s-a transformat într-o cupolă de foc, ca un balon care plutește în sus, purtând cu ea o coloană de fum și praf de la suprafața pământului: o ciupercă explozivă caracteristică crește cu o viteză verticală inițială de până la 500 km/h. Viteza vântului de la suprafață până la epicentru este de ~100 km/h.
Timp: 10c. Distanta: 6400m Temperatura: 2 mii°C. La sfârșitul timpului efectiv al celei de-a doua faze de strălucire, a fost eliberată ~80% din energia totală a radiației luminoase. Restul de 20% se aprind inofensiv timp de aproximativ un minut cu o scădere continuă a intensității, pierzându-se treptat în nori. Distrugerea celui mai simplu tip de adăpost (0,035-0,05 MPa). În primii kilometri, o persoană nu va auzi vuietul exploziei din cauza leziunilor auzului de la unda de șoc. O persoană este aruncată înapoi de o undă de șoc de ~20 m cu o viteză inițială de ~30 km/h. Distrugerea completă a caselor din cărămidă cu mai multe etaje, case cu panouri, distrugerea gravă a depozitelor, distrugerea moderată a clădirilor administrative cu cadru. Distrugerea este similară cu un cutremur cu magnitudinea 8. În siguranță în aproape orice subsol.
Strălucirea cupolei de foc încetează să mai fie periculoasă, se transformă într-un nor de foc, crescând în volum pe măsură ce se ridică; gazele fierbinți din nor încep să se rotească într-un vortex în formă de torus; produsele fierbinți ai exploziei sunt localizate în partea superioară a norului. Fluxul de aer prăfuit din coloană se mișcă de două ori mai repede decât creșterea „ciupercii”, depășește norul, trece prin el, diverge și, parcă, este înfășurat în jurul lui, ca pe o bobină în formă de inel.
Timp: 15c. Distanta: 7500m. Daune ușoare aduse unei persoane de către o undă de șoc. Arsuri de gradul trei ale părților expuse ale corpului. Distrugerea completă a caselor din lemn, distrugerea gravă a clădirilor cu mai multe etaje din cărămidă 0,02-0,03 MPa, distrugere moderată a depozitelor din cărămidă, beton armat cu mai multe etaje, case cu panouri; distrugere slabă a clădirilor administrative 0,02-0,03 MPa, structuri industriale masive. Mașini iau foc. Distrugerea este similară cu un cutremur cu magnitudinea 6 sau cu un uragan cu magnitudinea 12. până la 39 m/s. „Ciuperca” a crescut cu până la 3 km deasupra centrului exploziei (înălțimea adevărată a ciupercii este mai mare decât înălțimea exploziei focoasei, aproximativ 1,5 km), are o „fustă” de condensare a vaporilor de apă în un curent de aer cald, ventilat de nor în atmosfera rece din straturile superioare.
Timp: 35c. Distanta: 14 km. Arsuri de gradul doi. Hârtia și prelata întunecată se aprind. O zonă de incendii continue în zonele cu clădiri dens combustibile, sunt posibile o furtună de incendii și o tornadă (Hiroshima, „Operațiunea Gomora”). Distrugerea slabă a clădirilor cu panouri. Dezactivarea aeronavelor și a rachetelor. Distrugerea este asemănătoare cu un cutremur de 4-5 puncte, o furtună de 9-11 puncte V = 21 - 28,5 m/s. „Ciuperca” a crescut la ~5 km, norul de foc strălucește din ce în ce mai slab.
Timp: 1 min. Distanță: 22 km. Arsuri de gradul I — purtarea hainelor de plajă poate provoca moartea. Distrugerea geamurilor armate. Dezrădăcinarea copacilor mari. Zona de incendii individuale „Ciuperca” s-a ridicat la 7,5 km, norul nu mai emite lumină și acum are o nuanță roșiatică din cauza oxizilor de azot pe care îi conține, ceea ce îl va scoate în evidență puternic printre alți nori.
Timp: 1,5 min. Distanta: 35 km. Raza maximă de deteriorare a echipamentelor electrice sensibile neprotejate de către un impuls electromagnetic. Aproape toată sticla obișnuită și o parte din sticla armată de la ferestre s-au spart – mai ales în iarna geroasă, plus posibilitatea de tăiere de la fragmentele zburătoare. „Ciuperca” a crescut la 10 km, viteza de urcare ~220 km/h. Deasupra tropopauzei, norul se dezvoltă predominant în lățime.
Timp: 4 min. Distanță: 85 km. Blițul arată ca un Soare mare, nefiresc de strălucitor lângă orizont și poate provoca o arsură la nivelul retinei și un vânt de căldură pe față. Unda de șoc care sosește după 4 minute poate în continuare să doboare o persoană din picioare și să spargă geamurile individuale din ferestre. „Ciuperca” a crescut cu peste 16 km, viteza de urcare ~140 km/h
Timp: 8 min. Distanta: 145 km. Blițul nu este vizibil dincolo de orizont, dar se văd o strălucire puternică și un nor de foc. Înălțimea totală a „ciupercii” este de până la 24 km, norul are 9 km înălțime și 20-30 km în diametru, cu cea mai lată parte „rezonată” pe tropopauză. Norul de ciuperci a crescut la dimensiunea maximă și este observat timp de aproximativ o oră sau mai mult până când este disipat de vânturi și amestecat cu norii normali. Precipitațiile cu particule relativ mari cade din nor în 10-20 de ore, formând o urmă aproape radioactivă.
Timp: 5,5-13 ore Distanta: 300-500 km. Granița îndepărtată a zonei moderat infectate (zona A). Nivelul de radiație la limita exterioară a zonei este de 0,08 Gy/h; doza totala de radiatii 0,4-4 Gy.
Timp: ~10 luni. Timpul efectiv de semi-depunere a substanțelor radioactive pentru straturile inferioare ale stratosferei tropicale (până la 21 km) apare mai ales în latitudinile mijlocii din aceeași emisferă în care a avut loc explozia.
Monument la primul test al bombei atomice Trinity. Acest monument a fost ridicat la locul de testare White Sands în 1965, la 20 de ani după testul Trinity. Pe placa monumentului scrie: „Primul test de bombă atomică din lume a avut loc în acest loc la 16 iulie 1945”. O altă placă de mai jos comemorează desemnarea sitului ca reper istoric național. (Foto: Wikicommons)
O explozie nucleară este un proces incontrolabil. În timpul acestui proces, are loc eliberarea cantitate mare energie radiantă și termică. Acest efect este rezultatul unei reacții nucleare în lanț de fisiune sau fuziune termonucleară care are loc într-o perioadă scurtă de timp.
Informații generale scurte
O explozie nucleară, prin origine, poate fi o consecință a activității umane pe Pământ sau în spațiul apropiat Pământului. Acest fenomen apare și în unele cazuri ca urmare a unor procese naturale pe anumite tipuri de stele. O explozie nucleară artificială este o armă puternică. Este folosit pentru a distruge obiecte protejate la scară mare și subterane, acumulări de echipamente și trupe inamice. În plus, această armă este folosită pentru distrugerea și suprimarea completă a părții adverse ca un instrument care distruge așezările mici și mari cu civili care trăiesc în ele, precum și facilități industriale strategice.
Clasificare
De regulă, exploziile nucleare sunt caracterizate de două criterii. Acestea includ puterea de încărcare și locația punctului de încărcare direct în momentul detonării. Proiecția acestui punct pe suprafața pământului se numește epicentrul exploziei. Puterea este măsurată în echivalent TNT. Aceasta este masa de trinitrotoluen, a cărei detonare eliberează aceeași cantitate de energie ca și explozia nucleară estimată. Unitățile cele mai frecvent utilizate la măsurarea puterii sunt un kiloton (1 kt) și un megaton (1 Mt) de echivalent TNT.
Fenomene
O explozie nucleară este însoțită de efecte specifice. Sunt tipice doar pentru acest procesși nu sunt prezente în timpul altor explozii. Intensitatea fenomenelor care însoțesc o explozie nucleară depinde de localizarea centrului. Ca exemplu, putem lua în considerare cazul care a fost cel mai frecvent înainte de interzicerea testării pe planetă (sub apă, pe uscat, în atmosferă) și, de fapt, în spațiu - artificial reacţie în lanţîn stratul de pământ. După detonarea procesului de fuziune sau fisiune, durează destul de mult timp scurt(aproximativ fracțiuni de microsecunde) o cantitate uriașă de energie termică și radiantă este eliberată într-un volum limitat. Finalizarea reacției este de obicei indicată de dezintegrarea structurii dispozitivului și de evaporare. Aceste efecte se datorează influenței temperaturii ridicate (până la 107 K) și presiunii enorme (aproximativ 109 atm) la epicentrul propriu-zis. De la mare distanță, această fază apare vizual ca un punct luminos foarte luminos.
Radiația electromagnetică
Presiunea ușoară în timpul reacției începe să se încălzească și să deplaseze aerul din jur din epicentru. Ca rezultat, se formează o minge de foc. În același timp, se formează un salt de presiune între radiația comprimată și aerul nederanjat. Acest lucru se datorează superiorității vitezei de mișcare a frontului de încălzire față de viteza sunetului în condiții de mediu. După ce reacția nucleară intră în stadiul de dezintegrare, eliberarea de energie se oprește. Expansiunea ulterioară se realizează datorită diferenței de presiune și temperatură în zona mingii de foc și a aerului imediat din jur. Trebuie remarcat faptul că fenomenele luate în considerare nu au nimic de-a face cu cercetarea științifică a eroului serialului TV modern (apropo, numele său este același cu celebrul fizician Glashow - Sheldon) „The Big Bang Theory”.
Radiații penetrante
Reacțiile nucleare sunt o sursă de radiații electromagnetice de diferite tipuri. În special, se manifestă într-un spectru larg, de la unde radio la raze gamma, nuclee atomice, neutroni și electroni rapizi. Radiațiile emergente, numite radiații penetrante, dă naștere, la rândul lor, la anumite consecințe. Sunt caracteristice doar unei explozii nucleare. Cuante gamma de înaltă energie și neutroni, în procesul de interacțiune cu atomii care alcătuiesc materia înconjurătoare, suferă transformarea formei lor stabile în izotopi radioactivi instabili cu timpi de înjumătățire și căi diferite. Ca rezultat, se formează așa-numita radiație indusă. Împreună cu fragmente de nuclee atomice de materie fisionabilă sau cu produse de fuziune termonucleară care rămân dintr-un dispozitiv exploziv, componentele radioactive rezultate se ridică în atmosferă. Apoi se împrăștie pe o suprafață destul de mare și formează o infestare în zonă. Izotopii instabili care însoțesc o explozie nucleară sunt într-un asemenea spectru încât răspândirea radiațiilor poate continua timp de milenii, chiar dacă intensitatea radiației scade în timp.
Impuls electromagnetic
Cuante gamma de înaltă energie generate de o explozie nucleară, în procesul de trecere prin mediul înconjurător, ionizează atomii care alcătuiesc compoziția sa, eliminând electroni din ei și oferindu-le o energie destul de mare pentru a efectua ionizarea în cascadă a altora. atomi (până la treizeci de mii de ionizări per quantum gamma). Drept urmare, sub epicentru se formează un „pată” de ioni cu sarcină pozitivă și înconjurat de gaz de electroni în cantități uriașe. Această configurație de purtători, variabilă în timp, formează un câmp electric puternic. Acesta, împreună cu recombinarea particulelor atomice ionizate, dispare după explozie. Procesul generează curenți electrici puternici. Ele servesc ca o sursă suplimentară de radiații. Întregul complex de efecte descris se numește impuls electromagnetic. În ciuda faptului că mai puțin de 1/3 dintr-o zece miliarde din energia explozivă intră în el, aceasta are loc într-o perioadă foarte scurtă. Puterea eliberată în acest caz poate ajunge la 100 GW.
Procese de tip sol. Particularități
În timpul procesului de detonare chimică, temperatura solului adiacent sarcinii și atras de mișcare este relativ scăzută. O explozie nucleară are propriile sale caracteristici. În special, temperatura solului poate fi de zeci de milioane de grade. Cea mai mare parte a energiei generate de încălzire este eliberată în aer în primele momente și este folosită suplimentar pentru a forma o undă de șoc și radiație termică. Într-o explozie normală, aceste fenomene nu sunt observate. În acest sens, există diferențe mari în ceea ce privește impactul asupra masei solului și a suprafeței. În timpul exploziei la sol a unui compus chimic, până la jumătate din energie este transferată la sol, iar în timpul unei explozii nucleare, literalmente câteva procente. Acest lucru provoacă diferența de dimensiune a craterului și energia vibrațiilor seismice.
Iarnă nucleară
Acest concept caracterizează starea ipotetică a climei de pe planetă în cazul unui război la scară largă folosind arme nucleare. Probabil, din cauza eliberării unei cantități uriașe de funingine și fum în stratosferă, rezultate ale numeroaselor incendii provocate de mai multe focoase, temperatura de pe Pământ va scădea peste tot până la nivelurile arctice. Acest lucru se va datora și unei creșteri semnificative a numărului de raze solare reflectate de la suprafață. Probabilitatea de răcire globală a fost prezisă cu destul de mult timp în urmă (chiar și în timpul existenței Uniunii Sovietice). Ulterior, ipoteza a fost confirmată prin calculele modelului.
3.2. Explozii nucleare
3.2.1. Clasificarea exploziilor nucleare
Armele nucleare au fost dezvoltate în SUA în timpul celui de-al Doilea Război Mondial, în principal prin eforturile oamenilor de știință europeni (Einstein, Bohr, Fermi etc.). Primul test al acestei arme a avut loc în Statele Unite la terenul de antrenament Alamogordo pe 16 iulie 1945 (la vremea aceea, Conferința de la Potsdam avea loc în Germania învinsă). Și numai 20 de zile mai târziu, pe 6 august 1945, a fost aruncat pe orașul japonez Hiroshima fără nicio necesitate sau oportunitate militară. bombă atomică putere colosală pentru acea vreme - 20 de kilotone. Trei zile mai târziu, pe 9 august 1945, al doilea oraș japonez, Nagasaki, a fost supus bombardamentelor atomice. Consecințele exploziilor nucleare au fost teribile. În Hiroshima, cu 255 de mii de locuitori, aproape 130 de mii de oameni au fost uciși sau răniți. Din cei aproape 200 de mii de locuitori din Nagasaki, peste 50 de mii de oameni au fost afectați.
Apoi au fost fabricate și testate arme nucleare în URSS (1949), Marea Britanie (1952), Franța (1960) și China (1964). În prezent, peste 30 de state ale lumii sunt pregătite din punct de vedere științific și tehnic pentru producerea de arme nucleare.
Acum există încărcături nucleare care folosesc reacția de fisiune a uraniului-235 și plutoniu-239 și încărcături termonucleare care folosesc (în momentul exploziei) reacția de fuziune. Când un neutron este capturat, nucleul de uraniu-235 se împarte în două fragmente, eliberând raze gamma și încă doi neutroni (2,47 neutroni pentru uraniu-235 și 2,91 neutroni pentru plutoniu-239). Dacă masa uraniului este mai mare de o treime, atunci acești doi neutroni împart încă două nuclee, eliberând patru neutroni. După împărțirea următoarelor patru nuclee, sunt eliberați opt neutroni și așa mai departe. Are loc o reacție în lanț care duce la o explozie nucleară.
Clasificarea exploziilor nucleare:
După tipul de taxare:
- nuclear (atomic) - reacție de fisiune;
- termonuclear - reactie de fuziune;
- neutron - flux mare de neutroni;
- combinate.
După scop:
Testare;
În scopuri pașnice;
- în scopuri militare;
Prin putere:
- ultra-mic (mai puțin de 1 mie de tone de TNT);
- mic (1 - 10 mii tone);
- mediu (10-100 mii tone);
- mare (100 mii tone -1 Mt);
- extra-mare (peste 1 Mt).
După tipul de explozie:
- altitudine mare (peste 10 km);
- în aer (norul ușor nu ajunge la suprafața Pământului);
Sol;
Suprafaţă;
Subteran;
Sub apă.
Factorii dăunători ai unei explozii nucleare. Factorii dăunători ai unei explozii nucleare sunt:
- undă de șoc (50% din energia de explozie);
- radiații luminoase (35% din energia de explozie);
- radiații penetrante (45% din energia de explozie);
- contaminare radioactivă (10% din energia de explozie);
- impuls electromagnetic (1% energie de explozie);
Undă de șoc (SW) (50% din energia exploziei). UX este o zonă de compresie puternică a aerului care se răspândește cu viteză supersonică în toate direcțiile din centrul exploziei. Sursa undei de șoc este presiunea ridicată din centrul exploziei, ajungând la 100 miliarde kPa. Produsele de explozie, precum și aerul foarte încălzit, extind și comprimă stratul de aer din jur. Acest strat de aer comprimat comprimă stratul următor. Astfel, presiunea este transferată de la un strat la altul, creând HC. Marginea anterioară a aerului comprimat se numește partea frontală a aerului comprimat.
Principalii parametri ai sistemului de control sunt:
- exces de presiune;
- presiunea vitezei;
- durata undei de șoc.
Excesul de presiune este diferența dintre presiunea maximă din partea frontală a presiunii aerului și presiunea atmosferică.
G f =G f.max -P 0
Se măsoară în kPa sau kgf/cm2 (1 agm = 1,033 kgf/cm2 = 101,3 kPa; 1 atm = 100 kPa).
Valoarea suprapresiunii depinde în principal de puterea și tipul exploziei, precum și de distanța până la centrul exploziei.
Poate atinge 100 kPa în explozii cu o putere de 1 mt sau mai mult.
Excesul de presiune scade rapid cu distanța de la epicentrul exploziei.
Presiunea aerului de viteză este o sarcină dinamică care creează un flux de aer, notat cu P, măsurat în kPa. Mărimea presiunii vitezei aerului depinde de viteza și densitatea aerului din spatele frontului de undă și este strâns legată de valoarea excesului maxim de presiune a undei de șoc. Capul de viteză are un efect vizibil la excesul de presiune peste 50 kPa.
Durata undei de șoc (suprapresiune) se măsoară în secunde. Cu cât durata de acțiune este mai lungă, cu atât este mai mare efectul dăunător al agentului chimic. Efectul exploziv al unei explozii nucleare de putere medie (10-100 kt) parcurge 1000 m în 1,4 s, 2000 m în 4 s; 5000 m - în 12 s. UD afectează oamenii și distruge clădiri, structuri, obiecte și echipamente de comunicare.
Unda de șoc afectează persoanele neprotejate în mod direct și indirect (daunele indirecte sunt daune cauzate unei persoane de fragmente de clădiri, structuri, fragmente de sticlă și alte obiecte care se deplasează cu viteză mare sub influența presiunii aerului de mare viteză). Leziunile care apar din cauza acțiunii unei unde de șoc sunt împărțite în:
- ușoară, tipică pentru Federația Rusă = 20 - 40 kPa;
- /span> medie, tipică pentru Federația Rusă = 40 - 60 kPa:
- grea, caracteristică Federației Ruse = 60 - 100 kPa;
- foarte greu, tipic pentru Federația Rusă peste 100 kPa.
Într-o explozie cu puterea de 1 Mt, persoanele neprotejate pot suferi răni ușoare, aflându-se la 4,5 - 7 km de epicentrul exploziei, iar cele grave - 2 - 4 km.
Pentru a proteja împotriva poluării chimice, se folosesc instalații speciale de depozitare, precum și subsoluri, lucrări subterane, mine, adăposturi naturale, falduri de teren etc.
Volumul și natura distrugerii clădirilor și structurilor depind de puterea și tipul exploziei, distanța de la epicentrul exploziei, rezistența și dimensiunea clădirilor și structurilor. Dintre clădirile și structurile supraterane, cele mai rezistente sunt structurile monolitice din beton armat, casele cu cadru metalic și clădirile cu design antiseismic. Într-o explozie nucleară cu o putere de 5 Mt, structurile din beton armat vor fi distruse pe o rază de 6,5 km, case din cărămidă - până la 7,8 km, casele din lemn vor fi distruse complet pe o rază de 18 km.
Dioxidul de carbon are capacitatea de a pătrunde în încăperi prin deschiderile ferestrelor și ușilor, provocând distrugerea pereților despărțitori și a echipamentelor. Echipamentul tehnologic este mai stabil și este distrus în principal ca urmare a prăbușirii pereților și tavanelor caselor în care este instalat.
Radiația luminoasă (35% din energia de explozie). Radiația luminoasă (LW) este radiația electromagnetică în regiunile ultraviolete, vizibile și infraroșii ale spectrului. Sursa SW este o regiune luminoasă care se propagă cu viteza luminii (300.000 km/s). Durata de viață a zonei luminoase depinde de puterea exploziei și este pentru încărcări de diferite calibre: calibru super-mic - zecimi de secundă, mediu - 2 - 5 s, extra-mari - câteva zeci de secunde. Dimensiunea zonei luminoase pentru calibru super-mic este de 50-300 m, pentru mediu 50 - 1000 m, pentru calibru super-mare - câțiva kilometri.
Parametrul principal care caracterizează SW este pulsul de lumină. Se măsoară în calorii pe 1 cm2 de suprafață situată perpendicular pe direcția radiației directe, precum și în kilojuli pe m2:
1 cal/cm2 = 42 kJ/m2.
În funcție de mărimea pulsului de lumină perceput și de adâncimea leziunii pielii, o persoană suferă arsuri de trei grade:
- Arsurile de gradul I se caracterizează prin roșeață a pielii, umflături, dureri și sunt cauzate de un puls luminos de 100-200 kJ/m 2 ;
- Arsurile de gradul II (vezicule) apar cu un impuls luminos de 200...400 kJ/m 2;
- Arsurile de gradul III (ulcere, necroze cutanate) apar la o valoare a pulsului luminos de 400-500 kJ/m 2 .
O valoare mare a impulsului (mai mult de 600 kJ/m2) cauzează carbonizarea pielii.
În timpul unei explozii nucleare, se vor observa 20 kt de gradul I pe o rază de 4,0 km, gradul 11 - în 2,8 kt, gradul III - pe o rază de 1,8 km.
Cu o putere de explozie de 1 Mt, aceste distanțe cresc la 26,8 km, 18,6 km și 14,8 km. respectiv.
SW se propagă în linie dreaptă și nu trece prin materiale opace. Prin urmare, orice obstacol (perete, pădure, armură, ceață groasă, dealuri etc.) poate forma o zonă de umbră și protejează de radiațiile luminoase.
Cel mai puternic efect al SW sunt incendiile. Mărimea incendiilor este influențată de factori precum natura și starea mediului construit.
Când densitatea clădirii este de peste 20%, incendiile se pot contopi într-un singur foc continuu.
Pierderile cauzate de incendii în al Doilea Război Mondial s-au ridicat la 80%. În timpul celebrului bombardament de la Hamburg, 16 mii de case au fost incendiate simultan. Temperatura în zona incendiilor a ajuns la 800°C.
SV îmbunătățește semnificativ efectul HC.
Radiația penetrantă (45% din energia exploziei) este cauzată de radiații și flux de neutroni care se răspândește pe câțiva kilometri în jurul exploziei nucleare, ionizând atomii acestui mediu. Gradul de ionizare depinde de doza de radiație, a cărei unitate de măsură este razele X (în 1 cm de aer uscat se formează aproximativ două miliarde de perechi de ioni la o temperatură și presiune de 760 mm Hg). Capacitatea de ionizare a neutronilor este evaluată în echivalente de mediu ale razelor X (rem - doza de neutroni, a căror influență este egală cu influența radiației de raze X).
Efectul radiațiilor penetrante asupra oamenilor provoacă boala radiațiilor. Boala de radiații de gradul I (slăbiciune generală, greață, amețeli, somnolență) se dezvoltă în principal la o doză de 100 - 200 rad.
Boala de radiații de gradul doi (vărsături, cefalee severă) apare la o doză de 250-400 de consilii.
Boala de radiații de gradul trei (50% moare) se dezvoltă la o doză de 400 - 600 rad.
Boala de radiații de gradul IV (în mare parte apare moartea) apare atunci când este expus la mai mult de 600 de doze de radiații.
În exploziile nucleare de mică putere, influența radiației penetrante este mai mare decât cea a dioxidului de carbon și a iradierii luminii. Pe măsură ce puterea de explozie crește, proporția relativă a daunelor cauzate de radiațiile penetrante scade pe măsură ce crește numărul de răni și arsuri. Raza de deteriorare prin radiații penetrante este limitată la 4 - 5 km. indiferent de creşterea puterii de explozie.
Radiațiile penetrante afectează în mod semnificativ eficiența echipamentelor electronice și a sistemelor de comunicații. Radiația pulsată și fluxul de neutroni perturbă funcționarea multora sisteme electronice, în special cele care funcționează în regim de impuls, provocând întreruperi în alimentarea cu energie, scurtcircuite la transformatoare, creșterea tensiunii, distorsiuni ale formei și mărimii semnalelor electrice.
În acest caz, radiațiile provoacă întreruperi temporare în funcționarea echipamentelor, iar fluxul de neutroni provoacă modificări ireversibile.
Pentru diodele cu o densitate de flux de 1011 (germaniu) și 1012 (siliciu) neutroni/em 2, caracteristicile curentului direct și invers se modifică.
La tranzistoare, amplificarea curentului scade, iar curentul colectorului invers crește. Tranzistoarele de siliciu sunt mai stabile și își păstrează proprietățile de întărire la fluxuri de neutroni peste 1014 neutroni/cm2.
Dispozitivele electrovacuum sunt stabile și își păstrează proprietățile până la o densitate de flux de 571015 - 571016 neutroni/cm2.
Rezistoarele și condensatoarele sunt rezistente la o densitate de 1018 neutroni/cm2. Apoi conductivitatea rezistențelor se modifică, iar scurgerile și pierderile condensatoarelor cresc, în special pentru condensatoarele electrice.
Contaminarea radioactivă (până la 10% din energia unei explozii nucleare) are loc prin radiații induse, căderea fragmentelor de fisiune ale unei sarcini nucleare și părți de uraniu-235 sau plutoniu-239 rezidual pe sol.
Contaminarea radioactivă a unei zone este caracterizată de nivelul de radiație, care este măsurat în roentgens pe oră.
Căderea substanțelor radioactive continuă pe măsură ce norul radioactiv se mișcă sub influența vântului, în urma căruia se formează o urmă radioactivă pe suprafața pământului sub forma unei fâșii de teren contaminat. Lungimea traseului poate ajunge la câteva zeci de kilometri și chiar sute de kilometri, iar lățimea poate ajunge la zeci de kilometri.
În funcție de gradul de infecție și de posibilele consecințe ale radiațiilor, se disting 4 zone: moderate, severe, periculoase și extrem de periculoase.
Pentru comoditatea rezolvării problemei de evaluare a situației radiațiilor, limitele zonei sunt de obicei caracterizate prin niveluri de radiație la 1 oră după explozie (P a) și la 10 ore după explozie, P 10. Se stabilesc și valorile dozelor de radiații gamma D, care se primesc de la 1 oră de la explozie și până la dezintegrarea completă a substanțelor radioactive.
Zona de infecție moderată (zona A) - D = 40,0-400 rad. Nivelul de radiație la limita exterioară a zonei G în = 8 R/h, R 10 = 0,5 R/h. În zona A, munca la obiecte, de regulă, nu se oprește. În zonele deschise situate în mijlocul zonei sau la granița internă a acesteia, munca se oprește timp de câteva ore.
Zona de infecție grea (zona B) - D = 4000-1200 de vârfuri. Nivelul de radiație la limita exterioară a lui G in = 80 R/h, R 10 = 5 R/h. Lucrul se oprește timp de 1 zi. Oamenii se ascund în adăposturi sau evacuează.
Zona de contaminare periculoasa (zona B) - D = 1200 - 4000 rad. Nivelul de radiație la limita exterioară a lui G in = 240 R/h, R 10 = 15 R/h. În această zonă, lucrul pe șantier se oprește de la 1 la 3-4 zile. Oamenii evacuează sau se adăpostesc în structuri de protecție.
Zona de contaminare extrem de periculoasă (zona D) la marginea exterioară D = 4000 rad. Nivele de radiație G in = 800 R/h, R 10 = 50 R/h. Lucrarea se oprește timp de câteva zile și se reia după ce nivelul de radiație scade la o valoare sigură.
De exemplu în Fig. Figura 23 prezintă dimensiunile zonelor A, B, C, D, care se formează în timpul unei explozii cu o putere de 500 kt și o viteză a vântului de 50 km/h.
Trăsătură caracteristică Contaminarea radioactivă în timpul exploziilor nucleare reprezintă o scădere relativ rapidă a nivelurilor de radiații.
Mare influență Natura contaminării este afectată de înălțimea exploziei. În timpul exploziilor la înălțime mare, norul radioactiv se ridică la o înălțime considerabilă, este suflat de vânt și se dispersează pe o suprafață mare.
Masă
Dependența nivelului de radiație de timpul după explozie
| Timp după explozie, ore | ||||||||||||||||||||||||||||
| Nivel de radiație, % | 43,5 | 27,0 | 19,0 | 14,5 | 11,6 | 7,15 | 5,05 | 0,96 |
||||||||||||||||||||
Starea oamenilor în zone contaminate îi face să fie expuși la substanțe radioactive. În plus, particulele radioactive pot pătrunde în corp, se pot așeza pe zone deschise ale corpului, pot pătrunde în sânge prin răni și zgârieturi, provocând diferite grade de boală de radiații.
Pentru condiții de război, următoarele doze sunt considerate o doză sigură de expunere totală unică: în 4 zile - nu mai mult de 50 rads, 10 zile - nu mai mult de 100 rads, 3 luni - 200 rads, pe an - nu mai mult de 300 rads .
Pentru a lucra în zonele contaminate, se utilizează echipament individual de protecție la părăsirea zonei contaminate, se efectuează decontaminarea, iar oamenii sunt supuși unui tratament sanitar.
Adăposturile și adăposturile sunt folosite pentru a proteja oamenii. Fiecare clădire este evaluată prin serviciul coeficientului de atenuare K, care este înțeles ca un număr care indică de câte ori doza de radiații din depozitul este mai mică decât doza de radiații într-o zonă deschisă. Pentru case de piatră, pentru vase - 10, pentru mașini - 2, pentru rezervoare - 10, pentru subsoluri - 40, pentru depozite special echipate poate fi și mai mare (până la 500).
Un impuls electromagnetic (EMI) (1% din energia exploziei) este o creștere de scurtă durată a tensiunii câmpurilor electrice și magnetice și a curenților datorată mișcării electronilor din centrul exploziei, rezultată din ionizarea aerului. Amplitudinea EMI scade exponențial foarte repede. Durata pulsului este egală cu o sutime de microsecundă (Fig. 25). După primul impuls, datorită interacțiunii electronilor cu câmpul magnetic al Pământului, apare un al doilea puls mai lung.
Gama de frecvență a EMR este de până la 100 m Hz, dar energia sa este distribuită în principal lângă intervalul de frecvență medie de 10-15 kHz. Efectul distructiv al EMI este la câțiva kilometri de centrul exploziei. Astfel, pentru o explozie a solului cu o putere de 1 Mt, componenta verticală a câmpului electric este EMI la o distanță de 2 km. din centrul exploziei - 13 kV/m, la 3 km - 6 kV/m, 4 km - 3 kV/m.
EMI nu afectează direct corpul uman.
Atunci când se evaluează impactul EMI asupra echipamentelor electronice, trebuie să se ia în considerare și expunerea simultană la radiații EMI. Sub influența radiațiilor, conductivitatea tranzistoarelor și a microcircuitelor crește, iar sub influența EMI, acestea se descompun. EMI este extrem de eficient în deteriorarea echipamentelor electronice. Programul SDI prevede explozii speciale care creează EMI suficient pentru a distruge electronicele.