Понятие ядерное оружие объединяет взрывные устройства, в которых энергия взрыва образуется при делении или слиянии ядер. В узком смысле под ядерным оружием понимают взрывные устройства, использующие энергию, выделяемую при делении тяжелых ядер. Устройства, использующее энергию, выделяющуюся при синтезе легких ядер, называются термоядерными .

Ядерное оружие

Ядерная реакция, энергия которой используется в ядерных взрывных устройствах, заключается в делении ядра в результате захвата этим ядром нейтрона. Поглощение нейтрона способно привести к делению практически любого ядра, однако для подавляющего большинства элементов реакция деления возможна только в случае если нейтрон до поглощения его ядром обладал энергией, превышающей некоторое пороговое значение. Возможность практического использования ядерной энергии в ядерных взрывных устройствах или в ядерных реакторах обусловлена существованием элементов, ядра которых делятся под воздействием нейтронов любой энергии, в том числе сколь угодно малой. Вещества, обладающие подобным свойством называются делящимися веществами .

Единственным встречающимся в природе в заметных количествах делящимся веществом является изотоп урана с массой ядра 235 атомных единиц массы (уран-235). Содержание этого изотопа в природном уране составляет всего 0.7%. Оставшаяся часть приходится на уран-238. Поскольку химические свойства изотопов абсолютно одинаковы, для выделения урана-235 из природного урана необходимо осуществление достаточно сложного процесса разделения изотопов. В результате может быть получен высокообогащенный уран , содержащий около 94% урана-235, который пригоден для использования в ядерном оружии.

Делящиеся вещества могут быть получены искусственно, причем наименее сложным с практической точки зрения является получение плутония-239 , образующегося в результате захвата нейтрона ядром урана-238 (и последующей цепочки радиоактивных распадов промежуточных ядер). Подобный процесс можно осуществить в , работающем на природном или слабообогащенном уране. В дальнейшем, плутоний может быть выделен из отработавшего топлива реактора в процессе химической переработки топлива, что заметно проще осуществляемого при получении оружейного урана процесса разделения изотопов.

Для создания ядерных взрывных устройств могут быть использованы и другие делящиеся вещества, например уран-233 , получаемый при облучении в ядерном реакторе тория-232. Однако, практическое применение нашли только уран-235 и плутоний-239, прежде всего из-за относительной простоты получения этих материалов.

Возможность практического использования выделяющейся при делении ядер энергии обусловлена тем, что реакция деления может иметь цепной, самоподдерживающийся характер. В каждом акте деления образуется примерно два вторичных нейтрона, которые, будучи захвачены ядрами делящегося вещества, могут вызвать их деление, в свою очередь приводящее к образованию еще большего количества нейтронов. При создании специальных условий, количество нейтронов, а следовательно и актов деления, растет от поколения к поколению.

Зависимость количества актов деления от времени может быть описана с помощью так называемого коэффициента размножения нейтронов k, равного разности количества нейтронов образующихся в одном акте деления и количества нейтронов, потерянных за счет поглощения, не приводящего к делению, или за счет ухода за пределы массы делящегося вещества. Параметр k, таким образом, соответствует количеству актов деления которое вызывает распад одного ядра. Если параметр k меньше единицы, то реакция деления не имеет цепного характера, так как количество нейтронов, способных вызвать деление оказывается меньшим, чем их начальное количество. При достижении значения k=1 количество нейтронов, вызывающих деление, а значит и актов распада, не меняется от поколения к поколению. Реакция деления приобретает цепной самоподдерживающийся характер. Состояние вещества, в котором реализуется цепная реакция деления с k=1, называется критическим . При k>1 говорят о сверхкритическом состоянии.

Зависимость количества актов деления от времени может быть представлена следующим образом:

N=N o *exp((k-1)*t/T)

• N — полное число актов деления, произошедших за время t с начала реакции,
• N 0 — число ядер, претерпевших деление в первом поколении, k-коэффициент размножения нейтронов,
• T — время «смены поколений,» т.е. среднее время между последовательными актами деления, характерное значение которого составляет 10 -8 сек.

Если предположить, что цепная реакция начинается с одного акта деления и значение коэффициента размножения составляет 2, то несложно оценить количество поколений, необходимое для выделения энергии, эквивалентной взрыву 1 килотонны тринитротолуола (10 12 калорий или 4.1910 12 Дж). Поскольку в каждом акте деления выделяется энергия равная примерно 180 МэВ (2.910 -11 Дж), должно произойти 1.4510 23 актов распада (что соответствует делению примерно 57 г делящегося вещества). Подобное количество распадов произойдет в течение примерно 53 поколений делящихся ядер. Весь процесс займет около 0.5 микросекунд, причем основная доля энергии выделится в течение последних нескольких поколений. Продление процесса всего на несколько поколений приведет к значительному росту выделенной энергии. Так, для увеличения энергии взрыва в 10 раз (до 100 кт) необходимо всего пять дополнительных поколений.

Основным параметром, определяющим возможность осуществления цепной реакции деления и скорость выделения энергии в ходе этой реакции является коэффициент размножения нейтронов. Этот коэффициент зависит как от свойств делящихся ядер, таких как количество вторичных нейтронов, сечения реакций деления и захвата, так и от внешних факторов, определяющих потери нейтронов вызванные их уходом за пределы массы делящегося вещества. Вероятность ухода нейтронов зависит от геометрической формы образца и увеличивается с увеличением площади его поверхности. Вероятность же захвата нейтрона пропорциональна концентрации ядер делящегося вещества и длине пути, который нейтрон проходит в образце. Если взять образец, имеющий форму шара, то при увеличении массы образца вероятность приводящего к делению захвата нейтрона растет быстрее, чем вероятность его ухода, что приводит к увеличению коэффициента размножения. Массу, при которой подобный образец достигает критического состояния (k=1), называют критической массой делящегося вещества. Для высокообогащенного урана значение критической массы составляет около 52 кг, для оружейного плутония-11 кг. Критическую массу можно уменьшить примерно вдвое окружив образец делящегося вещества слоем материала, отражающего нейтроны, например, бериллия или природного урана.

Цепная реакция возможна и при наличии меньшего количества делящегося вещества. Поскольку вероятность захвата пропорциональна концентрации ядер, увеличение плотности образца, например в результате его сжатия, способно привести к возникновению в образце критического состояния. Именно этот способ и применяется в ядерных взрывных устройствах, в которых масса делящегося вещества, находящаяся в подкритическом состоянии переводится в сверхкритическое с помощью направленного взрыва, подвергающего заряд сильной степени сжатия. Минимальное количество делящегося вещества, необходимого для осуществления цепной реакции, зависит в основном от достижимой на практике степени сжатия.

Степень и скорость сжатия массы делящегося вещества определяют не только количество расщепляющегося материала, необходимого для создания взрывного устройства, но и мощность взрыва . Причиной этого служит тот факт, что энергия, выделяющаяся в ходе цепной реакции приводит к быстрому разогреву массы делящегося вещества и, как результат, к разлету этой массы. Через некоторое время заряд теряет критичность и цепная реакция останавливается. Поскольку полная энергия взрыва зависит от количества ядер, успевших претерпеть деление за время в течение которого заряд находился в критическом состоянии, для получения достаточно большой мощности взрыва необходимо удерживать массу делящегося вещества в критическом состоянии как можно дольше. На практике это достигается путем быстрого сжатия заряда с помощью направленного взрыва, так что в момент начала цепной реакции, масса делящегося вещества обладает очень большим запасом критичности.

Поскольку в процессе сжатия заряд находится в критическом состоянии, необходимо устранить посторонние источники нейтронов, которые могут дать начало цепной реакции еще до достижения зарядом необходимой степени критичности. Преждевременное начало цепной реакции приведет, во-первых, к уменьшению скорости выделения энергии, а во-вторых, к более раннему разлету заряда и потере им критичности. После того как масса делящегося вещества оказалась в критическом состоянии, начало цепной реакции могут дать акты спонтанного деления ядер урана или плутония. Однако, интенсивность спонтанного деления оказывается недостаточной для того, чтобы обеспечить необходимую степень синхронизации момента начала цепной реакции с процессом сжатия вещества и для обеспечения достаточно большого количества нейтронов в первом поколении. Для решения этой проблемы в ядерных взрывных устройствах применяют специальный источник нейтронов, который обеспечивает «впрыск» нейтронов в массу делящегося вещества. Момент «впрыска» нейтронов должен быть тщательно синхронизован с процессом сжатия, так как слишком раннее начало цепной реакции приведет к быстрому началу разлета делящегося вещества и, следовательно, к значительному уменьшению энергии взрыва.

Взрыв первого ядерного взрывного устройства был произведен США 16 июля 1945 г. в Аламогордо, штат Нью Мексико. Устройство представляло собой плутониевую бомбу, в которой для создания критичности был использован направленный взрыв. Мощность взрыва составила около 20 кт. В СССР взрыв первого ядерного взрывного устройства, аналогичного американскому, был произведен 29 августа 1949 г.

Термоядерное оружие

В термоядерном оружии энергия взрыва образуется в ходе реакций синтеза легких ядер, таких как дейтерий, тритий, являющихся изотопами водорода или литий. Подобные реакции могут происходить только при очень высоких температурах, при которых кинетическая энергия ядер достаточна для сближения ядер на достаточно малое расстояние. Температуры, о которых идет речь, составляют около 10 7 -10 8 К.

Использование реакций синтеза для увеличения мощности взрыва может быть произведено по-разному. Первый способ заключается в помещении внутрь обычного ядерного устройства контейнера с дейтерием или тритием (или дейтеридом лития). Возникающие в момент взрыва высокие температуры приводят к тому, что ядра легких элементов вступают в реакцию, за счет которой происходит дополнительное выделение энергии. С помощью подобного метода можно заметно увеличить мощность взрыва. В то же время, мощность подобного взрывного устройства по-прежнему ограничивается конечным временем разлета делящегося вещества.

Другой способ-создание многоступенчатых взрывных устройств, в которых за счет специальной конфигурации взрывного устройства энергия обычного ядерного заряда (т.н. первичный заряд) используется для создания необходимых температур в отдельно расположенном «вторичном» термоядерном заряде, энергия которого, в свою очередь, может быть использована для подрыва третьего заряда и т.д. Первое испытание подобного устройства-взрыв «Майк»- было произведено в США 1 ноября 1952 г. В СССР подобное устройство было впервые испытано 22 ноября 1955 г. Мощность взрывного устройства, сконструированного подобным образом, может быть сколь угодно большой. Самый мощный ядерный взрыв был произведен именно с помощью многоступенчатого взрывного устройства. Мощность взрыва составила 60 Мт, причем мощность устройства была использована лишь на одну треть.

Последовательность событий при ядерном взрыве

Выделение огромного количества энергии, происходящее в ходе цепной реакции деления, приводит к быстрому разогреву вещества взрывного устройства до температур порядка 10 7 К. При таких температурах вещество представляет собой интенсивно излучающую ионизированную плазму. На этом этапе в виде энергии электромагнитного излучения выделяется около 80% энергии взрыва. Максимум энергии этого излучения, называемого первичным, приходится на рентгеновский диапазон спектра. Дальнейший ход событий при ядерном взрыве определяется в основном характером взаимодействия первичного теплового излучения с окружающей эпицентр взрыва средой, а также свойствами этой среды.

В случае если взрыв произведен на небольшой высоте в атмосфере, первичное излучение взрыва поглощается воздухом на расстояниях порядка нескольких метров. Поглощение рентгеновского излучения приводит к образованию облака взрыва, характеризующегося очень высокой температурой. На первой стадии это облако растет в размерах за счет радиационной передачи энергии из горячей внутренней части облака к его холодному окружению. Температура газа в облаке примерно постоянна по его объему и снижается по мере его увеличения. В момент когда температура облака снижается до примерно 300 тысяч градусов, скорость фронта облака уменьшается до величин, сравнимых со скоростью звука. В этот момент формируется ударная волна , фронт которой «отрывается» от границы облака взрыва. Для взрыва мощностью 20 кт это событие наступает примерно через 0.1 мсек после взрыва. Радиус облака взрыва в этот момент составляет около 12 метров.

Интенсивность теплового излучения облака взрыва целиком определяется видимой температурой его поверхности. На некоторое время воздух, нагретый в результате прохождения взрывной волны, маскирует облако взрыва, поглощая излучаемую им радиацию, так что температура видимой поверхности облака взрыва соответствует температуре воздуха за фронтом ударной волны, которая падает по мере увеличения размеров фронта. Через примерно 10 миллисекунд после начала взрыва температура во фронте падает до 3000°С и он вновь становится прозрачным для излучения облака взрыва. Температура видимой поверхности облака взрыва вновь начинает расти и через примерно 0.1 сек после начала взрыва достигает примерно 8000°С (для взрыва мощностью 20 кт). В этот момент мощность излучения облака взрыва максимальна. После этого температура видимой поверхности облака и, соответственно, излучаемая им энергия быстро падает. В результате, основная доля энергии излучения высвечивается за время меньшее одной секунды.

Формирование импульса теплового излучения и образование ударной волны происходит на самых ранних стадиях существования облака взрыва. Поскольку внутри облака содержится основная доля радиоактивных веществ, образующихся в ходе взрыва, дальнейшая его эволюция определяет формирование следа радиоактивных осадков. После того как облако взрыва остывает настолько, что уже не излучает в видимой области спектра, процесс увеличения его размеров продолжается за счет теплового расширения и оно начинает подниматься вверх. В процессе подъема облако увлекает за собой значительную массу воздуха и грунта. В течение нескольких минут облако достигает высоты в несколько километров и может достичь стратосферы. Скорость выпадения радиоактивных осадков зависит от размера твердых частиц, на которых они конденсируются. Если в процессе своего формирования облако взрыва достигло поверхности, количество грунта, увлеченного при подъеме облака будет достаточно велико и радиоактивные вещества оседают в основном на поверхности частиц грунта, размер которых может достигать нескольких миллиметров. Такие частицы выпадают на поверхность в относительной близости от эпицентра взрыва, причем за время выпадения их радиоактивность практически не уменьшается.

В случае если облако взрыва не касается поверхности, содержащиеся в нем радиоактивные вещества конденсируются в гораздо меньшие частицы с характерными размерами 0.01-20 микрон. Поскольку такие частицы могут достаточно долго существовать в верхних слоях атмосферы, они рассеиваются над очень большой площадью и за время, прошедшее до их выпадения на поверхность, успевают потерять значительную долю своей радиоактивности. В этом случае радиоактивный след практически не наблюдается. Минимальная высота, взрыв на которой не приводит к образованию радиоактивного следа, зависит от мощности взрыва и составляет примерно 200 метров для взрыва мощностью 20 кт и около 1 км для взрыва мощностью 1 Мт.

Ударная волна, формирующаяся на ранних стадиях существования облака взрыва, представляет собой один из основных поражающих факторов атмосферного ядерного взрыва. Основными характеристиками ударной волны являются пиковое избыточное давление и динамическое давление во фронте волны. Способность объектов выдерживать воздействие ударной волны зависит от множества факторов, таких как наличие несущих элементов, материал постройки, ориентация по отношению ко фронту. Избыточное давление в 1 атм (15 фунтов/кв. дюйм), возникающее на расстоянии 2.5 км от наземного взрыва мощностью 1 Мт, способно разрушить многоэтажное здание из железобетона. Для противостояния воздействию ударной волны военные объекты, особенно шахты баллистических ракет проектируют таким образом, чтобы они могли выдержать избыточные давления в сотни атмосфер. Радиус области, в которой при взрыве в 1 Мт создается подобное давление составляет около 200 метров. Соответственно, для поражения укрепленных целей особую роль играет точность атакующих баллистических ракет.

На начальных стадиях существования ударной волны ее фронт представляет собой сферу с центром в точке взрыва. После того как фронт достигает поверхности, образуется отраженная волна. Так как отраженная волна распространяется в среде, через которую прошла прямая волна, скорость ее распространения оказывается несколько выше. В результате, на некотором расстоянии от эпицентра две волны сливаются возле поверхности, образуя фронт, характеризуемый примерно в два раза большими значениями избыточного давления. Поскольку для взрыва данной мощности расстояние, на котором образуется подобный фронт, зависит от высоты взрыва, высоту взрыва можно подобрать для получения максимальных значений избыточного давления на определенной площади. Если целью взрыва является уничтожение укрепленных военных объектов, оптимальная высота взрыва оказывается очень малой, что неизбежно приводит к образованию значительного количества радиоактивных осадков.

Еще одним поражающим фактором ядерного оружия является проникающая , представляющая собой поток высокоэнергетичных нейтронов и гамма-квантов, образующихся как непосредственно в ходе взрыва так и в результате распада продуктов деления. Наряду с нейтронами и гамма-квантами, в ходе ядерных реакций образуются также альфа- и бета-частицы, влияние которых можно не учитывать из-за того что они очень эффективно задерживаются на расстояниях порядка нескольких метров. Нейтроны и гамма-кванты продолжают выделяться в течение достаточно длительного времени после взрыва, оказывая воздействие на радиационную обстановку. К собственно проникающей радиации обычно относят нейтроны и гамма-кванты появляющиеся в течение первой минуты после взрыва. Подобное определение связано с тем, что за время порядка одной минуты облако взрыва успевает подняться на высоту, достаточную для того, чтобы радиационный поток на поверхности стал практически незаметен.

Интенсивность потока проникающей и расстояние на котором ее действие может нанести существенный ущерб, зависят от мощности взрывного устройства и его конструкции. , полученная на расстоянии около 3 км от эпицентра термоядерного взрыва мощностью 1 Мт достаточна для того чтобы вызвать серьезные биологические изменения в организме человека. Ядерное взрывное устройство может быть специально сконструировано таким образом чтобы увеличить ущерб, наносимый проникающей радиацией по сравнению с ущербом, наносимым другими поражающими факторами (так называемое нейтронное оружие ).

Процессы, происходящие в ходе взрыва на значительной высоте, где плотность воздуха невелика, несколько отличаются от происходящих при проведении взрыва на небольших высотах. Прежде всего, из-за малой плотности воздуха поглощение первичного теплового излучения происходит на гораздо больших расстояниях и размер облака взрыва может достигать десятков километров. Существенное влияние на процесс формирования облака взрыва начинают оказывать процессы взаимодействия ионизированных частиц облака с магнитным полем Земли. Ионизированные частицы, образовавшиеся в ходе взрыва, оказывают также заметное влияние на состояние ионосферы, затрудняя, а иногда и делая невозможным распространение радиоволн (этот эффект может быть использован для ослепления радиолокационных станций).

Одним из результатов проведения высотного взрыва оказывается возникновение мощного электромагнитного импульса , распространяющегося над очень большой территорией. Электромагнитный импульс возникает и в результате взрыва на малых высотах, однако напряженность электромагнитного поля в этом случае быстро спадает по мере удаления от эпицентра. В случае же высотного взрыва, область действия электромагнитного импульса охватывает практически всю видимую из точки взрыва поверхность Земли.

В случае если взрыв произведен под землей, на начальной стадии взрыва поглощение окружающей средой первичного теплового излучения приводит к образованию полости, давление в которой в течение менее чем микросекунды возрастает до нескольких миллионов атмосфер. Далее, в течение долей секунды в окружающей породе формируется ударная волна, фронт которой обгоняет распространение полости взрыва. Ударная волна вызывает разрушение породы в непосредственной близости от эпицентра и, ослабляясь по мере своего продвижения, дает начало серии сейсмических импульсов, сопровождающих подземный взрыв. Полость взрыва продолжает расширяться с несколько меньшей чем в начале скоростью, достигая в итоге значительных размеров. Так, радиус полости, образованной взрывом мощностью 150 кт может достичь 50 метров. На этом этапе стены полости представляют собой расплавленную породу. На третьем этапе газ внутри полости остывает, а расплавленная порода застывает на дне.

В течение следующей стадии, которая может длиться от нескольких секунд до нескольких часов, давление газов в полости падает так, что они больше неспособны выдерживать нагрузку верхних слоев породы, которые обрушиваются вниз. В результате образуется вертикальная сигарообразная структура, заполненная обломками породы. Размеры этой структуры зависят от характера породы, в которой произведен взрыв. В верхнем конце этой структуры остается полость, заполненная радиоактивными газами. В случае если взрыв произошел на недостаточно большой глубине, часть газов может выйти на поверхность.

Является самым разрушительным из всех существующих видов вооружений. Количество запасов ядерного оружия на Земле достигает таких размеров, что его хватит на то, чтобы уничтожить нашу планету несколько раз.

Великобритания Румыния Германия Саудовская Аравия Египет Сирия Израиль США Индия Норвегия Ирак Украина Иран Франция Канада Казахстан Швеция Китай ЮАР КНДР Япония Польша

При подрыве ядерного боеприпаса происходит ядерный взрыв , поражающими факторами которого являются:

Люди, непосредственно подвергшиеся воздействию поражающих факторов ядерного взрыва, кроме физических повреждений, испытывают мощное психологическое воздействие от ужасающего вида картины взрыва и разрушений. Электромагнитный импульс непосредственного влияния на живые организмы не оказывает, но может нарушить работу электронной аппаратуры.

Классификация ядерных боеприпасов

Все ядерные боеприпасы могут быть разделены на две основные категории:

• «Атомные» - однофазные или одноступенчатые взрывные устройства, в которых основной выход энергии происходит от ядерной реакции деления тяжелых ядер (урана-235 или плутония) с образованием более лёгких элементов.

• Термоядерное оружие (также «водородные») - двухфазные или двухступенчатые взрывные устройства, в которых последовательно развиваются два физических процесса, локализованных в различных областях пространства: на первой стадии основным источником энергии является реакция деления тяжелых ядер, а на второй реакции деления и термоядерного синтеза используются в различных пропорциях, в зависимости от типа и настройки боеприпаса.

Реакция термоядерного синтеза, как правило, развивается внутри делящейся сборки и служит мощным источником дополнительных нейтронов. Только ранние ядерные устройства в 40-х годах XX в., немногочисленные бомбы пушечной сборки в 1950-х, некоторые ядерные артиллерийские снаряды, а также изделия ядерно-технологически слаборазвитых государств (ЮАР, Пакистан, КНДР) не используют термоядерный синтез в качестве усилителя мощности ядерного взрыва. Вопреки устойчивому стереотипу, в термоядерных (то есть двухфазных) боеприпасах бо́льшая часть энергии (до 85%) выделяется за счет деления ядер урана-235/плутония-239 и/или урана-238. Вторая ступень любого такого устройства может быть оснащена тампером из урана-238, который эффективно делится от быстрых нейтронов реакции синтеза. Так достигается многократное увеличение мощности взрыва и чудовищный рост количества радиоактивных осадков. С легкой руки Р. Юнга, автора знаменитой книги Ярче тысячи солнц, написанной в 1958 году по «горячим следам» Манхэттенского проекта , такого рода «грязные» боеприпасы принято называть FFF (fusion-fission-fusion) или трехфазными. Однако этот термин не является вполне корректным. Почти все «FFF» относится к двухфазным и отличаются только материалом тампера, который в «чистом» боеприпасе может быть выполнен из свинца, вольфрама и т. д. Исключением являются устройства типа «Слойки» Сахарова , которые следует отнести к однофазным, хотя они имеют слоистую структуру взрывчатого вещества (ядро из плутония - слой дейтерида лития-6 - слой урана 238). В США такое устройство получило название Alarm Clock (Часы с будильником). Схема последовательного чередования реакций деления и синтеза реализована в двухфазных боеприпасах, в которых можно насчитать до 6 слоев при весьма «умеренной» мощности. Примером служит относительно современная боеголовка W88, в которой первая секция (primary) содержит два слоя, вторая секция (secondary) имеет три слоя, и ещё одним слоем является общая для двух секций оболочка из урана-238 (см. рисунок).

• Иногда в отдельную категорию выделяется нейтронное оружие - двухфазный боеприпас малой мощности (от 1 кт до 25 кт), в котором 50-75% энергии получается за счет термоядерного синтеза. Поскольку основным переносчиком энергии при синтезе являются быстрые нейтроны, то при взрыве такого боеприпаса выход нейтронов может в несколько раз превышать выход нейтронов при взрывах однофазных ядерных взрывных устройств сравнимой мощности. За счет этого достигается существенно больший вес поражающих факторов нейтронное излучение и наведённая радиоактивность (до 30% от общего энерговыхода), что может быть важным с точки зрения задачи уменьшения радиоактивных осадков и снижения разрушений на местности при высокой эффективности применения против танков и живой силы. Следует отметить мифический характер представлений о том, что нейтронное оружие поражает исключительно людей и оставляет в сохранности строения. По разрушительному воздействию взрыв нейтронного боеприпаса в сотни раз превосходит любой неядерный боеприпас.

Пушечная схема

«Пушечная схема» использовалась в некоторых моделях ядерного оружия первого поколения. Суть пушечной схемы заключается в выстреливании зарядом пороха одного блока делящегося вещества докритической массы («пуля») в другой - неподвижный («мишень»). Блоки рассчитаны так, что при соединении их общая масса становится сверхкритической.

Данный способ детонации возможен только в урановых боеприпасах, так как плутоний имеет на два порядка более высокий нейтронный фон, что резко повышает вероятность преждевременного развития цепной реакции до соединения блоков. Это приводит к неполному выходу энергии (fizzle или «пшик»). Для реализации пушечной схемы в плутониевых боеприпасах требуется увеличение скорости соединения частей заряда до технически недостижимого уровня. Кроме того, уран лучше, чем плутоний, выдерживает механические перегрузки.

Классическим примером такой схемы является бомба «Малыш » («Little Boy»), сброшенная на Хиросиму 6 августа г. Уран для её производства был добыт в Бельгийском Конго (ныне Демократическая Республика Конго), в Канаде (Большое Медвежье озеро) и в США (штат Колорадо). В бомбе «Little Boy» для этой цели использовался укороченный до 1,8 м ствол морского орудия калибра 16,4 см, при этом урановая «мишень» представляла собой цилиндр диаметром 100 мм, на который при «выстреле» надвигалась цилиндрическая «пуля» сверхкритической массы (38,5 кг) с соответствующим внутренним каналом. Такой «интуитивно непонятный» дизайн был сделан для снижения нейтронного фона мишени: в нём она находилась не вплотную, а на расстоянии 59 мм от нейтронного отражателя («тампера»). В результате риск преждевременного начала цепной реакции деления с неполным энерговыделением снижался до нескольких процентов.

Имплозивная схема

Эта схема детонации подразумевает получение сверхкритического состояния путём обжатия делящегося материала сфокусированной ударной волной, создаваемой взрывом химической взрывчатки. Для фокусировки ударной волны используются так называемые взрывные линзы, и подрыв производится одновременно во многих точках с прецизионной точностью. Создание подобной системы расположения взрывчатки и подрыва являлось в своё время одной из наиболее трудных задач. Формирование сходящейся ударной волны обеспечивалось использованием взрывных линз из «быстрой» и «медленной» взрывчаток - ТАТВ (Триаминотринитробензол) и баратола (смесь тринитротолуола с нитратом бария), и некоторыми добавками) (см. анимацию).

По такой схеме был исполнен и первый ядерный заряд (ядерное устройство «Gadget» (англ. gadget - приспособление), взорванный на башне в испытательных целях в ходе испытаний с выразительным названием «Trinity» («Троица») 16 июля 1945 года на полигоне неподалеку от местечка Аламогордо в штате Нью-Мексико), и вторая из примененных по назначению атомных бомб - «Толстяк » («Fat Man»), сброшенная на Нагасаки. Фактически, «Gadget» был лишенным внешней оболочки прототипом бомбы «Толстяк». В этой первой атомной бомбе в качестве нейтронного инициатора был использован так называемый «ёжик» (англ. urchin ). (Технические подробности см. в статье «Толстяк ».) Впоследствии эта схема была признана малоэффективной, и неуправляемый тип нейтронного инициирования почти не применялся в дальнейшем.

В ядерных зарядах на основе реакции деления в центре полой сборки обычно размещается небольшое количество термоядерного топлива (дейтерий и тритий), которое нагревается и сжимается в процессе деления сборки до такого состояния, что в нём начинается термоядерная реакция синтеза. Эту газовую смесь необходимо непрерывно обновлять, чтобы скомпенсировать непрерывно идущий самопроизвольный распад ядер трития. Выделяющиеся при этом дополнительные нейтроны инициируют новые цепные реакции в сборке и возмещают убыль нейтронов, покидающих активную зону, что приводит к многократному росту энергетического выхода от взрыва и более эффективному использованию делящегося вещества. Варьируя содержание газовой смеси в заряде получают боеприпасы с регулируемой в широких пределах мощностью взрыва.

Следует отметить, что описанная схема сферической имплозии является архаичной и с середины 1950-х годов почти не применяется. Реально применяемый дизайн Swan (англ. swan - лебедь), основан на использовании эллипсоидальной делящейся сборки, которая в процессе двухточечной, то есть инициированной в двух точках имплозии сжимается в продольном направлении и превращается в надкритическую сферу. Как таковые, взрывные линзы при этом не используются. Детали этого дизайна до сих пор засекречены, но, предположительно, формирование сходящейся ударной волны осуществляется за счет эллипсоидальной формы имплозирующего заряда, так что между ним и находящейся внутри ядерной сборкой остается заполненное воздухом пространство. Тогда равномерное обжатие сборки осуществляется за счет того, что скорость детонации взрывчатки превышает скорость движения ударной волны в воздухе. Существенно более легкий тампер выполняется не из урана-238, а из хорошо отражающего нейтроны бериллия. Можно предположить, что необычное название данного дизайна - «Лебедь» (первое испытание - Inca в 1956 г.) было подсказано образом взмахнувшего крыльями лебедя, который отчасти ассоциируется с фронтом ударной волны, плавно охватывающим с двух сторон сборку. Таким образом оказалось возможным отказаться от сферической имплозии и, тем самым, уменьшить диаметр имплозивного ядерного боеприпаса с 2 м у бомбы «Толстяк » до 30 см и менее. Для самоликвидации такого боеприпаса без ядерного взрыва инициируется только один из двух детонаторов, и плутониевый заряд разрушается несимметричным взрывом безо всякого риска его имплозии.

Мощность ядерного заряда, работающего исключительно на принципе деления тяжёлых элементов, ограничивается десятками килотонн. Энерговыход (англ. yield ) однофазного боеприпаса, усиленного термоядерным зарядом внутри делящейся сборки, может достигать сотен килотонн. Создать однофазное устройство мегатонного класса практически невозможно, увеличение массы делящегося вещества не решает проблему. Дело в том, что энергия, выделяющаяся в результате цепной реакции, раздувает сборку со скоростью порядка 1000 км/с, поэтому она быстро становится докритической и бо́льшая часть делящегося вещества не успевает прореагировать. Например, в сброшенной на город Нагасаки бомбе «Толстяк » успело прореагировать не более 20 % из 6,2 кг заряда плутония, а в уничтожившей Хиросиму бомбе «Малыш » с пушечной сборкой распалось только 1,4 % из 64 кг обогащенного примерно до 80 % урана. Самый мощный в истории однофазный (британский) боеприпас, взорванный в ходе испытаний Orange Herald в г., достиг мощности 720 кт.

Двухфазные боеприпасы позволяют повысить мощность ядерных взрывов до десятков мегатонн. Однако ракеты с разделяющимися боеголовками, высокая точность современных средств доставки и спутниковая разведка сделали устройства мегатонного класса практически ненужными. Тем более, что носители сверхмощных боеприпасов более уязвимы для систем ПРО и ПВО.

Дизайн Теллера-Улама для двухфазного боеприпаса («термоядерная бомба»).

В двухфазном устройстве первая стадия физического процесса (primary ) используется для запуска второй стадии (secondary ), в ходе которой выделяется наибольшая часть энергии. Такую схему принято называть дизайном Теллера-Улама.

Энергия от детонации primary передаётся через специальный канал (interstage ) в процессе радиационной диффузии квантов рентгеновского излучения и обеспечивает детонацию secondary посредством радиационной имплозии тампера/пушера, внутри которого находится дейтерид лития-6 и запальный плутониевый стержень. Последний также служит дополнительным источником энергии вместе с пушером и/или тампером из урана-235 или урана-238, причем совместно они могут давать до 85 % от общего энерговыхода ядерного взрыва. При этом термоядерный синтез служит в большей мере источником нейтронов для деления ядер. Под действием нейтронов деления на ядра Li в составе дейтерида лития образуется тритий , который сразу вступает в реакцию термоядерного синтеза с дейтерием.

В первом двухфазном экспериментальном устройстве Ivy Mike (10,5 Мт в испытании 1952 г.) вместо дейтерида лития использовались сжиженный дейтерий и тритий, но в последующем крайне дорогой чистый тритий непосредственно в термоядерной реакции второй стадии не применялся. Интересно отметить, что только термоядерный синтез обеспечил 97 % основного энерговыхода экспериментальной советской «Царь-бомбе » (она же «Кузькина мать»), взорванной в 1961 г. с абсолютно рекордным выходом энергии около 58 Мт. Наиболее эффективным по отношению мощность/вес двухфазным боеприпасом стал американский «монстр» Mark 41 с мощностью 25 Мт, который выпускался серийно для развертывания на бомбардировщиках B-47 , B-52 и в варианте моноблока для МБР Титан-2. Тампер этой бомбы выполнен из урана-238, поэтому она никогда не испытывалась в полном масштабе. При замене тампера на свинцовый мощность данного устройства понижалась до 3 Мт.

Средства доставки

Средством доставки ядерного боеприпаса к цели может быть практически любое тяжелое вооружение. В частности, тактическое ядерное оружие с 1950-х существует в форме артиллерийских снарядов и мин - боеприпасов для ядерной артиллерии . Носителями ядерного оружия могут быть реактивные снаряды РСЗО , но пока ядерных снарядов для РСЗО не существует . Однако, габариты многих современных ракет РЗСО позволяют разместить в них ядерный заряд, аналогичный применяемому ствольной артиллерией, в то время как некоторые РСЗО, например российский «Смерч », по дальности практически сравнялись с тактическими ракетами, другие же (например, американская система MLRS) способны запускать со своих установок тактические ракеты . Тактические ракеты и ракеты большей дальности являются носителями ядерного оружия. В Договорах по ограничению вооружений в качестве средств доставки ядерного оружия рассматриваются баллистические ракеты , крылатые ракеты и самолеты . Исторически самолеты были первыми средствами доставки ядерного оружия, и именно с помощью самолетов было выполнено единственное в истории боевое ядерное бомбометание :

1. На японский город Хиросима 6 августа 1945 года. В 08:15 местного времени самолёт B-29 «Enola Gay» под командованием полковника Пола Тиббетса, находясь на высоте свыше 9 км, произвёл сброс атомной бомбы «Малыш » («Little Boy») на центр Хиросимы. Взрыватель был установлен на высоту 600 метров над поверхностью; взрыв, эквивалентом от 13 до 18 килотонн тротила, произошёл через 45 секунд после сброса.
2. На японский город Нагасаки 9 августа 1945 года. В 10:56 самолёт В-29 «Bockscar» под командованием пилота Чарльза Суини прибыл к Нагасаки. Взрыв произошёл в 11:02 местного времени на высоте около 500 метров. Мощность взрыва составила 21 килотонну.

Развитие систем ПВО и ракетного оружия выдвинуло на первый план именно ракеты.

«Старые» ядерные державы США, Россия, Великобритания, Франция и Китай являются т. н. ядерной пятёркой - то есть государствами, которые считаются «легитимными» ядерными державами согласно Договору о нераспространении ядерного оружия . Остальные страны, обладающие ядерным оружием, называются «молодыми» ядерными державами.

Кроме того, на территории нескольких государств, которые являются членами НАТО и другими союзниками, находится или может находиться ядерное оружие США. Некоторые эксперты считают, что в определенных обстоятельствах эти страны могут им воспользоваться .

Испытание термоядерной бомбы на атолле Бикини, 1954 г. Мощность взрыва 11 Мт, из которых 7 Мт выделилось от деления тампера из урана-238

Взрыв первого советского ядерного устройства на Семипалатинском полигоне 29 августа 1949 года. 10 часов 05 минут.

СССР испытал своё первое ядерное устройство мощностью 22 килотонны 29 августа 1949 года на Семипалатинском полигоне . Испытание первой в мире термоядерной бомбы - там же 12 августа 1953 года. Россия стала единственным международно-признанным наследником ядерного арсенала Советского Союза.

Израиль не комментирует информацию о наличии у него ядерного оружия, однако, по единодушному мнению всех экспертов, владеет ядерными боезарядами собственной разработки с конца 1960-х - начала 1970-х гг.

Небольшой ядерный арсенал был у ЮАР , но все шесть собранных ядерных зарядов были добровольно уничтожены при демонтаже режима апартеида в начале 1990-х годов . Полагают, что ЮАР проводила собственные или совместно с Израилем ядерные испытания в районе острова Буве в 1979 году . ЮАР - единственная страна, которая самостоятельно разработала ядерное оружие и при этом добровольно от него отказалась.

По различным причинам добровольно отказались от своих ядерных программ Бразилия , Аргентина , Ливия . В разные годы подозревалось, что ядерное оружие могут разрабатывать ещё несколько стран. В настоящее время предполагается, что наиболее близок к созданию собственного ядерного оружия Иран . Также по мнению многих специалистов, некоторые страны (например, Япония и Германия), не обладающие ядерным оружием, по своим научно-производственным возможностям способны создать его в течение короткого времени после принятия политического решения и финансирования.

Исторически потенциальную возможность создать ядерное оружие второй или даже первой имела нацистская Германия . Однако Урановый проект до разгрома Третьего Рейха завершён не был по ряду причин.

Запасы ядерного оружия в мире

Количество боеголовок (активных и в резерве)

	1947	1952	1957	1962	1967	1972	1977	1982	1987	1989	1992	2002	2010
США	32	1005	6444	≈26000	>31255	≈27000	≈25000	≈23000	≈23500	22217	≈12000	≈10600	≈8500
СССР/Россия	-	50	660	≈4000	8339	≈15000	≈25000	≈34000	≈38000		≈25000	≈16000	≈11000
Великобритания	-	-	20		270							512	≈225

Федеральное агентство по образованию

ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ (ТУСУР)

Кафедра радиоэлектронных технологий и экологического мониторинга (РЭТЭМ)

Курсовая работа

По дисциплине "ТГ и В"

Ядерное оружие: история создания, устройство и поражающие факторы

Студент гр.227

Толмачёв М.И.

Руководитель

Преподаватель кафедры РЭТЭМ,

Хорев И.Е.

Томск 2010 г.

Курсовая работа ___ стр., 11 рисунков, 6 источников.

В данном курсовом проекте рассмотрены ключевые моменты в истории создания ядерного оружия. Показаны основные виды и характеристики атомных снарядов.

Приведена классификация ядерных взрывов. Рассмотрены различные формы выделения энергии при взрыве; виды её распространения и действия на человека.

Изучены реакции, протекающие во внутренних оболочках ядерных снарядов. Подробно описаны поражающие факторы ядерных взрывов.

Курсовая работа выполнена в текстовом редакторе Microsoft Word 2003

2.4.4 Радиоактивное заражение

Введение

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

В 1896 году было открыто явление, получившее название радиоактивности (от латинского слова "радиус" - луч). Это открытие сыграло важную роль в дальнейшем излучении строения атомных ядер. Мария Склодовская-Кюри и Пьер

Кюри установили, что, кроме урана, еще торий, полоний и химические соединения урана с торием обладает таким же излучением, что и уран.

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

В XX веке наука сделала радикальный шаг в изучении радиоактивности и применении радиоактивных свойств материалов.

В настоящее время 5 стран имеют в своём вооружение ядерное оружие: США, Россия, Великобритания, Франция, Китай и в ближайшие годы этот список пополниться.

Сейчас трудно оценить роль ядерного оружия. С одной стороны, это мощное средство устрашения, с другой - самый эффективный инструмент укрепления мира и предотвращения военного конфликтами между державами.

Задачи, стоящие перед современным человечеством - не допустить гонку ядерного вооружения ведь научные знания могут служить и гуманным, благородным целям.

1. История создания и развития ядерного оружия

В 1905 Альберт Эйнштейн издал свою специальную теорию относительности. Согласно этой теории, соотношение между массой и энергией выражено уравнением E = mc 2 , которое значит, что данная масса (m) связана с количеством энергии (E) равной этой массе, умноженной на квадрат скорости света (c). Очень малое количество вещества эквивалентно к большому количеству энергии. Например, 1 кг вещества, преобразованного в энергию был бы эквивалентен энергии, выпущенной, при взрыве 22 мегатонн тротила.

В 1938 г, в результате экспериментов немецким химикам Отто Хана и Фритца Страссманна, удается разбить атом урана на две приблизительно равных части при помощи бомбардировки урана нейтронами. Британский физик Роберт Фриш, объяснил как при делении ядра атома выделяется энергия.

В начале 1939 года французский физик Жолио-Кюри сделал вывод, что возможна цепная реакция, которая приведет к взрыву чудовищной разрушительной силы и что уран может стать источником энергии, как обычное взрывное вещество.

Это заключение стало толчком для разработок по созданию ядерного оружия. Европа была накануне Второй мировой войны, и потенциальное обладание таким мощным оружием подталкивало на быстрейшее его создание, но тормозом стала проблема наличия большого количества урановой руды для широкомасштабных исследований.

Над созданием атомного оружия трудились физики Германии, Англии, США, Японии, понимая, что без достаточного количества урановой руды невозможно вести работы. США в сентябре 1940 года закупили большое количество требуемой руды по подставным документам у Бельгии, что и позволило им вести работы над созданием ядерного оружия полным ходом.

ядерное оружие взрыв снаряд

Перед началом Второй мировой войны Альберт Эйнштейн написал письмо президенту США Франклину Рузвельту. В нем якобы говорилось о попытках нацистской Германии очистить Уран-235, что может привести их к созданию атомной бомбы. Сейчас стало известно, что германские учёные были очень далеки от проведения цепной реакции. В их планы входило изготовление "грязной", сильно радиоактивной бомбы.

Как бы то ни было, правительством Соединённых Штатов было принято решение - в кратчайшие сроки создать атомную бомбу. Этот проект вошел историю как "Manhattan Project". Следующие шесть лет, с 1939 по 1945, на проект Манхэттен было потрачено более двух биллионов долларов. В Oak Ridge, штат Теннеси, был построен огромный завод по очистке урана. Был предложен способ очистки в котором газовая центрифуга отделяла легкий Уран-235 от более тяжелого Урана-238.

На территории Соединенных Штатов, в пустынных просторах штата Нью-Мексико, в 1942 году был создан американский ядерный центр. Над проектом работало множество учёных, главным же был Роберт Оппенгеймер. Под его началом были собраны лучшие умы того времени не только США и Англии, но практически всей Западной Европы. Над созданием ядерного оружия трудился огромный коллектив, включая 12 лауреатов Нобелевской премии. Работа в лаборатория, не прекращалась ни на минуту.

В Европе тем временем шла Вторая мировая война, и Германия проводила массовые бомбардировки городов Англии, что подвергало опасности английский атомный проект “Tub Alloys”, и Англия добровольно передала США свои разработки и ведущих ученых проекта, что позволило США занять ведущее положение в развитии ядерной физики (создания ядерного оружия).

16 июля 1945 года, яркая вспышка озарила небо над плато в горах Джемеза на севере от Нью-Мехико. Характерное облако радиоактивной пыли, напоминающее гриб, поднялось на 30 тысяч футов. Все что осталось на месте взрыва - фрагменты зеленого радиоактивного стекла, в которое превратился песок. Так было положено начало атомной эре.

К лету 1945 года американцам удалось собрать две атомные бомбы, получившие названия "Малыш" и "Толстяк". Первая бомба весила 2722 кг и была снаряжена обогащенным Ураном-235. "Толстяк" с зарядом из Плутония-239 мощностью более 20 кт имела массу 3175 кг.

Утром 6 августа 1945 г. над Хиросимой была сброшена бомба "Малыш".9 августа еще одна бомба была сброшена над городом Нагасаки. Общие людские потери и масштабы разрушений от этих бомбардировок характеризуются следующими цифрами: мгновенно погибло от теплового излучения (температура около 5000 градусов С) и ударной волны - 300 тысяч человек, еще 200 тысяч получили ранение, ожоги, облучились. На площади 12 кв.км были полностью разрушены все строения. Эти бомбардировки потрясли весь мир.

Считается, что эти 2 события положили начало гонке ядерных вооружений.

Но уже 1946 году в СССР были открыты и сразу же стали разрабатываться крупные месторождения урана более высокого качества. В районе г. Семипалатинска был построен испытательный полигон. А 29 августа 1949 года на этом полигоне было подорвано первое советское ядерное устройство под кодовым названием "РДС-1". Событие, происшедшее на Семипалатинском полигоне, известило мир о создании в СССР ядерного оружия, что положило конец американскому монополизму на владение новым для человечества оружием.

2. Атомное оружие - оружие массового поражения

2.1 Ядерное оружие

Ядерное или атомное оружие - оружие взрывного действия, основанного на использовании ядерной энергии, освобождающейся при цепной ядерной реакции деления тяжёлых ядер или термоядерной реакции синтеза лёгких ядер. Относится к оружию массового поражения (ОМП) наряду с биологическим и химическим.

Ядерный взрыв - это процесс мгновенного выделения большого количества внутриядерной энергии в ограниченном объеме.

Центр ядерного взрыва - точка, в которой происходит вспышка или находится центр огненного шара, а эпицентром - проекцию центра взрыва на земную или водную поверхность.

Ядерное оружие является самым мощным и опасным видом оружия массового поражения, угрожающим всему человечеству невиданными разрушениями и уничтожением миллионов людей.

Если взрыв происходит на земле или довольно близко от ее поверхности, то часть энергии взрыва передается поверхности Земли в виде сейсмических колебаний. Возникает явление, которое по своим особенностям напоминает землетрясение. В результате такого взрыва образуются сейсмические волны, которые через толщу земли распространяется на весьма большие расстояния. Разрушительное действие волны ограничивается радиусом в несколько сот метров.

В результате чрезвычайно высокой температуры взрыва возникает яркая вспышка света, интенсивность которой в сотни раз превосходит интенсивность солнечных лучей, падающих на Землю. При вспышке выделяется огромное количество тепла и света. Световое излучение вызывает самовозгорание воспламеняющихся материалов и ожоги кожи у людей в радиусе многих километров.

При ядерном взрыве возникает радиация. Она продолжается около минуты и обладает настолько высокой проникающей способностью, что для защиты от нее на близких расстояниях требуются мощные и надежные укрытия

По данным дважды лауреата Нобелевской премии Лайнуса Полинга, еще в 1964 г. общие запасы ядерных боеприпасов составляли 320 миллионов тонн тротилового эквивалента, то есть около 100 тонн тротила на каждого человека земного шара. С тех пор эти запасы, вероятно, еще более возросли.

Сейчас же количество боеголовок по данным "Бюллетеня ядерных испытаний":

Причём данные по США и России на 2002-2009 г. г. включают только боеприпасы на развёрнутых стратегических носителях; оба государства располагают также значительным количеством тактического ядерного оружия, которое трудно поддаётся оценке.

2.2 Виды ядерных зарядов

Все ядерные боеприпасы могут быть разделены на категории:

1. Атомные заряды

Действие атомного оружия основывается на реакции деления тяжелых ядер (уран-235, плутоний-239 и, в отдельных случаях, уран-233).

Уран - очень тяжёлый, серебристо-белый глянцеватый металл. В чистом виде он немного мягче стали, ковкий, гибкий, обладает небольшими парамагнитными свойствами.

Уран-235 используют в ядерном оружии потому, что в отличие от наиболее распространённого изотопа урана-238, в нём возможна самоподдерживающаяся цепная ядерная реакция.

Плутоний - очень тяжелый серебристый металл, блестящий подобно никелю, когда только что очищен.

Это крайне электроотрицательный, химически активный элемент. Вследствие своей радиоактивности, плутоний теплый на ощупь. Чистый изотоп плутония-239 гораздо горячее тела человека.

Плутоний-239 также называют "оружейным плутонием", т.к. он предназначен для создания ядерного оружия и содержание изотопа 239 Pu должно быть не менее 93,5 %.

Атомы плутония образуются в результате цепи атомных реакций, начинающихся с захвата нейтрона атомом урана-238. Чтобы получать плутоний в достаточном количестве, нужны сильнейшие нейтронные потоки. Такие как раз создаются в атомных реакторах. В принципе, любой реактор является источником нейтронов, но для промышленного производства плутония естественно использовать специально разработанных для этого.

Цепная реакция деления развивается не в любом количестве делящегося вещества, а лишь только в определенной для каждого вещества массе. Наименьшее количество делящегося вещества, в котором возможна саморазвивающаяся цепная ядерная реакция, называют критической массой. Уменьшение критической массы будет наблюдаться при увеличении плотности вещества.

Делящееся вещество в атомном заряде находится в подкритическом состоянии. По принципу его перевода в надкритическое состояние атомные заряды делятся на пушечные и имплозивного типа.

В зарядах пушечного типа две и более частей делящегося вещества, масса каждой из которых меньше критической, быстро соединяются друг с другом в надкритическую массу в результате взрыва обычного взрывчатого вещества (выстреливания одной части в другую). При создании зарядов по такой схеме трудно обеспечить высокую надкритичность, вследствие чего его коэффициент полезного действия невелик. Достоинством схемы пушечного типа является возможность создания зарядов малого диаметра и высокой стойкости к действию механических нагрузок, что позволяет использовать их в артиллерийских снарядах и минах.

В зарядах имплозивного типа делящееся вещество, имеющее при нормальной плотности массу меньше критической, переводится в надкритическое состояние повышением его плотности в результате обжатия с помощью взрыва обычного взрывчатого вещества. В таких зарядах предоставляется возможность получить высокую надкритичность и, следовательно, высокий коэффициент полезного использования делящегося вещества.

Нередко боеприпасы этого типа называются однофазными или одноступенчатыми, т.к. при взрыве происходит только один вид ядерной реакции.

2. Термоядерные заряды

В просторечии часто называют водородным оружием. Основное энерговыделение которого происходит при термоядерной реакции - синтезе тяжёлых элементов из более лёгких. В качестве запала для термоядерной реакции используется обычный ядерный заряд. Его взрыв создаёт температуру в несколько миллионов градусов, при которой начинается реакция синтеза. В качестве термоядерного горючего используется обычно дейтрид лития-6 (твердое вещество, представляющее собой соединение лития-6 и дейтерия). Реакция синтеза отличается колоссальным энерговыделением, поэтому водородное оружие превосходит атомное по мощности примерно на порядок.

3. Нейтронные заряды

Нейтронный заряд представляет собой особый вид термоядерного заряда малой мощности с повышенным нейтронным излучением. Как известно, при взрыве ядерного боеприпаса ударная волна несет около 50% энергии, а проникающая радиация не более 5%. Предназначение ядерного заряда нейтронного типа заключается в том, чтобы перераспределить соотношение поражающих факторов в пользу проникающей радиации, а точнее, потока нейтронов. Большая часть энергии взрыва при применении нейтронного оружия образуется в результате ядерного синтеза тяжелых изотопов водорода (дейтерия и трития) с выделением в окружающее пространство потока быстрых нейтронов.

Обладая большой проникающей способностью, нейтронное оружие способно поражать живую силу противника на значительном расстоянии от эпицентра ядерного взрыва и в укрытиях. При этом в биологических объектах происходит ионизация живой ткани, приводящая к нарушению жизнедеятельности отдельных систем и организма в целом, развитию лучевой болезни.

Поражающее действие нейтронного оружия на военную технику происходит за счет взаимодействия нейтронов и гамма-излучения с конструкционными материалами и радиоэлектронной аппаратурой, что приводит к появлению "наведенной" радиоактивности и, как следствие, нарушению функционирования вооружения и военной техники. Кроме того, при взрыве нейтронного снаряда ударная волна и световое излучение вызывают сплошные разрушения в радиусе 200-300 м.

Технология создания нейтронного оружия разработана в США, в 1981 г. Возможностью создания такого рода оружия обладают также Россия и Франция.

2.3 Мощность ядерных боеприпасов

Ядерное оружие обладает колоссальной мощностью. При делении урана

массой порядка килограмма освобождается такое же количество энергии, как

при взрыве тротила массой около 20 тысяч тонн. Термоядерные реакции синтеза являются еще более энергоемкими.

Ядерные боеприпасы - боеприпасы, содержащие ядерный заряд.

Ядерными боеприпасами являются:

ядерные боевые части баллистических, зенитных, крылатых ракет и торпед;

ядерные бомбы;

артиллерийские снаряды, мины и фугасы.

Мощность взрыва ядерных боеприпасов принято измерять в единицах тротилового эквивалента. Тротиловый эквивалент-это масса тринитротолуола, которая обеспечила бы взрыв, по мощности эквивалентный взрыву данного ядерного боеприпаса. Обычно он измеряется в килотоннах (кТ) или в мегатоннах (МгТ). Тротиловый эквивалент условен, поскольку распределение энергии ядерного взрыва по различным поражающим факторам существенно зависит от типа боеприпаса и, в любом случае, сильно отличается от химического взрыва. Современные ядерные боеприпасы имеют тротиловый эквивалент от нескольких десятков тонн до нескольких десятков млн. тонн тротила.

В зависимости от мощности ядерные боеприпасы принято делить на 5 калибров: сверхмалый (менее 1кТ), малый (от 1 до 10 кТ), средний (от 10 до 100 кТ), крупный (от 100 кТ до 1 МгТ), сверхкрупный (свыше 1 МгТ)

Термоядерными зарядами комплектуются боеприпасы сверхкрупного, крупного и среднего калибров; ядерными зарядами - сверхмалого, малого и среднего калибров, нейтронными зарядами комплектуются боеприпасы - сверхмалого и малого калибров.

2.4 Поражающие факторы ядерного взрыва

Ядерный взрыв способен мгновенно уничтожить или вывести из строя незащищенных людей, открыто стоящую технику, сооружения и различные материальные средства. Основными поражающими факторами ядерного взрыва (ПФЯВ) являются:

ударная волна;

световое излучение;

проникающая радиация;

радиоактивное заражение местности;

электромагнитный импульс (ЭМИ).

При ядерном взрыве в атмосфере распределение выделяющейся энергии между ПФЯВ примерно следующее: около 50% на ударную волну, на долю светового излучения 35%, на радиоактивное заражение 10% и 5% на проникающую радиацию и ЭМИ.

2.4.1 Ударная волна

Ударная волна в большинстве случаев является основным поражающим фактором ядерного взрыва. По своей природе она подобна ударной волне вполне обычного взрыва, но действует более продолжительное время и обладает гораздо большей разрушительной силой. Ударная волна ядерного взрыва может на значительном расстоянии от центра взрыва наносить поражения людям, разрушать сооружения и повреждать боевую технику.

Ударная волна представляет собой область сильного сжатия воздуха, распространяющуюся с большой скоростью во все стороны от центра взрыва. Скорость распространения ее зависит от давления воздуха во фронте ударной волны; вблизи центра взрыва она в несколько раз превышает скорость звука, но с увеличением расстояния от места взрыва резко падает. За первые 2 сек. ударная волна проходит около 1000 м, за 5 сек - 2000 м, за 8 сек. - около 3000 м.

Поражающее действия ударной волны на людей и разрушающее действие на боевую технику, инженерные сооружения и материальные средства прежде всего определяются избыточным давлением и скоростью движения воздуха в ее фронте. Незащищенные люди могут, кроме того, поражаться летящими с огромной скоростью осколками стекла и обломками разрушаемых зданий, падающими деревьями, а также разбрасываемыми частями боевой техники, комьями земли, камнями и другими предметами, приводимыми в движение скоростным напором ударной волны. Наибольшие косвенные поражения будут наблюдаться в населенных пунктах и в лесу; в этих случаях потери населения могут оказаться большими, чем от непосредственного действия ударной волны. Поражения, наносимые ударной волной, подразделяются на

1) легкие,

2) средние,

3) тяжелые и

4) крайне тяжелые.

Избыточное давление DР Ф, кПа	Виды травм	Последствия
	Лёгкие	Скоропроходящие нарушения функций организма (звон в ушах, головокружение, общая лёгкая контузия, возможны ушибы).
	Средние	Вывихи конечностей, контузия головного мозга, повреждение органов слуха, кровотечение из носа и ушей.
	Тяжёлые	Сильные контузии всего организма, повреждения головного мозга, сильные кровотечения, переломы конечностей, возможны повреждения внутренних органов.
	Крайне тяжёлые	Переломы конечностей, внутренние кровотечения, сотрясение мозга, обычно со смертельным исходом

Степень поражения ударной волной зависит прежде всего от мощности и вида ядерного взрыва. При воздушном взрыве мощностью 20 кТ легкие травмы у людей возможны на расстояниях до 2,5 км, средние - до 2 км, тяжелые - до 1,5 км, крайне тяжелые - до 1,0 км от эпицентра взрыва. С ростом калибра ядерного боеприпаса радиусы поражения ударной волной растут пропорционально корню кубическому из мощности взрыва.

Гарантированная защита людей от ударной волны обеспечивается при укрытии их в убежищах. В случае отсутствия убежищ используются естественные укрытия и рельеф местности.

При подземном взрыве возникает ударная волна в грунте, а при подводном - в воде. Ударная волна, распространяясь в грунте, вызывает повреждения подземных сооружений, канализации, водопровода; при распространении ее в воде наблюдается повреждение подводной части кораблей, находящихся даже на значительном расстоянии от места взрыва.

Применительно к гражданским и промышленным зданиям степени разрушения характеризуются 1) слабым,

2) средним,

3) сильным и 4) полным разрушениями.

Слабое разрушение сопровождается разрушением оконных и дверных заполнений и легких перегородок, частично разрушается кровля, возможны трещины в стенах верхних этажей. Подвалы и нижние этажи сохраняются полностью.

Среднее разрушение проявляется в разрушении крыш, внутренних перегородок, окон, обрушением чердачных перекрытий, трещинами в стенах. Восстановление зданий возможно при проведении капитальных ремонтных работ.

Сильное разрушение характеризуется разрушением несущих конструкций и перекрытий верхних этажей, появлением трещин в стенах. Использование зданий становится невозможным. Ремонт и восстановление зданий становится нецелесообразным.

При полном разрушении обрушаются все основные элементы здания, включая и несущие конструкции. Использовать такие здания невозможно, и, чтобы они не представляли опасность, их полностью обрушают.

Необходимо отметить способность ударной волны. Она может, как вода, "затекать" в закрытые помещения не только через окна и двери, но также через небольшие отверстия и даже щели. Это приводит к разрушению перегородок и оборудования внутри здания и поражению находящихся в нем людей.

2.4.2 Световое излучение

Световое излучение ядерного взрыва представляет собой поток лучистой энергии, включающей ультрафиолетовое, видимое и инфракрасное излучение. Источником светового излучения является светящаяся область, состоящая из раскаленных продуктов взрыва и раскаленного воздуха. Яркость светового излучения в первую секунду в несколько раз превосходит яркость Солнца. Максимальная температура светящейся области находится в пределах 8-10 тыс. о С.

Продолжительность светового излучения зависит от мощности и вида взрыва и может продолжаться до десятков секунд:

Поражающее действие светового излучения характеризуется световым импульсом. Световым импульсом называется отношение количества световой энергии к площади освещенной поверхности, расположенной перпендикулярно распространению световых лучей. Единицей светового импульса является [Дж/м 2 ] или [кал/см 2 ].

Поглощенная энергия светового излучения переходит в тепловую, что приводит к разогреву поверхностного слоя материала. Нагрев может быть настолько сильным, что возможно обугливание или воспламенение горючего материала и растрескивание или оплавление негорючего, что может привести к огромным пожарам. При этом действие светового излучения ядерного взрыва эквивалентно массированному применению зажигательного оружия.

Кожный покров человека также поглощает энергию светового излучения, за счет чего может нагреваться до высокой температуры и получать ожоги.

В первую очередь ожоги возникают на открытых участках тела, обращенных в сторону взрыва. Если смотреть в сторону взрыва незащищенными глазами, то возможно поражение глаз, приводящее к полной потере зрения.

Ожоги, вызываемые световым излучением, не отличаются от ожогов, вызываемых огнем или кипятком. Они тем сильнее, чем меньше расстояние до взрыва и чем больше мощность боеприпаса. При воздушном взрыве поражающее действие светового излучения больше, чем при наземном той же мощности. В зависимости от воспринятой величины светового импульса ожоги делятся на четыре степени:

Световой импульс,	Степень ожога	Характеристика проявлений
80-160 ()	1	Болезненность, покраснение и припухлость кожи.
160-400 ()	2	Образование пузырей.
400-600 ()	3	Омертвление кожи с частичным поражением росткового слоя.
Более 600 ()	4	Обугливание кожи и подкожной клетчатки.

В туман, дождь или снегопад поражающее действие светового излучения незначительно.

Защитой от светового излучения могут служить различные предметы, создающие тень, но лучшие результаты достигаются при использовании убежищ и укрытий.

2.4.3 Проникающая радиация

Проникающая радиация представляет собой поток g квантов и нейтронов, испускаемых из зоны ядерного взрыва. g кванты и нейтроны распространяются во все стороны от центра взрыва. С увеличением расстояния от взрыва количество гамма квантов и нейтронов, проходящее через единицу поверхности, уменьшается. При подземном и подводном ядерных взрывов действие проникающей радиации распространяется на расстояния, значительно меньшие, чем при наземных и воздушных взрывах, что объясняется поглощением потока нейтронов и гамма квантов землей и водой.

Зоны поражения проникающей радиацией при взрывах ядерных боеприпасов средней и большой мощности несколько меньше зон поражения ударной волной и световым излучением, но для боеприпасов с небольшим тротиловым эквивалентом (1000 тонн и менее), наоборот, зоны поражающего действия проникающей радиацией превосходят зоны поражения ударной волной и световым излучением.

Поражающее действие проникающей радиации определяется способностью гамма квантов и нейтронов ионизировать атомы среды, в которой они распространяются. Из-за очень сильного поглощения в атмосфере, проникающая радиация поражает людей только на расстоянии 2-3 км от места взрыва, даже для больших по мощности зарядов.

Проходя через живую ткань, гамма кванты и нейтроны ионизируют атомы и молекулы, входящие в состав клеток, которые приводят к нарушению жизненных функций отдельных органов и систем. Под влиянием ионизации в организме возникают биологические процессы отмирания и разложения клеток. В результате этого у пораженных людей развивается специфическое заболевание, называемое лучевой болезнью. Продолжительность действия проникающей радиации не превышает нескольких секунд (»10-15с).

Для оценки ионизации атомов среды, а следовательно, и поражающего действия проникающей радиации на живой организм введено понятие дозы облучения (или дозы радиации), единицей измерения которой является рентген (Р). Дозе радиации 1 рентген соответствует образование в одном кубическом сантиметре воздуха приблизительно 2 миллиардов пар ионов.

В зависимости от дозы излучения различают четыре степени лучевой болезни:

Защитой от проникающей радиации служат различные материалы, ослабляющие поток гамма - и нейтронного излучений. Защита основана на физической способности различных материалов ослаблять интенсивность радиоактивных излучений. Чем тяжелее материал и толще его слой, тем надежнее защита. Так проникающую радиацию в момент ядерного взрыва способны ослаблять в 2 раза слой стали толщиной 3,8 см, бетона - 15, грунта - 19, воды - 38, снега - 50 см, дерева - 58.

2.4.4 Радиоактивное заражение

Радиоактивное заражение людей, боевой техники, местности и различных объектов при ядерном взрыве обусловливается осколками деления вещества заряда (Pu-239, U-235) и не прореагировавшей частью заряда, выпадающими из облака взрыва, а также радиоактивные изотопы, образующиеся в грунте и других материалах под воздействием нейтронов - наведённая активность. С течением времени активность осколков деления быстро уменьшается, особенно в первые часы после взрыва. Так, например, общая активность осколков деления при взрыве ядерного боеприпаса мощностью 20 кТ через один день будет в несколько тысяч раз меньше, чем через одну минуту после взрыва.

При взрыве ядерного боеприпаса часть вещества заряда не подвергается делению, а выпадает в обычном своем виде; распад ее сопровождается образованием альфа-частиц. Наведенная радиоактивность обусловлена радиоактивными изотопами (радионуклидами), образующимися в грунте в результате облучения его нейтронами, испускаемыми в момент взрыва ядрами атомов химических элементов, входящих в состав грунта. Периоды полураспада большинства из образующихся радиоактивных изотопов, сравнительно невелики - от одной минуты до часа. В связи с этим наведенная активность может представлять опасность лишь в первые часы после взрыва и только в районе, близком к эпицентру.

Основная часть долгоживущих изотопов сосредоточена в радиоактивном облаке, которое образуется после взрыва. Высота поднятия облака для боеприпаса мощностью 10 кТ равна 6 км, для боеприпаса мощностью 10 МгТ она составляет 25 км. По мере продвижения облака из него выпадают сначала наиболее крупные частицы, а затем все более и более мелкие, образуя по пути движения зону радиоактивного заражения, так называемый след облака. Размеры следа зависят главным образом от мощности ядерного боеприпаса, а также от скорости ветра и могут достигать в длину несколько сотен и в ширину несколько десятков километров.

Возникающие зоны радиоактивного заражения по степени опасности принято делить на следующие четыре зоны (рис.1):

Рисунок 1 - След радиоактивного облака

Поражения в результате внутреннего облучения появляются вследствие попадания радиоактивных веществ внутрь организма через органы дыхания и желудочно-кишечный тракт. В этом случае радиоактивные излучения вступают в непосредственный контакт с внутренними органами и могут вызвать сильную лучевую болезнь; характер заболевания будет зависеть от количества радиоактивных веществ, попавших в организм.

На вооружение, боевую технику и инженерные сооружения радиоактивные вещества не оказывают вредного воздействия.

2.4.5 Электромагнитный импульс

Ядерные взрывы в атмосфере и в более высоких слоях приводят к возникновению мощных электромагнитных полей. Длина волн электромагнитных полей может быть от 1 до 1000 м. Эти поля ввиду их кратковременного существования принято называть электромагнитным импульсом (ЭМИ). Диапазон частот ЭМИ до 100Мгц, но в основном его энергия распределена около средней частоты (10-15 КГц).

Поскольку амплитуда ЭМИ быстро уменьшается с увеличением расстояния, его поражающее действие - несколько километров от эпицентра взрыва крупного калибра.

ЭМИ непосредственного действия на человека не оказывает. Поражающее действие обусловлено возникновением напряжений и токов в проводниках различной протяженности, расположенных в воздухе, технике, на земле или на других объектах. Действие ЭМИ проявляется, прежде всего, по отношению к радиоэлектронной аппаратуре, где под действием ЭМИ наводятся электрические токи и напряжения, которые могут вызвать пробой электроизоляции, повреждение трансформаторов, сгорание разрядников, порчу полупроводниковых приборов и других элементов радиотехнических устройств. Наиболее подвержены воздействию ЭМИ линии связи, сигнализации и управления. Сильные электромагнитные поля могут повредить электрические цепи и нарушить работу неэкранированного электротехнического оборудования.

Высотный взрыв способен создать помехи в работе средств связи на очень больших площадях. Защита от ЭМИ достигается экранированием линий энергоснабжения и аппаратуры.

2.5 Виды ядерных взрывов

В зависимости от задач, решаемых ядерным оружием, от вида и расположения объектов, по которым планируются ядерные удары, а также от характера предстоящих боевых действий ядерные взрывы могут быть осуществлены в воздухе, у поверхности земли (воды) и под землей (водой). В соответствии с этим различают следующие виды ядерных взрывов:

Воздушный (высокий и низкий);

Высотный (в разряженных слоях атмосферы);

Наземный (надводный)

Подземный (подводный)

Воздушный ядерный взрыв - это взрыв, произведенный на высоте до 10 км, когда светящаяся область не касается земли (воды). Воздушные взрывы подразделяются на низкие и высокие.

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

Высотный ядерный взрыв - это взрыв, произведенный с целью уничтожения в полете ракет и самолетов на безопасной для наземных объектов высоте (свыше 10 км). Поражающими факторами высотного взрыва являются: ударная волна, световое излучение, проникающая радиация и электромагнитный импульс (ЭМИ).

Наземный (надводный) ядерный взрыв - это взрыв, произведенный на поверхности земли (воды),либо на незначительной высоте над этой поверхностью, при котором светящаяся область касается поверхности земли (воды), а пылевой (водяной) столб с момента образования соединен с облаком взрыва (рис.2.5.2).

Характерной особенностью наземного (надводного) ядерного взрыва является сильное радиоактивное заражение местности (воды) как в районе взрыва, так и по направлению движения облака взрыва.

Поражающими факторами этого взрыва являются ударная волна, световое излучение, проникающая радиация, радиоактивное заражение местности и ЭМИ.

Подземный (подводный) ядерный взрыв - это взрыв, произведенный под землей (под водой) и характеризующийся выбросом большого количества грунта (воды), перемешанного с продуктами ядерного взрывчатого вещества (осколками деления урана-235 или плутония-239).

Эта смесь становится радиоактивной и, следовательно, будет представлять опасность для живых организмов.

Поражающее и разрушающее действие подземного ядерного взрыва определяется в основном сейсмовзрывными волнами (основной поражающий фактор), образованием воронки в грунте и сильным радиоактивным заражением местности. Световое излучение и проникающая радиация отсутствуют. Характерным для подводного взрыва является образование базисной волны, образующейся при обрушении столба воды.

3 Устройство и принцип действия ядерного оружия

3.1 Основные элементы ядерных боеприпасов

Основными элементами ядерных боеприпасов являются:

Ядерный заряд,

Система автоматики.

Корпус предназначен для размещения ядерного заряда и системы автоматики, придания боеприпасу необходимой баллистической формы, предохраняет их от механического, а в некоторых случаях и от теплового воздействия, а также служит для повышения коэффициента использования ядерного горючего.

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

Блок автоматики,

Систему датчиков подрыва,

Систему предохранения,

Систему аварийного подрыва,

Источник питания.

Блок автоматики срабатывает по сигналам, поступающим от датчиков подрыва, и предназначен для формирования высоковольтного электрического импульса на приведение в действие ядерного заряда.

Датчики подрыва (взрывательные устройства) предназначены для подачи сигнала на приведение в действие ядерного заряда. Они могут быть контактного и дистанционного типов. Контактные датчики срабатывают в момент встречи боеприпаса с преградой, а дистанционные - на заданной высоте (глубине) от поверхности земли (воды).

Система предохранения исключает возможность случайного взрыва ядерного заряда при проведении регламентных работ, хранении боеприпаса и при полете его на траектории.

Система аварийного подрыва служит для самоуничтожения боеприпаса без ядерного взрыва в случае его отклонения от заданной траектории.

Источниками питания всей электрической системы боеприпаса являются аккумуляторные батареи различных типов, которые обладают одноразовым действием и приводятся в рабочее состояние непосредственно перед его боевым применением.

3.2 Строение ядерной бомбы

В качестве прототипа мной была взята плутониевая бомба "Толстяк" (рис.2.) сброшенная 9 августа 1945 года на японский город Нагасаки.

Рисунок 2 - Атомная бомба "Толстяк"

Схема этой бомбы (типичная для плутониевых однофазных боеприпасов) примерно следующая:

1. Нейтронный инициатор - шар диаметром порядка 2 см из бериллия, покрытый тонким слоем сплава иттрий-полоний или металлического полония-210 - первичный источник нейтронов для резкого снижения критической массы и ускорения начала реакции. Срабатывает в момент перевода боевого ядра в закритическое состояние (при сжатии происходит смешение полония и бериллия с выбросом большого количества нейтронов). В настоящее время помимо данного типа инициирования, больше распространено термоядерное инициирование (ТИ). Термоядерный инициатор (ТИ). Находится в центре заряда (подобно НИ) где размещается небольшое количество термоядерного материала, центр которого нагревается сходящейся ударной волной и в процессе термоядерной реакции на фоне возникших температур нарабатывается значимое количество нейтронов, достаточное для нейтронного инициирования цепной реакции (рис.3.).

2. Плутоний. Используют максимально чистый изотоп плутоний-239, хотя для увеличения стабильности физических свойств (плотности) и улучшения сжимаемости заряда плутоний легируется небольшим количеством галлия.

3. Оболочка (обычно из урана), служащая отражателем нейтронов.

4. Обжимающая оболочка из алюминия. Обеспечивает бо́льшую равномерность обжима ударной волной, в то же время предохраняя внутренние части заряда от непосредственного контакта со взрывчаткой и раскалёнными продуктами её разложения.

5. Взрывчатое вещество со сложной системой подрыва, обеспечивающей синхронность подрыва всего взрывчатого вещества. Синхронность необходима для создания строго сферической сжимающей (направленной внутрь шара) ударной волны. Несферическая волна приводит к выбросу материала шара через неоднородность и невозможность создания критической массы. Создание подобной системы расположения взрывчатки и подрыва являлось в своё время одной из наиболее трудных задач. Используется комбинированная схема (система линз) из "быстрой" и "медленной" взрывчаток.

6. Корпус, изготовленный из дюралевых штампованных элементов - две сферических крышки и пояс, соединяемые болтами.

Рисунок 3. - Принцип действия плутониевой бомбы

3.3 Устройство термоядерной бомбы

Строение термоядерной бомбы лучше рассмотреть на схеме Теллера-Улама:

Сама идея водородной бомбы чрезвычайно проста. Последовательность процессов, происходящих при взрыве водородной бомбы, можно представить следующим образом:

Сначала взрывается находящийся внутри оболочки заряд-инициатор термоядерной реакции - небольшая атомная бомба, в результате чего возникает нейтронная вспышка и создается высокая температура, необходимая для инициации термоядерного синтеза. Нейтроны бомбардируют вкладыш из дейтерия лития, который представляет собой контейнер с жидким дейтерием. Литий под действием нейтронов расщепляется на гелий и тритий. Плотности материала капсулы возрастают в десятки тысяч раз. Находящийся в центре урановый (плутониевый) стержень в результате сильной ударной волны также сжимается в несколько раз и переходит в надкритическое состояние. Быстрые нейтроны, образовавшиеся при взрыве ядерного заряда, замедлившись в дейтерии лития до тепловых скоростей, приводят к цепным реакциям деления урана (плутония), что действует наподобие дополнительного запала, вызывает дополнительные увеличения давления и температуры. Температура, возникающая в результате термоядерной реакции повышается до 300 млн. К, вовлекая в синтез все большее и большее количество водорода.

Таким образом, атомный запал создает необходимые для синтеза материалы непосредственно в самой приведенной в действие бомбе.

Все реакции, конечно, протекают настолько быстро, что воспринимаются как мгновенные.

3.4 Нейтронная бомба

Целью создания нейтронного оружия в 60-х-70-х годах являлось получение тактической боеголовки, главным поражающим фактором в котором являлся бы поток быстрых нейтронов, излучаемых из области взрыва.

Создание такого оружия обусловила низкая эффективность обычных тактических ядерных зарядов против бронированных целей, таких как танки, бронемашины и т.п. Благодаря наличию бронированного корпуса и системы фильтрации воздуха бронетехника способна противостоять всем поражающим факторам ядерного взрыва. Поток нейтронов же с легкостью проходит даже через толстую стальную броню. При мощности в 1 кт смертельная доза облучения в 8000 рад, которая ведет к немедленной и быстрой смерти (минуты), будет получена экипажем танка на расстоянии в 700 м. Опасный для жизни уровень достигается на дистанции 1100. также дополнительно, нейтроны создают в конструкционных материалах (например, броне танка) наведенную радиоактивность.

Из-за очень сильного поглощения и рассеивания нейтронного излучения в атмосфере делать мощные заряды с увеличенным выходом излучения нецелесообразно. Максимальная мощность боеголовок составляет ~1 Кт. Хотя о нейтронных бомбах и говорят, что они оставляют материальные ценности неразрушенными, это не совсем так. В пределах радиуса нейтронного поражения (около 1 километра) ударная волна может уничтожить или сильно повредить большинство зданий.

Из особенностей конструкции стоит отметить отсутствие плутониевого запального стержня. Из-за малого количества термоядерного топлива и низкой температуры начала реакции необходимость в нем отсутствует. Весьма вероятно, что зажигание реакции происходит в центре капсулы, где в результате схождения ударной волны развивается высокое давление и температура.

Нейтронный заряд конструктивно представляет собой обычный ядерный заряд малой мощности, к которому добавлен блок, содержащий небольшое количество термоядерного топлива (смесь дейтерия и трития с большим содержанием последнего, как источника быстрых нейтронов). При подрыве взрывается основной ядерный заряд, энергия которого используется для запуска термоядерной реакции. При этом нейтроны не должны поглощаться материалами бомбы и, что особо важно, необходимо предотвратить их захват атомами делящегося материала.

Большая часть энергии взрыва при применении нейтронного оружия выделяется в результате запущенной реакции синтеза. Конструкция заряда такова, что до 80 % энергии взрыва составляет энергия потока быстрых нейтронов, и только 20 % приходится на остальные поражающие факторы (ударную волну, электромагнитный импульс, световое излучение).

Общее количество делящихся материалов для 1-кт нейтронной бомбы где-то 10 кг.750-тонный энергетический выход синтеза означает наличие 10 граммов дейтерий-тритиевой смеси.

Заключение

Хиросима и Нагасаки - это предостережение на будущее. В современную эпоху в решении вопросов войны и мира не должно быть места случайностям. Преступная по отношению ко всему человечеству, бессмысленная для решения спорных международных проблем и политических конфликтов термоядерная война была лишь политикой национального самоубийства для тех, кто осмелился бы ее развязать. При любом ее исходе мир оказался бы в неизмеримо худшем положении, чем до нее, так что участи погибших могли бы, пожалуй, позавидовать оставшиеся в живых.

По мнению специалистов, наша планета опасно перенасыщена ядерным оружием. Уже в начале XXI века в мире накоплены огромные такие запасы ядерного оружия. Такие арсеналы таят в себе огромную опасность для всей планеты, именно планеты, а не отдельных стран. Их создание поглощает огромные материальные средства, которые можно было бы использовать для борьбы с болезнями, неграмотностью, нищетой.

Ученые считают, что при нескольких крупномасштабных ядерных взрывах, повлекших за собой сгорание лесных массивов, городов, огромные слоя дыма, гари поднялись бы к стратосфере, блокируя тем самым путь солнечной радиации. Это явление носит название “ядерная зима”. Зима продлится несколько лет, может даже всего пару месяцев, но за это время будет почти полностью уничтожен озоновый слой Земли. На Землю хлынут потоки ультрафиолетовых лучей. Моделирование данной ситуации показывает, что в результате взрыва мощностью в 100 Кт температура понизится в среднем у поверхности Земли на 10-20 градусов. После ядерной зимы дальнейшее естественное продолжение жизни на Земле будет довольно проблематичным:

Окончание холодной войны немного разрядило международную политическую обстановку. Подписаны ряд договоров о прекращении ядерных испытаний и ядерном разоружении.

К сожалению, сейчас, в мире обстановка обострилась в связи с войной в Ираке, но пока существуют организации Объединенных Наций (ООН) и Защиты прав человека, у нас есть надежда на благоразумие и соблюдение США всех правовых резолюций.

Сегодня люди должны подумать о своем будущем, о том в каком мире они будут жить уже в ближайшие десятилетия.

Литература

1. Ю.Г. Афанасьев, А.Г. Овчаренко и др. Безопасность жизнедеятельности. - Бийск: Изд-во АГТУ, 2003. - 169 с.

2. Internet: http://rhbz.ru/nuclear-weapon.html - сайт, ознакомляющий с оружием массового поражения

3. Кукин П.П., Лапин В.Л. и др. Безопасность жизнедеятельности: Учебное пособие для вузов. - М.: Высшая школа, 2002. - 319 с.

4. Гусев Н.Г., Беляев В.А. Радиоактивные выбросы в биосферу. - М.: Энергоатомиздат, 1991. - 256 с.

5. Internet: http://www.nuclear-attack.com - наглядные материалы с испытательных полигонов

6. Ю.В. Боровской, Е.П. Шубина и др. Гражданская оборона. - М.: Просвещение. 1991. 223 с.

История создания атомной бомбы, и в частности оружия, начинается в 1939 году, с открытия, сделанного Жолио Кюри. Именно с этого момента ученые осознали, что цепная реакция урана может стать не только источником огромной энергии, но и страшным оружием. И так, в основе устройства атомной бомбы лежит использование ядерной энергии, которая выделяется при цепной ядерной реакции.

Последнее подразумевает процесс деления тяжелых ядер или синтеза легких ядер. В результате чего, атомная бомба является оружием массового поражения, за счет того, что в кратчайший промежуток времени происходит выделение огромного количества внутриядерной энергии в небольшом пространстве. При том входе данного процесса принято выделять два ключевых места.

Первое, это центр ядерного взрыва, где непосредственно протекает данный процесс. И, второе, это эпицентр, который по своей сути представляет проекцию самого процесса на поверхность (землю или воду). Также ядерный взрыв высвобождает такое количество энергии, что при ее проекции на землю появляются сейсмический толчки. И дальность распространения подобных колебаний невероятно велика, хотя ощутимый урон окружающей среде они наносят лишь на расстоянии всего нескольких сотен метров.

Далее стоит отметить, что ядерный взрыв сопровождается и высвобождением большого количества тепла и света, которые и образует яркую вспышку. Причем по своей мощности она превышает во множество раз мощность лучей солнца. Таким образом, поражение светом и теплом можно получить на расстоянии даже нескольких километров.

Но одним высоко опасным типом поражения атомной бомбы является радиация, которая образуется при ядерном взрыве. Длительность воздействия этого явления невысока, и составляет в среднем 60 секунд, вот только проникающая способность этой волны поражает.

Что касается устройства атомной бомбы, то она включает в себя целый ряд различных компонентов. Как правило, выделяют два основных элемента данного типа оружия: корпус и систему автоматики.

В корпусе находится ядерный заряд и автоматика, и именно он выполняют защитную функцию по отношению к различным видам воздействия (механического, теплового и так далее). А роль системы автоматики заключается в том, чтобы взрыв произошел в четко заданное время, а не раньше или позже. Состоит система автоматики из таких систем как: аварийный подрыв; предохранения и взведения; источник питания; датчики подрыва и подрыва заряда.

А вот доставляются атомные бомбы с помощью баллистических, крылатых и зенитных ракет. Т.е. ядерные боеприпасы могут являться элементом авиабомбы, торпеда, фугаса и так далее.

И даже системы детонирования для атомной бомбы могут быть разными. Одной из наиболее простых систем является инжекторная, когда толчком для ядерного взрыва становится попадания снаряда в цель, с последующим образованием сверхкритической массы. Именно к такому типу атомных бомб относилась первая взорванная бомба над Хиросимой в 1945 году, содержащая уран. В отличие от нее, бомба, сброшенная на Нагасаки в том же году, была плутониевая.

После такой яркой демонстрации мощности и силы атомного оружия, оно моментально попало в разряд самого опасного средства массового поражения. Говоря о типах атомного оружия, следует упомянуть, что они определяются размером калибра. Так, в настоящий момент выделяют три основных калибра для данного оружия, это малый, крупный и средний. Мощность взрыва, чаще всего, характеризуют тротиловым эквивалентом. Так, например, малый калибр атомного оружия подразумевает мощность заряда, равной нескольким тысячам тонн тротила. А более мощное атомное оружие, точнее средний калибр, составляет уже десятки тысяч тонн тротила, и, наконец, последний уже измеряется в миллионах. Но при этом не стоит путать понятие атомного и водородного оружия, которое в целом и называют ядерным оружием. Основное отличие атомного оружия от водородного, это реакция деления ядер ряда тяжелых элементов, таких как плутоний и уран. А водородное оружие подразумевает процесс синтеза ядер атомов одного элемента в другой, т.е. гелия из водорода.

Первое испытание атомной бомбы

Первое испытание атомного оружия было проведено американскими вооруженными силами 16 июля 1945 года в местечке под названием Алмогордо, показавшее всю мощь атомной энергии. После чего, атомные бомбы, имеющиеся у сил США, были погружены на военный корабль и отправлены к берегам Японии. Отказ правительства Японии от мирного диалога позволил в действии показать всю мощь атомного оружия, жертвами которого сначала стал город Хиросима, а чуть позднее Нагасаки. Так, 6 августа 1945 года впервые атомное оружие было применено на мирных жителях, в результате чего город практически был стерт в лица земли ударными волнами. Больше половины жителей города погибли впервые дни атомной атаки, и составило в общем, около двухсот сорока тысяч человек. А спустя всего четыре дня, военную базу США покинули сразу два самолета с опасным грузом на борту, целями которых были Кокура и Нагасаки. И если Кокура, охваченная непроглядным дымом представляла собой трудную цель, то в Нагасаки цель была поражена. В конечном счете, от атомной бомбы в Нагасаки в первые дни погибло 73 тысячи человека от полученных повреждений и облучения к этим жертвам добавился список уже в тридцать пять тысяч человек. При этом смерть последних жертв была довольно мучительной, так как действие радиации невероятно губительно.

Факторы поражения атомного оружия

Таким образом, атомное оружие имеет несколько типов поражения; светового, радиоактивного, ударная волна, проникающая радиация и электромагнитный импульс. При образовании светового излучения после взрыва ядерного оружия, которое позднее превращается в губительное тепло. Далее наступает очередь радиоактивного заражения, которое опасно лишь впервые часы после взрыва. Ударную волну принято считать наиболее опасным этапом ядерного взрыва, ведь она в считанные секунды наносит огромный вред различным строениям, техники и людям. А вот проникающая радиация очень опасна для человеческого организма, и нередко становится причиной лучевой болезни. Электромагнитный импульс поражает технику. В совокупности все это и делает очень опасным атомное оружие.

Уже более 50 лет человечество использует энергию мирного атома. Но проникновение в тайны атомных ядер привело и к созданию невиданного по своей мощности и последствиям оружию массового уничтожения. Речь идет о ядерном оружии. Сегодняшняя наша встреча посвящена видам, устройству и принципу его действия. Вы узнаете, чем грозит миру применение ядерных боеприпасов и как человечество борется против ядерной угрозы.

Как все начиналось

Рождение атомной эры в истории человеческой цивилизации связано с началом второй мировой войны. За год до её начала была открыта возможность реакции деления ядер тяжелых элементов, сопровождаемая выделением колоссальной энергии. Это дало возможность создания совершенно нового вида оружия, обладающего невиданной доселе разрушительной силой.

Правительства ряда стран, включая США и Германию, привлекали к реализации этих планов лучшие научные умы и не жалели средств, для того, чтобы добиться приоритета в этой сфере. Успехи нацистов в расщеплении урана побудили Альберта Эйнштейна перед началом войны обратиться с письмом к президенту США. В этом послании он предупреждал об опасности, которая грозит человечеству, если в военном арсенале нацистов появится атомная бомба.

Фашистские войска одну за другой оккупировали европейские страны. Началась вынужденная эмиграция учёных-атомщиков в США из этих стран. И в 1942 году в пустынных районах штата Нью-Мексико начал свою работу ядерный центр. Здесь собрались лучшие физики почти со всей западной Европы. Руководство этим коллективом осуществлял талантливый американский ученый Роберт Оппенгеймер.

Мощные бомбардировки Англии немецкой авиацией вынудили английское правительство добровольно передать все разработки и ведущих специалистов в этой области США. Стечение всех этих обстоятельств позволило американской стороне занять ведущее положение в создании ядерного оружия. К весне 1944 года работы были завершены. После полигонных испытаний было решено нанести ядерные удары по японским городам.

Первыми 6 августа 1945 года познали весь ужас ядерного удара жители Хиросимы. Живые существа за одно мгновение превратились в пар. А через 3 дня на головы ничего не подозревающих жителей города Нагасаки была сброшена вторая бомба под кодовым названием «Толстяк». Только тени на асфальте остались от 70 тысяч человек, бывших в это время на улице. Всего погибли более 300 000 человек, и 200 000 получили страшные ожоги, ранения и громадные дозы облучения.

Результаты этой бомбардировки потрясли мир.

Понимая всю опасность, возникшую для послевоенного мира, Советский Союз начал активнейшую деятельность по созданию эквивалентного оружия. Это были вынужденные меры, для противостояния возникшей угрозе. Курировал эту работу сам глава НКВД Лаврентий Берия. За 3,5 года он сумел в разрушенной войной стране создать совершенно новую отрасль - атомную промышленность. Научная часть была возложена на молодого советского физика-ядерщика И. В. Курчатова. В результате титанических усилий многих коллективов ученых, инженеров и других работников за четыре послевоенных года была создана первая советская атомная бомба. Она прошла успешные испытания на полигоне Семипалатинска. Упования Пентагона на монопольное владение атомным оружием не оправдались.

Виды и доставка ядерных боеприпасов

К ядерному оружию относятся боеприпасы, принцип действия которых основан на использовании ядерной энергии. Физические принципы её получения изложены в .

К таким боеприпасам относятся атомные и водородные бомбы, а также нейтронное оружие. Все перечисленные виды вооружения являются оружием массового уничтожения.

Ядерные боеприпасы устанавливаются на баллистических ракетах, авиабомбах, фугасах, торпедах и артиллерийских снарядах. К предполагаемой цели они могут доставляться крылатыми, зенитными и баллистическими ракетами, а также авиацией.

Сейчас таким оружием обладают 9 государств, в общей сложности это более 16 тысяч единиц разных видов ядерного оружия. Использование даже 0,5% этого запаса способно погубить все человечество.

Атомные бомбы

Главное различие атомного реактора и атомной бомбы состоит в том, что в реакторе течение ядерной реакции контролируется и регулируется, а при ядерном взрыве её выделение происходит практически мгновенно.

Внутри корпуса бомбы находится расщепляемый материал U-235 или Pu-239. Его масса должна превышать некое критическое значение, но до осуществления ядерного взрыва делящееся вещество разделено на две или более частей. Для начала ядерной реакции необходимо привести эти части в соприкосновение. Это осуществляется химическим взрывом тротилового заряда. Образовавшаяся при этом взрывная волна сближает все части расщепляемого материала, доводя его массу до сверхкритического значения. Для U-235 критическая масса составляет 50 кг, а для Pu–239 она равна 11 кг.

Чтобы представить всю разрушительную мощь этого оружия, достаточно представить себе, что взрыв лишь 1 кг урана, эквивалентен взрыву 20 килотонн тротилового заряда.

Для начала деления ядер необходимо воздействие нейтронов и в атомных бомбах предусмотрен их искусственный источник. Для уменьшения массы и размера расщепляемого материала, используют внутреннюю оболочку из бериллия или графита, отражающую нейтроны.

Время взрыва длиться лишь миллионные доли секунды. Однако в его эпицентре развивается температура в 10 8 К, а давление достигает фантастического значения в 10 12 атм.

Устройство и механизм действия термоядерного оружия

Противостояние США и СССР в создании сверхоружия, происходило с переменным успехом.

Особенное значение придавалось использованию энергии термоядерного синтеза, подобное тому, которое происходят на Солнце и других звездах. В их недрах происходит слияние ядер изотопов водорода, сопровождающееся образованием новых более тяжелых ядер (например, гелия) и выделением колоссальной энергии. Необходимым условием для запуска процесса термоядерного синтеза является температура в миллионы градусов и высокое давление.

Разработчики водородных бомб остановились на следующей конструкции: в корпусе располагается плутониевый запал (атомная бомба малой мощности) и ядерное горючее - соединение изотопа лития-6 с дейтерием.

Взрыв маломощного плутониевого заряда создает необходимое давление и температуру, а испускаемые при этом нейтроны, взаимодействуя с литием, образуют тритий. Синтез дейтерия и трития приводит к термоядерному взрыву со всеми вытекающими последствиями.

На этом этапе победу одержали советские ученые. «Отцом» теории водородной бомбы в Советском Союзе явился .

После ядерного взрыва

После ослепительно яркой вспышки атомного наземного взрыва образуется огромное грибовидное облако. Исходящее от него световое излучение вызывает возгорание построек, техники и растительности. Люди и животные получают ожоги разной степени, а также необратимые поражения органов зрения.

Тело ядерного гриба образуется благодаря нагретому взрывом воздуху. Воздушные массы, стремительно закручиваясь, взмывает до высоты 15-20 км, увлекая за собой частички пыли и дыма. Почти мгновенно образуется ударная волна - область огромного давления и температуры в десятки тысяч градусов. Она перемещается со скоростью в несколько раз превышающей скорость звука, сметая все на своем пути.

Следующий поражающий фактор - это проникающая радиация, состоящая из потоков гамма излучения и нейтронов. Радиация ионизирует клетки живых существ, поражая нервную систему и мозг. Время ее воздействия 10-15 секунд, а дальность 2-3 км от эпицентра взрыва.

На расстояние в сотни километров наблюдается радиоактивное загрязнение местности. Оно состоит из осколков деления ядерного горючего и усугубляется выпадением радиоактивных осадков. Интенсивность радиоактивного заражения максимальна после взрыва, но по истечению вторых суток ослабевает почти в 100 раз.

Вездесущие нейтроны, ионизируя воздух, порождают кратковременный электромагнитный импульс, который способен вывести из строя электронную аппаратуру, нарушить проводную и беспроводную системы связи.

Ядерное оружие называют оружием массового поражения, поскольку оно несет огромнейшие человеческие жертвы и разрушения непосредственно во время и сразу после взрыва. Радиация, полученная людьми и животными, оказавшимися в зоне поражения, становится причиной лучевой болезни, часто завершающейся гибелью всех облученных существ.

Нейтронное оружие

Разновидностью термоядерного оружия являются нейтронные боеприпасы. В них отсутствует оболочка, поглощающая нейтроны и помещен дополнительный источник этих частиц. Поэтому их главным поражающим фактором является проникающая радиация. Её воздействие приводит к гибели людей, оставляя почти нетронутыми постройки и технику противника.

Борьба мирового сообщества против ядерной угрозы

Совокупный запас ядерного оружия в мире сейчас эквивалентен 1 млн бомб сброшенных на Хиросиму. И тот факт, что пока удаётся жить без ядерной войны во многом заслуга ООН и всего мирового сообщества.

Страны владеющие ядерным оружием, входят в так называемый «Ядерный клуб». Сейчас он насчитывает 9 участников. Этот список расширяется.

СССР занял в ядерной политике очень чёткую позицию. В 1963 году именно в Москве был подписан договор, запрещающий испытания ядерного оружия в 3-х средах: в атмосфере, космосе и под водой.

Более всеобъемлющий договор был принят на ассамблее ООН в 1996 году. Свои подписи по ним поставили уже 131 государство.

Создана специальная комиссия, осуществляющая контроль над событиями, связанными с ядерными испытаниями. Несмотря на предпринимаемые усилия, ряд государств продолжают проводить ядерные испытания. Мы с вами стали свидетелями того, как Северная Корея провела шесть испытаний ядерного оружия. Она использует свой ядерный потенциал как акт устрашения и попытку занять господствующее положение в мире.

Российская федерация сейчас занимает второе место в мире по ядерному потенциалу. Ядерные силы России состоят из наземного, авиационного и морского компонента. Но в отличие от КНДР военная мощь нашей страны служит фактором сдерживания, обеспечивающим мирное развитие государства.

Если это сообщение тебе пригодилось, буда рада видеть тебя