Виды ядерных взрывов
Виды ядерных взрывов. Развитие ядерного взрыва и образование поражающих факторов.
В зависимости от задач, решаемых применением ядерного оружия, ядерные взрывы могут производиться в воздухе, на поверхности земли и воды, под землей и водой. В соответствии с этим различают высотный, воздушный, наземный (надводный) и подземный (подводный) взрывы.
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).
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 существенного влияния на действия личного состава не оказывает. Наиболее полно при воздушном ядерном взрыве проявляются ударная волна, световое излучение, проникающая радиация и ЭМИ.
Наземный (надводный) ядерный взрыв — это взрыв, произведенный на поверхности земли (воды), при котором светящаяся область касается поверхности земли (воды), а пылевой (водяной) столб с момента образования соединен с облаком взрыва.
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). 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 султана (столба воды), базисной волны, образующейся при обрушении султана (столба воды).
Воздушный ядерный взрыв начинается кратковременной ослепительной вспышкой, свет от которой можно наблюдать на расстоянии нескольких десятков и сот километров. Вслед за вспышкой появляется светящаяся область в виде сферы или полусферы (при наземном взрыве), являющаяся источником мощного светового излучения. Одновременно из зоны взрыва в окружающую среду распространяется мощный поток гамма-излучения и нейтронов, которые образуются в ходе цепной ядерной реакции и в процессе распада радиоактивных осколков деления ядерного заряда. Гамма-кванты и нейтроны, испускаемые при ядерном взрыве, называют проникающей радиацией. Под действием мгновенного гамма-излучения происходит ионизация атомов окружающей среды, которая приводит к возникновению электрических и магнитных полей. Эти поля ввиду их кратковременности действия принято называть электромагнитным импульсом ядерного взрыва.
В центре ядерного взрыва температура мгновенно повышается до нескольких миллионов градусов, в результате чего вещество заряда превращается в высокотемпературную плазму, испускающую рентгеновское излучение. Давление газообразных продуктов вначале достигает нескольких миллиардов атмосфер. Сфера раскаленных газов светящейся области, стремясь расшириться, сжимает прилегающие слои воздуха, создает резкий перепад давления на границе сжатого слоя и образует ударную волну, которая распространяется от центра взрыва в различных направлениях. Так как плотность газов, составляющих огненный шар, намного ниже плотности окружающего воздуха, то шар быстро поднимается вверх. При этом образуется облако грибовидной формы, содержащее газы, пары воды, мелкие частицы грунта и огромное количество радиоактивных продуктов взрыва. По достижении максимальной высоты облако под действием воздушных течений переносится на большие расстояния, рассеивается и радиоактивные продукты выпадают на поверхность земли, создавая радиоактивное заражение местности и объектов.
Типы ядерного оружия
Ядерное оружие основано на использовании внутренней энергии, выделяющейся при цепных реакциях деления тяжелых ядер или при термоядерных реакциях синтеза. Вследствие этого различают следующие разновидности ядерного оружия:
атомная бомба. Основана на цепной реакции деления изотопов урана или плутония. Критическая масса образуется после соединения изолированных частей изотопов обычным взрывным устройством. Критическая масса для урана составляет 24кг, при этом минимальные размеры бомбы могут быть менее 50кг. Критическая масса для плутония 8кг, что при плотности 18,7г/см3 составляет примерно объём теннисного мяча;
водородная бомба. Высвобождение энергии вследствие превращения легких ядер в более тяжелые при реакции синтеза. Для начала реакции необходима температура в 10 млн. градусов Цельсия, что достигается взрывом обычной атомной бомбы;
нейтронное оружие. Как разновидность ядерных боеприпасов с термоядерным зарядом малой мощности. Достигается повышенное нейтронное излучение за счет большего расхода энергии (примерно в 5-10 раз) на создание проникающей радиации.
Поражающие факторы
Поражающие факторы ядерного взрыва. Средства и способы защиты от них.
Ударная волна ядерного взрыва возникает в результате расширения светящейся раскаленной массы газов в центре взрыва и представляет собой область резкого сжатия воздуха, которая распространяется от центра взрыва со сверхзвуковой скоростью. Действие ее продолжается несколько секунд. Расстояние 1 км ударная волна проходит за 2 с, 2 км — за 5 с, 3 км — за 8 с.
Поражения ударной волной вызываются как действием избыточного давления, так и метательным ее действием (скоростным напором), обусловленным движением воздуха в волне. Личный состав, вооружение и военная техника, расположенные на открытой местности, поражаются главным образом в результате метательного действия ударной волны, а объекты больших размеров (здания и др.)— действием избыточного давления.
Поражения могут быть нанесены также в результате косвенного воздействия ударной волны (обломками зданий, деревьев и т. п.). В ряде случаев тяжесть поражения от косвенного воздействия может быть больше, чем от непосредственного действия ударной волны, а количество пораженных — преобладающим.
На параметры ударной волны заметное влияние оказывают рельеф местности, лесные массивы и растительность. На скатах, обращенных к взрыву с крутизной более 10°, давление увеличивается: чем круче скат, тем больше давление. На обратных скатах возвышенностей имеет место обратное явление. В лощинах, траншеях и других сооружениях земляного типа, расположенных перпендикулярно к направлению распространения ударной волны, метательное действие значительно меньше, чем на открытой местности. Давление в ударной волне внутри лесного массива выше, а метательное действие меньше, чем на открытой местности. Это объясняется сопротивлением деревьев воздушным массам, движущимся с большой скоростью за фронтом ударной волны.
Укрытие личного состава за холмами и насыпями, в оврагах, выемках и молодых лесах, использование фортификационных сооружений, танков, БМП, БТР и других боевых машин снижает степень его поражения ударной волной. Так, личный состав в открытых траншеях поражается ударной волной на расстояниях в 1,5 раза меньше, чем находящийся открыто на местности. Вооружение, техника и другие Материальные средства от воздействия ударной волны могут быть повреждены или полностью разрушены. Поэтому для их защиты необходимо использовать естественные неровности местности (холмы, складки и т. п.) и укрытия.
Световое излучение ядерного взрыва — это видимое, ультрафиолетовое и инфракрасное излучение, действующее в течение нескольких секунд. У личного состава оно может вызвать ожоги кожи, поражение глаз и временное ослепление. Ожоги возникают от непосредственного воздействия светового излучения на открытые участки кожи (первичные ожоги), а также от горящей одежды, в очагах пожаров (вторичные ожоги). В зависимости от тяжести поражения ожоги делятся на четыре степени: первая —покраснение, припухлость и болезненность кожи; вторая —образование пузырей; третья — омертвление кожных покровов и тканей; четвертая — обугливание кожи.
Ожоги глазного дна (при прямом взгляде на взрыв) возможны на расстояниях, превышающих радиусы зон ожогов кожи. Временное ослепление возникает обычно ночью и в сумерки и не зависит от направления взгляда в момент взрыва и будет носить массовый характер. Днем оно возникает лишь при взгляде на взрыв. Временное ослепление проходит быстро, не оставляет последствий, и медицинская помощь обычно не требуется.
Наблюдение через приборы ночного видения исключает ослепление, однако оно возможно через приборы дневного видения; поэтому их на ночное время следует закрывать специальными шторками.
В целях защиты глаз от ослепления личный состав должен находиться по возможности в технике с закрытыми люками, тентами, необходимо использовать фортификационные сооружения и защитные свойства местности.
Световое излучение ядерного взрыва вызывает возгорание и обугливание различных горючих материалов: деревянных частей вооружения и техники, чехлов у танков. БТР и БМП.
Проникающая радиация ядерного взрыва представляет собой совместное гамма-излучение и нейтронное излучение. Гамма-кванты и нейтроны, распространяясь в любой среде, вызывают ее ионизацию. Под действием нейтронов, кроме того, нерадиоактивные атомы среды превращаются в радиоактивные, т. е. образуется так называемая наведенная активность. В результате ионизации атомов, входящих в состав живого организма, нарушаются процессы жизнедеятельности клеток и органов, что приводит к заболеванию лучевой болезнью. Проникающая радиация вызывает потемнение оптики, засвечивание светочувствительных фотоматериалов и выводит из строя радиоэлектронную аппаратуру, особенно содержащую полупроводниковые элементы.
Поражающее действие проникающей радиации характеризуется величиной дозы излучения, т. е. количеством энергии радиоактивных излучений, поглощенной единицей массы облучаемой среды. Различают экспозиционную и поглощенную дозу. Экспозиционную дозу измеряют в рентгенах (Р). Один рентген — это такая доза гамма-излучения, которая создает в 1 см3 воздуха около 2 млрд пар ионов. Поглощенную дозу измеряют в радах. Один рад - это такая доза, при которой энергия излучения 100 эрг передается одному грамму вещества (единица измерения поглощенной дозы в системе СИ — грей. I Гр равен 100 рад).
Поражение личного состава проникающей радиацией определяется суммарной дозой, полученной организмом, характером облучения и его продолжительностью. В зависимости от длительности облучения приняты следующие суммарные дозы гамма-излучения, не приводящие к снижению боеспособности личного состава: однократное облучение (импульсное или в течение первых 4 сут)—50 рад; многократное облучение (непрерывное или периодическое) в течение первых 30 сут — 100 рад, в течение 3 мес — 200 рад, в течение 1 года — 300 рад.
Защита личного состава от проникающей радиации обеспечивается использованием подвижных объектов и фортификационных сооружений (убежищ, блиндажей, перекрытых траншей).
Радиоактивное заражение местности, приземного слоя атмосферы, воздушного пространства, воды и других объектов возникает в результате выпадения радиоактивных веществ из облака ядерного взрыва во время его движения. Постепенно оседая на поверхность земли, радиоактивные вещества создают участок радиоактивного заражения, который называется радиоактивным следом.
Основными источниками радиоактивного заражения являются осколки деления ядерного заряда и наведенная активность грунта. Распад этих радиоактивных веществ сопровождается гамма- и бета-излучениями. Радиоактивное заражение местности характеризуется уровнем радиации (мощностью экспозиционной дозы), измеряемым в рентгенах в час (Р/ч).
По степени опасности для личного состава радиоактивный след условно делится на четыре зоны: зона А — умеренное заражение; зона Б —сильное заражение; зона В —опасное заражение; зона Г —чрезвычайно опасное заражение. Уровни радиации (мощности доз) на внешних границах этих зон через 1 ч после взрыва составляют 8; 80; 240 и 800 Р/ч, а через 10 ч — 0,5; 5; 15 и 50 Р/ч соответственно.
О степени заражения (загрязнения) радиоактивными веществами поверхностей различных объектов, обмундирования личного состава и кожных покровов принято судить по величине мощности экспозиционной дозы гамма-излучения вблизи зараженных поверхностей, определяемой в миллирентгенах в час (мР/ч). 1 мР/ч==10~3 Р/ч.
Электромагнитный импульс (ЭМИ). Ядерные взрывы приводят к возникновению мощных электромагнитных полей. Эти поля ввиду их кратковременного существования принято называть электромагнитным импульсом, который наиболее полно проявляется при наземных и низких воздушных ядерных взрывах.
ЭМИ воздействует прежде всего на радиоэлектронную и электротехническую аппаратуру, находящуюся на военной технике и других объектах. Под действием ЭМИ в указанной аппаратуре наводятся электрические токи и напряжения, которые могут вызвать пробой изоляции, повреждение трансформаторов. сгорание разрядников, порчу полупроводниковых приборов, перегорание плавких вставок и других элементов радиотехнических устройств. Наиболее подвержены воздействию ЭМИ линии связи, сигнализации и управления. Когда величина ЭМИ недостаточна для повреждения приборов или отдельных деталей, то возможно срабатывание средств защиты (плавких вставок, грозоразрядников) и нарушение работоспособности линий.
Если ядерные взрывы произойдут вблизи линий энергоснабжения, связи, имеющих большую протяженность, то наведенные в них напряжения могут распространяться по проводам на многие километры и вызывать повреждение аппаратуры и поражение личного состава, находящегося на безопасном удалении по отношению к другим поражающим факторам ядерного взрыва.
Подземные ядерные взрывы и поражение
Первые два взрыва, на поверхности земли и под ней на глубине 5 м, состоялись в ходе операции Buster-Jangle 19 и 29 октября 1951 года. Тогда исследовался поражающий эффект от воздействия таких взрывов. Первым "настоящим" подземным испытанием был Plumbob Rainier - 19 сентября 1957 года на глубине 290 м подорван заряд в 1.7 кт. В сентябре 1961 - апреле 1962 прошла первая "подземная" операция Nougat. В СССР первое подземное испытание состоялось 11 октября 1961 года. С 1962 года дальнейшие испытания происходили исключительно под землей.
Образование кратера.
В результате подземного взрыва возможны различные варианты образования кратера, в зависимости от глубины залегания и мощности заряда. Например, при большой мощности заряда может появляться классический воронкообразный кратер.
Испытание Sedan, США 1962 год. Глубина - 200 м, мощность - 104 кт. Взрыв извлек около 8 миллионов тонн грунта, образовав кратер 410 м шириной, 100 м глубиной.
Испытание в СССР Чаган, 1965 год. Глубина - 178 м, мощность - 140 кт. Кратер диаметром 408, глубиной 100 метров. На месте кратера позднее образовалось озеро.
Либо может появится кратер из просевшего грунта, если глубина залегания окажется достаточно большой.
Взрыв на поверхности земли образует очень небольшой кратер, в основном за счет спрессовывания земли ниже эпицентра. В этом случае большая часть энергии рассеивается в атмосфере, за счет ее отражения от земли. Уже при небольшой глубине взрыва образуется больший и более глубокий кратер. Это происходит из-за отражения части энергии от верхних слоев грунта и выбросу размельченной земли горячими газами вверх и в стороны от воронки.
От глубины залегания зависит и количество грунта, выброшенного из кратера. С ростом массы подбрасываемой вверх земли уменьшается горизонтальная составляющая скорости ее движения, т.о. большая часть грунта опадает обратно в кратер. На некоторой глубине, называемой оптимальной глубиной залегания (ОГЗ), достигается наилучший компромисс между выбросом и возвратом грунта - тогда кратер достигает максимальной глубины. Глубина такого залегания находится в зависимости от типа почвы и колеблется для заряда в 1 кт от 50 м для осадочных пород до 43 м для каменистой почвы.
Развитие взрыва на ОГЗ проходит следующим образом.
Изначально формируется начальная полость и ударная волна распространяется к поверхности и во все стороны. Как только она достигает поверхности, земля немедленно начинает подниматься вверх и начинает тут же тормозится под влиянием гравитации. Так как поверхность земли находится под атмосферным давлением, давление в ударной волне падает практически до нуля и в землю уходит волна разряжения. Двигаясь в земле, волна разряжения создает в ней напряжение до тех пор, пока не превысится порог прочности грунта, тогда пласты его отделяются и взлетают вверх.
Для взрыва Sedan ударная волна достигла поверхности через 240 мс, к этому времени ее скорость снизилась до 32 м/с, полость в это время расширилась до радиуса 55 м. Волна разряжения достигла полости через 450 мс после взрыва.
Сброс давления совместно с прохождением волны разряжения позволяют раскаленному газу в полости взрыва ускорить свое расширение. Давление газа через 1.3 с прекращает оседание почвы и приводит к ускорению ее до скорости 40 м/с в течении 2 с. Несколько сотен миллисекунд позднее купол земли растягивается до своего предела и измельчается, позволяя газам под большим давлением заполнить себя. Еще через несколько сотен миллисекунд газы выходят из купола, увлекая за собой измельченную землю, образуя видимый взрыв. Через несколько секунд подлетевшая вверх почва начинает осаждаться вниз, обратно в воронку, остальной грунт продолжает подниматься высоко вверх. Наибольший кратер образуется когда измельчение и газовое расширение вносят равные вклады или из-за свойств почвы преобладает расширение газа.
Взрыв на больших глубинах может не вызвать выброса грунта из кратера, дело ограничивается лишь поднятием почвы на краях кратера либо образованием просевшего кратера.
Существенное влияние оказывает здесь тип и структура грунта. При осадочных и песчаных породах, на определенных глубинах, поверхность земли остается вообще неизмененной. Если взрыв происходит в скальных породах, находящихся под слоем песка, то полость, образовавшаяся после взрыва, заполняется, оставляя на поверхности просевший кратер. Возможна и обратная ситуация, когда плотно утрамбованные скалы разрушаются и увеличиваются в объеме, образуя на земле холм из каменной крошки.
Дальнейшее увеличение глубины способствует поглощению выделившейся энергии и уменьшает образование шахты из измельченного грунта. Во время взрыва образуется полость, раскаленная до нескольких тысяч градусов. В это время на поверхности возникает небольшой холм. В течении 5-10 минут температура падает до тысячи градусов, давление внутри полости уменьшается, и полость засыпается землей, холм при этом может осесть и смениться просевшим кратером.
На больших глубинах поверхность земли не может внести вклад в образование полости, поэтому она получается круглой и симметричной. Примерно после 1 мс, полость раздувается до 10 м, сбрасывая давление до миллиона атмосфер. После этого происходит разделение границ полости и фронта ударной волны (она уходит вперед со скоростью 5 км/с). Расширение продолжается до тех пор, пока давление газов не уравняется с давлением в окружающих скалах (для глубины 800 м это примерно 45 м). Температура к тому моменту снижается до нескольких тысяч градусов и внутри находится значительный слой расплавленных скал, в котором остается большинство труднолетучих радиоактивных изотопов.
На средних глубинах давление, развиваемое верхними пластами, ограничено, что позволяет ударной волне образовывать большое количество раздробленных скал, имеющих больший объем по отношению к цельным пластам. Таким образом, измельченная порода засыпает первоначальную полость до тех пор, пока это увеличение объема не сравняется с объемом исходной полости. Если взрыв в таких условиях производится на небольшой глубине, на поверхности образуется поднятие. Дальнейшее углубление места нахождения заряда ведет к появлению просевшего кратера. При некоторой критической глубине количество увеличившейся в объеме земли будет соответствует размеру полости. Еще глубже все изменения останутся внутри земли. Растет давление вышележащих скал и из-за этого размеры шахты из раздробленного камня сокращаются. Наконец, глубоко под землей, остается лишь сферическая область, заполненная обломками породы.
Обычно, образовавшиеся внутри земли полости долго не существуют и довольно быстро засыпаются верхними слоями грунта. Однако бывают и исключения из этого, как эта, оставшаяся после теста Nougat Gnome (3 кт, 380 м).
Проникающие в землю бомбы.
Для уничтожения хорошо укрепленных подземных объектов (ракетные шахты, бункера) взрыв в воздухе малопригоден. Так, при мощности 20 кт и высоте 30 м, образуется кратер лишь 2 м глубиной. Подобный же взрыв, но на глубине десяти метров создаст кратер сорокаметровой глубины. Подземный взрыв, даже произведенный на небольшой глубине, передает почти всю свою энергию в ударную волну в земле.
Ясно, что для проникновения в землю, бетон корпус бомбы должен быть длинным, узким и очень твердым. Начинка бомбы тоже должна обладать изрядной прочностью, чтобы не разрушится от перегрузок при ударе. Пушечная урановая схема построения заряда очень хорошо приспособлена к этим требованиям, имея маленький поперечный диаметр и будучи устойчивой к сильным ударам. Это главная область применения пушечного дизайна, использованная в проникающих бомбах Mk-8 "Elsie" и Mk-11.
В настоящее время в США находятся на вооружении термоядерные проникающие бомбы B61-11. Созданные на основе заряда B61-7, помещенного в прочный стальной корпус. Глубина их внедрения в землю - 6-7 метров.
Испытание заряда 50 Мт - "кузькина мать"
Заряд:100 Мт
Вес: 27 т
Длина: 8 м
Диаметр:2 м
Время:11:32 30 Октября 1961 (msk)
Место:Новая Земля
Тип взрыва:Воздушный, высота 4 км
Мощность взрыва:50 Мт
Сила взрыва в 100 Мт обеспечит полное уничтожение прилегающей территории на расстоянии в 35 км, серьезные повреждения на 50 км и ожоги третьей степени на дистанции в 77 км. Такое оружие способно разрушить целый регион - мегаполис со всеми пригородами.
Максимальная мощность бомбы 100 Мт для испытания была снижена вдвое, заменой урановой оболочки третьей ступени заряда на свинцовую. Это снизило вклад урановой части с 51.5 до 1.5 Мт. Однако заряд мощностью в 50 Мт все равно является максимальным из когда-либо произведенных и испытанных.
Бомба имеет трехступенчатую схему. Выход 50% мощности обеспечивался термоядерной частью, а вторые 50% - за счет деления урановых корпусов третьей и второй ступеней нейтронами термоядерной реакции.
Создание.
К разработке устройства приступили после совещания с Хрущевым 10 июля 1961, на котором тот объявил о начале проведения осенью крупной серии испытаний. В состав группы по разработки входили Андрей Сахаров, Юрий Трутнев, Виктор Адамский, Юрий Бабаев, Юрий Смирнов.
До этой серии максимальным зарядом, испытанным в СССР был 2.9-мегатонный. В 1961 году готовились к проверки устройства в 4, 10 и 12.5 Мт. Решение о создании супербомбы Хрущев принял дабы "показать империалистам, что мы умеем". Безусловно, наработки по конструированию сверхкрупных зарядов уже существовали, но учитывая рекордную мощность и кратчайшие сроки разработки, становится ясно, что командой создателей проделана колоссальная работа.
Устройство было закончено и испытано уже через 112 дней после встречи с Хрущевым. "Кузькину мать" требовалось показать как можно скорее. Разработка шла ускоренными темпами. На команду разработчиков оказывалось большое давление, усилившееся с публичным объявлением о предстоящем испытании и планами приурочить его к закрытию XXII съезда КПСС. Где-то в середине августа принимается решение по подрыву уменьшенного до мощности 50 Мт заряда, о предстоящем испытании сообщается США. Публичное заявление по поводу планирующегося супервзрыва сделано Хрущевым в речи посвященной возобновлению испытаний 1 сентября 1961 года (в тот же день произведено первое испытание из этой серии).
Для ускорения процесса велись приближенные и оценочные расчеты, шедшие одновременно со сборкой. Сборка происходила на железнодорожной платформе, на которой бомба и была доставлена к аэродрому. Но были и сомнения в работоспособности устройства. Возникли они в середине октября, когда бомба была почти завершена. Евсей Рабинович выдвинул обоснования, по которым ставилась под сомнение возможность срабатывания устройства. Сахаров и Адамский с Феодоритовым опровергли эти доводы, однако дополнительные расчеты были все же произведены и в конструкцию внесли изменения. Несмотря на это никто со стопроцентной уверенностью не мог гарантировать полный успех - и Рабинович и Сахаров основывались на тех или иных приближениях, слишком мало времени отводилось на разработку. За 6 дней до испытания, 24 октября, вышел окончательный отчет Андрея Сахарова, Юрия Смирнова, Юрия Трутнева, Виктора Адамского, Юрия Бабаева с теоретическими выкладками и расчетами по конструкции бомбы. Теперь оставалось только ждать завершения ее постройки и результата теста.
Бомба была построена в РФЯЦ-ВНИИТФ (Челябинск-70) с ядерным зарядом, разработанным во ВНИИЭФ (Арзамас-16). Применение такой "супербомбы" с самолета-носителя потребовало создания высокоэффективной тормозной парашютной системы, и она была создана в НИИ парашютно-десантных средств по техническому заданию и при непосредственном участии ВНИИТФ. Размеры этой парашютной системы были необычными. Площадь основного купола парашюта составила 1600 кв. м, что позволяло самолету-носителю уйти на безопасное расстояние от места взрыва.
Бомба имела трехступенчатую схему, как и американская Mk-41, максимальная из разработанных в США, мощностью 25 Мт. Грубо говоря, обычный ядерный взрыв поджигает 1-й термоядерный заряд, которой, в свою очередь, активирует 2-й термоядерный заряд. На каждой ступени происходит "накачка" мощности от 10 до 100 раз. Корпуса капсул с термоядерным горючим могут быть сделаны из низкообогащенного урана, что приводит к дополнительному росту мощности (в данном случае вдвое).
Испытание.
Размеры супербомбы впечатляют - длина восемь, максимальный диаметр два метра. Они таковы, что бомба не влезала в бомболюк самого большого на том момент в СССР межконтинентального бомбардировщика ТУ-95А. Масса в 27 тонн - практически предельная нагрузка для этого самолета. Для того, чтобы ТУ-95 мог нести такой объект пришлось переделывать конструкцию бомболюка, механизмов подвески и расцепления. Бомба находилась подвешенной под фюзеляжем в полу утопленном состоянии - часть находилась в расширенном бомбовом отсеке, а часть - снаружи. Такая подвеска и немалый вес груза привели к тому, что самолет сильно сбавил в дальности и скорости - становясь практически негодным к боевому применению. Для предотвращения возгорания и разрушения от вспышки взрыва бомбардировщик был выкрашен светоотражающий краской.
Экипажем самолета командовал майор А.Е. Дурновцев. После испытания он получил звание Героя СССР и повышение до подполковника. Бомба отделилась на высоте 10 500 м и снижалась на замедляющем парашюте до 4000 м. За время падения самолет успел удалиться на относительно безопасное расстояние в 40-50 км.
Взрыв произошел в 11:32 по московскому времени. Вспышка оказалась настолько ярка, что ее можно было наблюдать с расстояния до 1000 км. Очевидцы характеризовали ее как ярчайшую и на 300-километровом удалении, много позже они слышали далекий и мощный рев.
Свет вспышки исходил от огромного огненного шара, несмотря на немалую высоту в 4 км, достигшего земли, и продолжавшего расти до размеров около 10 км в диаметре. На его месте возник оранжевый шар раскаленных газов, поглотивший десятки километров пространства. Гиганский гриб поднялся на высоту в 65 километров. После взрыва из-за ионизации атмосферы на 40 минут было прервано радиосообщение с Новой Землей.
При мощности в 50 Мт зона полного уничтожения представляла собой круг в 25 километров, в 40 километровой зоне разрушались деревянные и сильно повреждались каменные дома, на расстоянии 60 км можно было получить ожоги третьей степени (с омертвлением верхних слоев кожи) от светового излучения, а окна, двери, крыши срывало и на больших расстояниях.
Наблюдательные пункты (и наземные и самолеты в воздухе) находились во множестве мест на расстояниях от нескольких десятков до тысячи километров. ТУ-16 сопровождал для съемок и наблюдения в полете бомбардировщик Дурновцева. На Кольском полуострове размещался главный наблюдательный пост, на котором находились ученые и руководители испытания во главе с генерал-майором Н. Павловым. На самолете ИЛ-14 в нескольких сотнях километров наблюдали за взрывом маршал Кирилл Москаленко и министр среднего машиностроения Ефим Славский.
Океан энергии расплавил, испарил землю и скалы на многие километры вокруг: одна килотонна тротилового эквивалента составляет 4.2*1012 дж, т.о. выделившаяся во время взрыва энергия равняется: 50 000 кт * 4.2*1012 = 2*1017 джоулей. Учитывая время, за которое она выделилась (сотни наносекунд) получаем мощность порядка 5*1021 кВт. Эта цифра уже может сравниться с выходом Солнца - около 1% от мощности излучения светила, равной 4*1023 кВт. Успешное испытание данного заряда открыло возможности создания оружия практически неограниченной мощности.
Заключение.
Безусловно, это было экспериментальное устройство, испытание которого имело сугубо политическое и психологическое значение, необходимое для доказательства военной мощи Советского Союза. Ибо такой заряд, пусть даже в виде конструкционно завершенной бомбы, способный обеспечить выход 100 Мт - все-таки это не поставленный на вооружение образец, для которого решены проблемы доставки в боевых условиях и безопасного и длительного хранения.
Если бы бомба испытывалась с номинальным зарядом 100 Мт, это привело бы к сильнейшему радиоактивному заражению местности, увеличив общемировой выброс радиации (на тот момент) на 25%. Впрочем, даже несмотря на взрыв "чистой" версии, где 97% энергии выделялось за счет термоядерных реакций, испытание послужило причиной беспрецедентного выхода радиоактивных изотопов в атмосферу. Дальнейшее разработка, модернизация и производство бомбы не производилась.
Самый мощный американский заряд
Термоядерная бомба Mk-41.
Ширина: 130 см (185 см хвостовое оперение)
Длина: 370 см
Масса: 4762 - 4840 кг
Заряд: 25 Мт
Производилась 9/60 - 6/62; снята с вооружения 11/63 - 7/76; 500 произведено
Самый мощный из разработанных в США зарядов, единственный американский трехступенчатый термоядерный заряд. Версии: Y1 "грязная", Y2 "чистая". Парашюты: 1 4-футовый, 1 16.5-футовый. Заменена на Mk-53.
Среди всех американских проектов, в этом достигнут наибольший удельный энерговыход: 5.2 кт/кг.
Особенности конструкции.
Трехступенчатая схема радиационной имплозии.
Термоядерные ступени используют дейтерид лития (95% Li-6) в качестве термоядерного горючего.
B-41 была развернута в "грязной" (Y1, с оболочкой третьей ступени из U-238) и "чистой" (Y2, со свинцовой оболочкой) версиях. Вероятно, что в обоих вариантах применяется свинцовый корпус второй ступени.
Реально существуют два официальных заряда этой бомбы: "менее, чем 10 Мт" и 25 Мт. Вполне возможно, заряд 25 Мт соответствует "грязной" версии, а "чистой" соответствует меньшая мощность.
По словам Теодора Тейлора (физика и бывшего создателя ядерного оружия), для термоядерного оружия практический лимит отношения заряда к массе - около 6 кт/кг. Беря в расчет вес серийной бомбы 4833 кг и заряд в 25 Мт, Mk-41 достигает величины в 5.2 кт/кг. Если мы обратимся к экспериментальным устройствам Hardtack I, которые не отягощены такими вещами как парашютная система, их масса меньше - 3 965 - 4 405 кг. Тэйлоровский максимум отношения заряд-масса 6 кт/кг соотносится с весом в 4163 кг, находящимся внутри диапазона масс для этих устройств.
Способы доставки.
Стратегический бомбардировщик B-52G.
Способы детонации.
Полный набор способов работы детонатора, выбор, вероятно, осуществляется на земле до миссии:
--> воздушный в свободнопадающем режиме;
--> воздушный со снижением на парашюте;
--> контактный свободнопадающий взрыв;
--> контактный парашютный взрыв;
--> поверхностный отложенный взрыв со снижением на парашюте.
Парашюты: 4-5-футовый вытяжной парашют, 16.5-футовый главный ленточный парашют для стабилизации на высококих скоростях.
Разработка.
Программа B-41 началась в 1955 году, когда ВВС выпустили требования и заказ на предварительное обоснование мощного термоядерного оружия класса "B" (масса < 10 000 фунтов, диаметр < 155 см). UCRL (радиационная лаборатория Университета Калифорнии) внесла предложение адаптировать экспериментальную трехступенчатую термоядерную систему, разрабатываемую там, которая позднее была запланирована к экспериментальной проверки в ходе операции Redwing, 1956.
Две версии предложенных UCRL устройств, "Bassoon" и "Bassoon Prime" испытывались в "чистой" и "грязной" конфигурациях во взрывах Zuni и Tewa операции Redwing.
Устройство Bassoon, подорванное в Redwing Zuni (27 мая 1956), было 97.5 см в диаметре, 340 см в длине и массой 5 508 кг. Предсказываемый энерговыход Zuni 2-3 Мт достигнул 3.5 Мт. Это изделие использовало свинцовую оболочку капсулы с термоядерным горючим и было достаточно чистым, 85% энергии в ней приходилось на синтез и только 15% на деление.
Устройство Bassoon Prime испытано в Redwing Tewa (20 июля 1956). Его диаметр - 97.5 см, длина - 340 см, масса - 7 128 кг. Предсказываемый заряд 6-8 Мт, реальный - 5 Мт. В противоположность к Zuni, в Tewa применялась урановая оболочка и оно было в самом деле грязным, всего 13% энергии приходило от синтеза, а 87% - от деления. Это устройство давало выход от синтеза всего 650 кт, по сравнению с 3 Мт Zuni.
Оба заряда были только экспериментальными, "подтверждающими концепции" системами, не испытательными версиями реальных, предназначенных к развертыванию устройств. Требовалось их переконструирование для соответствия военным требованиям, разрешившееся испытаниями Hardtack фаза I, в 1958 году.
В ноябре 1956 года закончилась проработка анализа технической осуществимости и присвоено обозначение TX / XW-41, соответственно для бомбы и ракетной боеголовки. 28 января 1957 министерство обороны официально запросило Комиссию по атомной энергии разработать новое оружие класса "B", на основе проекта UCRL. Военные характеристики бомбы и боеголовки были утверждены в середине февраля и разработка конструкции началась. В июне предложенные технические характеристики бомбы TX-41 и боеголовки XW-41 приняты Комиссией по разработке специальных видов вооружения; вариант боеголовки для МБР был аннулирован в конце июля.
Испытания триггера TX/XW-41 с усилением синтезом и второй ступени на модели бомбы прошли в Plumbbob Smoky на Невадском полигоне 31 августа 1957. Заряд был 44 кт (прогнозируемый 48 кт, диапазон 45-50 кт); его размер: 125 см в диаметре, 315 см в длину и 4 258 кг весом. Тест заключал в себе некоторый термоядерный энерговыход.
Испытания на падение баллистического корпуса TX-41 проводились между декабрем 1957 и декабрем 1959 на полигонах Tonopah (Невада) и Salton Sea (Калифорния).
Прототипы бомбы TX-41, испытывались в тестах Sycamore, Poplar и Pine операции Hardtack фаза I на полигоне в Тихом океане, между 31 маем и 27 июлем 1958 года, среди них были только чистые варианты.
Взрыв Sycamore (31 мая 1958) испытал двухступенчатую чистую версию TX-41. Рассчетный заряд планировался в 5 Мт, из которых только 200 кт были выходом от деления. Испытание провалилось, общий взрыв был только 92 кт, хотя во второй ступени и было зарегистрировано слабое горение. Размеры тестового устройства: 125 см в диаметре, 281.5 см в длину, масса 4 405 кг.
Взрыв Poplar (12 июля 1958) был повторным тестом двухступенчатого варианта. Изделие имело диаметр 120.5 см, длину 280 см, и массу 4 220 кг. Poplar имел прогнозируемую мощность в 5-10 Мт, из которых деление - 450 кт. Испытание прошло успешно, мощность достигла 9.3 Мт (пятый по величине из всех американских взрывов).
Взрыв Pine (26 июля 1958) использовал трехступенчатую конфигурацию. Этот заряд имел диаметр 125 см, длину 282 см и сниженный до 3 965 кг вес. Прогнозируемая сила взрыва - 4-6 Мт, только 200 кт должны были произойти от деления. Реальная мощность составила только 2 Мт.
Технические характеристики TX-41 были исправлены и приняты Комиссией по разработке специальных видов вооружения в середине октября 1958 года. Чуть позже началась разработка технологии производства TX-41.
Развертывание.
Первое производство Mk-41 Mod 0 началось в сентябре 1960; к июню 1962 года произвели примерно 500 экземпляров. Они было сняты с вооружения между ноябрем 1963 и июлем 1976, так как более универсальные бомбы Mk-53 заменили их в арсенале.
Самый миниатюрный американский заряд
The Davy Crocket - самая маленькая ядерная оружейная система, из выпускавшихся в США. Она состоит из реактивного снаряда XM-388 и 120-мм, XM-28, либо 155-мм, XM-29, безоткатного орудия. Максимальная дальность стрельбы для 120-мм варианта - 2.2 км, для 155-мм - 4.5 км. Снаряд в сборе (боеголовка + корпус) имеет массу 34 кг, 75 см длины, 27.5 см в диаметре.
Составляющая основу снаряда боеголовка W-54 весит лишь 23 кг, являясь самой компактной и легкой американской имплозионной схемой. Имеет несколько версий с мощностью от 10 тонн до 1 килотонны. Чуть более тяжелый ее вариант - 26.4 кг - применяется в атомном фугасном заряде (SADM), атомной мине, развернутых в США, Южной Корее, Европе в 1967-1989 гг.
Установки Davy Crocket стояли на вооружении США с 1961 по 1971 гг. Боеголовка W-54 разработана Лос-Аламосской национальной лабораторией, производилась Комиссией по атомной энергии. Не-ядерная часть делалась в Rock Island, Illinois.
Тестовое испытание проекта W-54 проходило во время операции Hardtack II (взрывы Hamilton и Humboldt, 15 октября и 29 октября 1958).
В 1962 году производились испытания двух хранящихся зарядов Davy Crocket. В тесте Little Feller II, 7 июля, боеголовка детонировалась по кабелю (заряд составил 22 т). В ходе Little Feller I, 17 июля, был произведен выстрел из стационарной 155-мм установки (совместно с проводящимися маневрами IVY FLATS). Взрыв произошел на высоте 6 м и расстоянии 2.8 км, заряд составил 18 тонн.
Тест Little Feller I стал последним атмосферным испытанием на Невадском полигоне и в США. За ним наблюдали министр юстиции Роберт Ф. Кеннеди и президентский советник Максвелл Д. Тэйлор. Материалы по IVY FLATS были рассекречены Министерством энергетики 22 декабря 1997.
Минимизация ядерных устройств.
Минимизации массы и размера устройства способствует применение эффективного делящегося материала - урана-233 и плутония, легкой взрывчатой оболочки и тонкого бериллиевого отражателя.
При небольшой и легкой взрывчатой системе сжатие ядра будет не эффективным и КПД устройства заметно снизится.
Увеличение слоя отражателя способствует уменьшению массы плутония:
Толщина Плутоний в алфа-фазе бериллия (см) (плотность 19.25) (кг) 0.00 10.47 5.22 5.43 8.17 4.66 13.0 3.93 21.0 3.22 32.0 2.47
Правда толстый рефлектор, снижая критическую массу плутония, очень сильно увеличивает сами габариты устройства. Применение несколько сантиметрового слоя бериллия уменьшает радиус плутониевого ядра до 40-60% от самой толщины отражателя. В некоторых случаях, несмотря на то, что масса бериллиевой оболочки растет пропорционально кубу ее радиуса, разница в плотностях между бериллием и плутонием в 10:1 может дать снижение общей массы системы ядро/рефлектор.
Для нижнего предела диапазона мощности (десятки тонн) достаточно просто перевести плутоний из дельты в альфа состояние. В этом случае даже не требуется классическая имплозионная система, достаточно обеспечить гораздо меньшие давления в 10-20 тыс. атмосфер, достаточное для схлопывания кристаллической структуры.
Делая минимально возможное по радиусу устройство, придется применять тонкий отражатель, слабую имплозионную систему - таким образом получится очень маломощное устройство с большим удельным расходом делящегося вещества - 10 кг плутония.
Абсолютный минимум массы бомбы определяется минимальной критической массой, достаточной для заметного энергетического выхода. Критическая масса для плутония в альфа-фазе 10.5 кг, еще 20-25% массы требуется для значительного взрыва, итого 13.5 кг. Отражатель из бериллия может уменьшить требуемое количество плутония, но для этого нужно создание эффективной имплозионной системы, увеличивающей общую массу. Так что действительный абсолютный минимум для веса ядерного заряда - 10-15 кг.
Экологические последствия
Атомная энергетика таит опасность в результате случайных обстоятельств радиоактивного заражения природной среды, которое может произойти не только в результате применения атомного оружия, но также из-за аварий на АЭС.
То, что современный экологический кризис является обратной стороной НТР, подтверждает тот факт, что именно те достижения научно-технического прогресса, которые послужили отправной точкой объявления о наступлении НТР, привели к самым мощным экологическим катастрофам на нашей планете. В 1945 г. была создана атомная бомба, свидетельствуя о новых невиданных возможностях человека. В 1954 г. была построена первая в мире атомная электростанция в Обнинске, и на "мирный атом" возлагалось много надежд. А в 1986 г. произошла самая крупная в истории Земли техногенная катастрофа на Чернобыльской АЭС как следствие попытки "приручить" атом и заставить его работать на себя.
В результате этой аварии выделилось больше радиоактивных материалов, чем при бомбардировке Хиросимы и Нагасаки. "Мирный атом" оказался более страшным, чем военный. Человечество столкнулось с такими техногенными катастрофами, которые вполне могут претендовать на статус суперрегиональных, если не глобальных.
Особенность радиоактивного поражения в том, что оно способно убить безболезненно. Боль, как известно, является эволюционно развитым защитным механизмом, но "коварство" атома состоит в том, что в данном случае этот предупредительный механизм не включается. Например, воды, сбрасываемые атомной электростанцией в Хэнфорде (США), считались вначале совершенно безопасными. Однако позже выяснилось, что в соседних водоемах в 2000 раз повысилась радиоактивность планктона, радиоактивность уток, питавшихся планктоном, возросла в 40 000 раз, рыбы же стали в 150 000 раз радиоактивнее вод, сбрасываемых станцией. Ласточки, ловившие насекомых, личинки которых развивались в воде, обнаруживали радиоактивность в 500 000 раз более высокую, чем у вод самой станции. В желтке яиц водоплавающих птиц радиоактивность повысилась в миллион раз.
Чернобыльская авария затронула более 7 млн. человек и коснется еще многих, в том числе и неродившихся, поскольку радиационное заражение влияет не только на здоровье живущих ныне, но и тех, кому предстоит родиться. Средства же на ликвидацию последствий катастрофы могут превысить экономическую прибыль от работы всех АЭС на территории бывшего СССР.
Именно в радиации, в различных проявлениях лучевой болезни ученые и общественность увидели главную опасность нового оружия, но оценить ее по-настоящему человечество смогло значительно позже. Многие годы в атомной бомбе люди видели, хотя и очень опасное, но всего лишь оружие, способное обеспечить победу в войне. Поэтому ведущие государства, интенсивно совершенствуя ядерное оружие, готовились и к его использованию, и к защите от него. Только в последние десятилетия мировое сообщество начало осознавать, что ядерная война станет самоубийством всего человечества. Радиация не единственное и, может быть, не главное из последствий крупномасштабной ядерной войны.
Величина падения температур не слишком зависит от мощности используемого ядерного оружия, но эта мощность очень сильно влияет на длительность "ядерной ночи". Результаты, полученные учеными разных стран, отличались в деталях, но качественный эффект "ядерной ночи" и "ядерной зимы" очень четко обозначился во всех расчетах. Таким образом, можно считать установленным следующее:
1. В результате крупномасштабной ядерной войны над всей планетой установится "ядерная ночь", и количество солнечного тепла, поступающего на земную поверхность, сократится в несколько десятков раз. В результате наступит "ядерная зима", т. е. произойдет общее понижение температуры, особенно сильное - над континентами.
2. Процесс очищения атмосферы будет идти многие месяцы и даже годы. Но атмосфера не вернется в первоначальное состояние - ее термогидродинамические характеристики станут совершенно иными.
Понижение температуры поверхности Земли спустя месяц после образования сажевых облаков в среднем будет значительным: 15-20 С, а в удаленных от океанов точках - до 35 С. Такая температура продержится несколько месяцев, за которые земная поверхность промерзнет на несколько метров, лишив всех пресной воды, тем более что прекратятся дожди. В Южном полушарии тоже наступит "ядерная зима", так как сажевые облака окутают всю планету, изменятся все циклы циркуляции в атмосфере, хотя в Австралии и Южной Америке похолодание будет менее значительно (на 10-12 С).
До начала 1970-х гг. проблема экологических последствий подземных ядерных взрывов сводилась лишь к защитным мерам против их сейсмического и радиационного воздействия в момент проведения (т.е. обеспечивалась безопасность взрывных работ). Детально изучение динамики процессов, протекающих в зоне взрывов, велось исключительно с точки зрения технических аспектов. Малые размеры ядерных зарядов (по сравнению с химическими) и легко достижимая большая мощность ядерных взрывов привлекали военных и гражданских специалистов. Возникло ложное представление о высокой экономической эффективности подземных ядерных взрывов (понятие, подменившее менее узкое - технологической эффективности взрывов как действительно мощного способа разрушения массивов горных пород). И только в 1970-е гг. стало выясняться, что отрицательное экологическое воздействие подземных ядерных взрывов на окружающую среду и здоровье людей сводит на нет получаемую от них экономическую выгоду. В 1972 г. в США была прекращена программа использования подземных взрывов в мирных целях "Плаушер", принятая в 1963 г. В СССР с 1974 г. отказались от проведения подземных ядерных взрывов наружного действия. Подземные ядерные взрывы в мирных целях в Астраханской и Пермской областях и в Якутии.
На некоторых объектах, где проводились подземные ядерные взрывы, радиоактивное загрязнение зафиксировано на значительном расстоянии от эпицентров как в недрах, так и на поверхности. В окрестностях начинаются опасные геологические явления - подвижки массивов горных пород в ближней зоне, а также значительные изменения режима подземных вод и газов и появление наведенной (спровоцированной взрывами) сейсмичности в отдельных районах. Эксплуатируемые полости взрывов оказываются весьма ненадежными элементами технологических схем производственных процессов. Это нарушает надежность роботы промышленных комплексов стратегического значения, сокращает ресурсный потенциал недр и других природных комплексов. Длительное пребывание в зонах взрывов вызывает поражение иммунной и кроветворной системы человека.
Главной экологической проблемой России от Мурманска до Владивостока является массовое радиационное загрязнение и загрязнение питьевой воды.
Источник: himza.ru.
Рейтинг публикации:
|
