Ядерный взрыв и его поражающие факторы¶
Ядерный взрыв — это неуправляемое высвобождение большого количества энергии в результате цепной реакции деления тяжёлых ядер или термоядерного синтеза, сопровождающееся образованием ударной волны, светового излучения, проникающей радиации и радиоактивного заражения местности. Относится к классу оружия массового поражения и является физической основой ядерного оружия.
¶Физическая природа
В основе ядерного взрыва лежит деление ядер изотопов урана-235 или плутония-239 под действием нейтронов. Каждый акт деления высвобождает энергию порядка 200 МэВ и испускает 2–3 новых нейтрона, что обеспечивает лавинообразное развитие цепной реакции. Критическая масса делящегося вещества — минимальное количество, при котором реакция становится самоподдерживающейся, — для урана-235 составляет около 50 кг, для плутония-239 — около 11 кг при использовании отражателя нейтронов.
В термоядерных (водородных) боеприпасах первичный ядерный заряд служит «запалом», создающим высокую температуру и давление, необходимые для синтеза изотопов водорода — дейтерия и трития. Энерговыделение таких устройств может в сотни раз превышать возможности чисто делящихся зарядов.
Мощность ядерного взрыва измеряется в тротиловом эквиваленте — массе тринитротолуола, выделяющей при взрыве такое же количество энергии. Первые бомбы имели мощность порядка 20 килотонн; термоядерные заряды достигали десятков мегатонн.
¶История
Первое испытание ядерного устройства — «Тринити» — было проведено США 16 июля 1945 года на полигоне Аламогордо в штате Нью-Мексико. 6 и 9 августа 1945 года американская авиация сбросила атомные бомбы на японские города Хиросима и Нагасаки. Это единственные в истории случаи боевого применения ядерного оружия.
В СССР первое испытание атомной бомбы состоялось 29 августа 1949 года на Семипалатинском полигоне, а первой водородной бомбы — 12 августа 1953 года. Крупнейшим по мощности считается испытание советской «Царь-бомбы» (АН602) 30 октября 1961 года на полигоне Новая Земля — около 50 мегатонн.
В 1963 году СССР, США и Великобритания подписали Договор о запрещении испытаний ядерного оружия в атмосфере, космическом пространстве и под водой. В 1968 году был открыт к подписанию Договор о нераспространении ядерного оружия.
¶Поражающие факторы
Ядерный взрыв оказывает комплексное воздействие на людей, технику и окружающую среду.
| Фактор | Доля энергии | Характеристика |
|---|---|---|
| Ударная волна | около 50 % | Резкое сжатие и расширение среды, разрушение зданий |
| Световое излучение | около 35 % | Мощный поток лучистой энергии, ожоги, возгорания |
| Проникающая радиация | около 5 % | Поток нейтронов и гамма-квантов, лучевая болезнь |
| Радиоактивное заражение | около 10 % | Выпадение продуктов деления, долговременное загрязнение |
| Электромагнитный импульс | менее 1 % | Повреждение электроники и линий связи |
Ударная волна распространяется со сверхзвуковой скоростью и наносит механические разрушения на значительных расстояниях. Световая вспышка длится от долей секунды до нескольких секунд и способна вызывать ожоги кожи и поражение органов зрения. Проникающая радиация действует в первые секунды после взрыва, тогда как радиоактивное заражение сохраняется от нескольких суток до десятилетий в зависимости от изотопного состава.
¶Виды взрывов
По высоте подрыва различают:
- космические — на высотах более 100 км, поражающее действие сводится к электромагнитному импульсу;
- высотные — на высотах от 10 до 100 км;
- воздушные — при которых огненный шар не касается земли;
- наземные — с образованием воронки и сильным радиоактивным заражением;
- подземные — применяемые преимущественно для испытаний;
- подводные — сопровождающиеся образованием столба воды и волн цунами.
¶Последствия и защита
Помимо мгновенных поражающих факторов, крупные ядерные взрывы способны вызывать долговременные эффекты: массовые пожары, «ядерную зиму» — гипотетическое глобальное похолодание из-за выброса сажи и пыли в атмосферу, а также долговременное радиоактивное загрязнение обширных территорий.
Защита от ядерного взрыва включает укрытие в убежищах и подвальных помещениях, использование средств индивидуальной защиты органов дыхания, эвакуацию из зон заражения, дезактивацию и приём профилактических препаратов, снижающих накопление радионуклидов в организме. Значительный вклад в изучение поражающих факторов и способов защиты внесли советские учёные и специалисты гражданской обороны.
¶Испытательные полигоны
Крупнейшие мировые полигоны, где проводились ядерные испытания: Семипалатинский (СССР, ныне Казахстан), Новая Земля (СССР/Россия), Невада (США), атолл Бикини (США), Лобнор (Китай), Муруроа (Франция). Всего в мире с 1945 по 1996 год было проведено более двух тысяч ядерных испытаний. В 1996 году был открыт для подписания Договор о всеобъемлющем запрещении ядерных испытаний, который, однако, не вступил в силу из-за отсутствия ратификации рядом государств.
¶Значение
Ядерный взрыв остаётся предметом изучения физики, военного дела и международной безопасности. Понимание его механизмов лежит в основе контроля над вооружениями, систем предупреждения о ракетном нападении и разработки средств защиты населения. Мирное применение подземных ядерных взрывов — для глубинного зондирования, создания подземных ёмкостей и интенсификации добычи — активно исследовалось в СССР и США, но впоследствии было свёрнуто по договорным соображениям.
Источники: учебные пособия по физике атомного ядра и ядерному оружию, материалы по гражданской обороне, публикации по истории ядерных испытаний, документы международных договоров о нераспространении и запрещении испытаний.