Ядерное оружие и его характеристики

1. Ядерное оружие и его характеристики

2. Ядерное оружие

Энергия 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
обусловлена существованием
элементов, ядра которых делятся под
воздействием нейтронов любой
энергии, в том числе сколь угодно
малой. Вещества, обладающие
подобным свойством
называются делящимися веществами.
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 (1012 калорий или 4.191012 Дж).
Поскольку в каждом акте деления выделяется энергия
равная примерно 180 МэВ (2.910-11 Дж), должно
произойти 1.451023 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.
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.

3. Степень и скорость сжатия массы делящегося вещества определяется мощностью взрыва. Причиной этого служит тот факт, что энергия,

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.
Степень и скорость сжатия массы
делящегося вещества определяется
мощностью 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, вопервых, 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.

4. Термоядерные взрывные устройства

При взрыве триггера 80 % энергии
выделяется в виде мощного импульса
мягкого рентгеновского излучения, которое
поглощается оболочкой второй ступени и
пластиковым наполнителем, который
превращается в высокотемпературную
плазму под большим давлением. В
результате резкого нагрева урановой
(свинцовой) оболочки
происходит абляция вещества оболочки и
появляется реактивная тяга, которая вместе
с давлениями света и плазмы обжимает
вторую ступень. При этом её объём
уменьшается в несколько тысяч раз, и
термоядерное топливо нагревается до
огромных температур. Однако давление и
температура ещё недостаточны для запуска
термоядерной реакции, создание
необходимых условий обеспечивает
плутониевый стержень, который в
результате сжатия переходит в
надкритическое состояние — начинается
ядерная реакция внутри контейнера.
Испускаемые плутониевым стержнем в
результате деления ядер плутония
нейтроны взаимодействуют с ядрами лития6, в результате чего получается тритий,
который далее взаимодействует с
дейтерием.

5.

Виды ядерных взрывов
Поражающее действие ядерного взрыва
зависит от мощности боеприпаса, вида
взрыва, типа ядерного заряда. Мощность
ядерного боеприпаса характеризуется
тротиловым эквивалентом
• воздушный — в
тропосфере;
• высотный — в верхних
слоях атмосферы и в
ближнем околопланетном
космосе;
• космический — в
дальнем околопланетном
космосе и любой другой
области космического
пространства;
• наземный взрыв — у
самой земли;
• подземный взрыв (под
поверхностью земли);
• надводный (у самой
поверхности воды);
• подводный (под водой);
Поражающие факторы наземного
ядерного взрыва
• воздушная ударная
волна (50%);
• световое излучение
(35%);
• проникающая
радиация (4%);
• радиоактивное
заражение (10%);
• электромагнитный
импульс (1%).

6.

Поражающие факторы наземного ядерного взрыва
Воздушная ударная волна -это зона сжатого воздуха,
распространяющаяся от центра взрыва. Ее источник - высокое
давление и температура в точке взрыва.
При воздействии на людей ударная волна вызывает различные
по степени тяжести поражения (травмы):
• прямые - от избыточного давления и скоростного напора;
• косвенные - от ударов обломками ограждающих конструкций,
осколков стекла и т.д.
По степени тяжести поражения людей от ударной волны
делятся:
• на легкие при ΔРф = 20-40 кПа (0,2-0,4 кгс/см2), (вывихи,
ушибы);
• средние при ΔРф = 40-60 кПа (0,4-0,6 кгс/см2), (контузии,
кровь из носа и ушей);
• тяжелые при ΔРф ≥ 60 кПа (тяжелые контузии, повреждения
слуха и внутренних органов, потеря сознания, переломы);
• смертельные при ΔРф ≥ 100 кП
ΔРф - избыточное давление во фронте ударной волны
• Световое излучение.- Под световым излучением
ядерного взрыва понимается электромагнитное
излучение, включающее в себя ультрафиолетовую,
видимую и инфракрасную области спектра.
Основным параметром, характеризующим поражающее
действие светового излучения, является световой
импульс (Uсв - это количество световой энергии,
падающей на 1 м2 площади, перпендикулярной к
направлению излучения за все время свечения
огненного шара.). При воздействии на людей световое
излучение вызывает ожоги тела.
• 1 степени при Uсв 80-160 кДж/м2 (покраснение,
припухлость кожных покровов);
• 2 степени при Uсв = 160-400 кДж/м2 (образование
пузырей);
• 3 степени при Uсв = 400-600 кДж/м2 (омертвление
кожи и мышечных тканей);
• 4 степени при Uсв ≥ 600 кДж/м2 (обугливание кожи,
тканей, воз-можна как временная, так и полная
потеря зрения и т.д.).

7. Поражающие факторы наземного ядерного взрыва

Проникающая радиация - это поток гамма- и
нейтронных излучений в окружающую среду из зоны
ЯВ в течение первых 15-20 с после взрыва, радиус 3÷5
км.
Проникающая радиация, распространяясь в среде,
ионизирует ее атомы, а при прохождении через
живую ткань - атомы и молекулы, входящие в состав
клеток. Это приводит к нарушению нормального
обмена веществ, изменению характера
жизнедеятельности клеток, отдельных органов и
систем организма или к генетическим
(наследственным) изменениям. В результате такого
воздействия возникает лучевая болезнь.
Радиоактивное заражение (РЗ)
На радиоактивно зараженной местности источниками
радиоактивного излучения являются: осколки (продукты)
деления ядерного взрывчатого вещества, наведенная
активность в грунте и других материалах, не
разделившаяся часть ядерного заряда. Зоны
радиоактивного заражения, выделяемые в очаге
ядерного поражения
Электромагнитный импульс (ЭМИ) — это возмущение
электромагнитного поля, оказывающее влияние на
любой материальный объект, находящийся в зоне его
действия. . Поражающее действие электромагнитного
импульса (ЭМИ) обусловлено возникновением
наведённых напряжений и токов в различных
проводниках. Действие ЭМИ проявляется, прежде
всего, по отношению к электрической и
радиоэлектронной аппаратуре. Наиболее уязвимы
линии связи, сигнализации и управления. При этом
может произойти пробой изоляции,
повреждение трансформаторов, порча
полупроводниковых приборов и т. п. Высотный взрыв
способен создать помехи в этих линиях на очень
больших площадях.

8. Защита от поражающих факторов ядерного оружия

Коллективные средства защиты -
Средства индивидуальной защиты -
Защитные сооружения:
Средства защиты органов дыхания
Убежища
Средства защиты кожи
Противорадиационные укрытия
Медицинские средства защиты
.

9. Нейтронное оружие

Нейтронное оружие — разновидность ядерного оружия, у которой искусственно увеличена доля энергии взрыва,
выделяющаяся в виде нейтронного излучения для поражения живой силы и вооружения противника при
ограничениях поражающих воздействий ударной волны и светового излучения.
Нейтронный заряд конструктивно представляет собой обычный ядерный заряд малой мощности, к которому
добавлен блок, содержащий небольшое количество термоядерного топлива (смесь дейтерия и трития). При подрыве взрывается основной ядерный заряд, энергия которого используется для запуска термоядерной реакции.
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, ЭМИ, световое излучение).
Поражающее действие нейтронного оружия на технику обусловлено взаимодействием нейтронов с
конструкционными материалами и радиоэлектронной аппаратурой, что приводит к появлению наведённой
радиоактивности и, как следствие, нарушению функционирования. В технике и предметах под действием потока
нейтронов могут образовываться мощные и долго действующие источники радиоактивности, приводящие к
поражению людей в течение длительного времени после взрыва. Так, например, экипаж танка Т-72, находящегося
в 700 м от эпицентра нейтронного взрыва мощностью в 1 кт, мгновенно получит 50 % смертельной дозы облучения
и погибнет в течение нескольких минут. Физически этот танк не пострадает, однако наведённая радиоактивность
приведёт к получению новым экипажем, управляющим данным танком, смертельной дозы радиации в течение
суток.