Мощность ядерных боеприпасов

Ядерные боеприпасы и классификация их по мощности

К ядерным боеприпасам относятся снаряженные ядерными зарядами боевые (головные) части ракет различных типов и назначения, авиационные бомбы, торпеды, артиллерийские снаряды и специальные инженерные мины (ядерные фугасы).

Мощность ядерных боеприпасов определяется нае весом или размерами их, как мощность, например, обычных боеприпасов, а количеством освобождающейся при ядерном взрыве энергии. Эту энергию принято сравнивать с энергией взрыва соответствующего количества тротила. Пример: при делении ядер атомов, находящихся в 1 кг. Урана-235, освобождается такое количество энергии, как и при взрыве тротилового заряда весом 20 тонн В связи с этим мощность ядерных боеприпасов выражают тротиловым эквивалентом. Ядерные боеприпасы по мощности условно делят на пять калибров:

-сверхмалой мощности до 1 тысячи т (кт);

-малой от 1 до 10 тысяч т.;

-средней от 10 до 100 тысяч т;

-крупной от 100 до 1 миллиона т (мгт);

-сверхкрупной свыше 1 мгт

Средства применения ядерного оружия

Средствами доставки и носителями ядерного оружия в современных армиях являются:

а) межконтинентальные баллистические, оперативно-тактические, крылатые и зенитные управляемые ракеты;

б) авиация (самолеты носители);

в) артиллерия;

г) подводные лодки и надводные корабли;

д) ядерные фугасы

Виды ядерных взрывов и их характеристика

В зависимости от задач, решаемых при применении ядерного оружия, а также по характеру физических процессов, сопровождающих взрыв и зависящих от среды, в которой он произведен, ядерные взрывы разделяют на следующие виды:

-высотный (космический);

-воздушный;

-наземный (надводный);

-подземный (подводный)

Высотный взрыв выше границы тропосферы (10 км и выше), применяется для поражения в полет воздушных и космических целей (самолетов, крылатых ракет, баллистических ракет и других).

Воздушный взрыв в воздухе, когда светящаяся область не касается земли и имеет вид шара.

Низкий воздушный взрыв – применяется в тех случаях, когда требуется на небольшой площади вывести из строя боевую технику, а также разрушить сравнительно прочные наземные сооружения и вместе , с тем избежать сильного радиоактивного заражения местности.

Высокий воздушный взрыв применяется тогда, когда по условиям обстановки недопустимо радиоактивное заражение местности и требуется обеспечить разрушение на большой площади.

Наземный взрыв на поверхности земли или воды. Светящаяся область касается поверхности земли и имеет вид полусферы. Применяется для поражения объектов, состоящих из сооружений большой прочности, и войск, находящихся в прочных укрытиях, создается сильное радиоактивное заражение местности.

Подземный взрыв, произведенный под землей (водой), осуществляется при заблаговременной установке ядерного боеприпаса (ядерного фугаса). Применяется с целью создания заграждений, а также для разрушения особо прочных подземных сооружений (поражения подводных лодок, надводных кораблей).

При воздушном ядерном взрыве радиоактивное облако имеет более светлый вид, шапка ядерного гриба, поднимающаяся в эпицентре взрыва, как бы не соединена с пылевым столбом.

При наземном взрыве в эпицентре взрыва поднимается мощный пылевой столб, грибовидное облако имеет темный вид. В этом их коренные различия, которые необходимо знать каждому военнослужащему.

Поражающие факторы ядерного взрыва.

В процессе развития физических явлений, сопровождающих ядерный взрыв, возникают поражающие факторы:

-ударная волна;

-световое излучение;

-проникающая радиация;

-электромагнитный импульс;

-создается радиоактивное заражение местности и объектов

Ударная волна

Ударная волна – это область сильного сжатия среды, распространяющаяся

во все стороны от центра взрыва со сверхзвуковой скоростью. На нее приходится 50 процентов всей энергии взрыва.

При взрыве образуются газообразные продукты, которые в начальный момент имеют высокую температуру и сжаты до давления около 200 тысяч атмосфер. Стремясь расшириться, газообразные продукты взрыва оказывают резкое давление на окружающую среду, происходит удар по окружающим слоям, которые сжимаются и вследствие этого нагреваются.

Резкий скачок уплотнений на передней границе создает, так называемый фронт ударной волны, характеризующийся максимальным давлением в ударной волне.

Внешний слой – зона сжатия, внутренний – зона заражения. Параметры ударной полны:

-избыточное давление во фронте;

-скорость распространения фронта;

-скорость воздуха во фронте;

-плотность воздуха во фронте;

-температура воздуха во фронте;

-скоростной напор;

-время действий ударной волны.

Ударная волна воздействует на объект длительное6 время, и обладает большой разрушительной силой. При подходе волны к какой-нибудь точке пространства в ней мгновенно повышается давление и температура, а воздух начинает двигаться в направлении распространения ударной волны.

Скорость движения ударной волны

Первые 1000 м -2 сек;

2000 м -5 сек;

3000 м -8 сек

При прохождении фронта ударной волны образуются очень сильные скоротечные ветровые потоки воздуха. Максимальная скорость воздуха в ударной волне может достигать вблизи эпицентра несколько сот км/час. Даже на расстоянии 10 км, от места взрыва (мощностью 1 мгт) максимальная скорость воздуха в ударной волне достигает 110 км/час

Классификация ядерных боеприпасов

Ядерное оружие

Я́дерное ору́жие — совокупность ядерных боеприпасов, средств их доставки к цели и средств управления. Относится к оружию массового поражения (наряду с биологическим и химическим оружием).

Ядерный боеприпас — взрывное устройство, использующее ядерную энергию — энергию, высвобождающуюся в результате лавинообразно протекающей цепной ядерной реакции деления тяжёлых ядер и/или термоядерной реакции синтеза лёгких ядер.

Действие ядерного оружия основано на использовании энергии взрыва ядерного взрывного устройства, высвобождающейся в результате неуправляемой лавинообразно протекающей цепной реакции деления тяжёлых ядер и/или реакции термоядерного синтеза.

Ядерные взрывы могут быть следующих видов:

· 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 ядерного взрыва:

· ударная волна

· световое излучение

· проникающая радиация

· радиоактивное заражение

· электромагнитный импульс (ЭМИ)

Соотношение мощности воздействия различных поражающих факторов зависит от конкретной физики ядерного взрыва. Например, для термоядерного взрыва характерны более сильные чем у т.н. атомного взрыва световое излучение, гамма-лучевой компонент проникающий радиации, но значительно более слабые корпускулярный компонент проникающей радиации и радиоактивное заражение местности.

Люди, непосредственно подвергшиеся воздействию поражающих факторов ядерного взрыва, кроме физических повреждений, которые зачастую являются фатальными для человека, испытывают мощное психологическое воздействие от ужасающего вида картины взрыва и разрушений. Электромагнитный импульс (ЭМИ) непосредственного влияния на живые организмы не оказывает, но может нарушить работу электронной аппаратуры (ламповая электроника и фотонная аппаратура сравнительно нечувствительны к воздействию ЭМИ).

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 тяжёлых ядер (урана-235 или плутония) с образованием более лёгких элементов

· термоядерные (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 тяжёлых ядер, а на второй реакции деления и термоядерного синтеза используются в различных пропорциях, в зависимости от типа и настройки боеприпаса

Мощность ядерного заряда измеряется в тротиловом эквиваленте — количестве тринитротолуола, которое нужно взорвать для получения той же энергии. Обычно его выражают в килотоннах (кт) и мегатоннах (Мт). Тротиловый эквивалент условен: во-первых, распределение энергии ядерного взрыва по различным поражающим факторам существенно зависит от типа боеприпаса, и, в любом случае, сильно отличается от химического взрыва. Во-вторых, просто невозможно добиться полного сгорания соответствующего количества химического взрывчатого вещества.

Принято делить ядерные боеприпасы по мощности на пять групп:

· сверхмалые (менее 1 кт)

· малые (1 — 10 кт)

· средние (10 — 100 кт)

· крупные (большой мощности) (100 кт — 1 Мт)

· сверхкрупные (сверхбольшой мощности) (свыше 1 Мт)

Варианты детонации ядерных боеприпасов

Пушечная схема

«Пушечная схема» использовалась в некоторых моделях ядерного оружия первого поколения. Суть пушечной схемы заключается в выстреливании зарядом пороха одного блока делящегося материала докритической массы («пуля») в другой — неподвижный («мишень»).

Классическим примером пушечной схемы является бомба «Малыш» («Little Boy»), сброшенная на Хиросиму 6 августа 1945 г.

Имплозивная схема

Имплозивная схема детонации использует обжатие 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 высокой точностью. 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). Создание подобной системы расположения взрывчатки и подрыва являлось в своё время одной из наиболее сложных и трудоёмких задач. Для её решения потребовалась выполнить гигантский объём сложных вычислений по гидро- и газодинамике.

Вторая из применённых атомных авиабомб — «Толстяк» («Fat Man»), — сброшенная на Нагасаки 9 августа 1945 года, была исполнена по такой же схеме.

Дата добавления: 2016-12-27; просмотров: 5602;

Основной частью ядерного боеприпаса является ядерный заряд, содержащий ядерное взрывчатое вещество. Поражающее действие ядерного оружия основано на использовании внутриядерной энергии, выделяющейся при ядерном взрыве.Внутриядерная энергия, выделяется при цепных реакциях.В ядерных боеприпасах используются реакции двух типов:
— реакция деления изотопов тяжелых элементов урана-235 и плутония-239;
— реакция синтеза тяжелых изотопов водорода (дейтерия и трития) и лития.

Взрыв ядерного боеприпаса происходит за миллионные доли секунды, при этом выделяется колоссальное количество энергии. Температура повышается до нескольких миллионов градусов, а давление достигает миллиардов атмосфер. Высокие температура и давление вызывают световое излучение и мощную ударную волну.

Наряду с этим взрыв ядерного боеприпаса сопровождается испусканием проникающей радиации, состоящей из потока нейтронов и гамма-квантов. Облако взрыва содержит огромное количество радиоактивных продуктов-осколков деления ядерного взрывчатого вещества, которые выпадают по пути движения облака, в результате чего происходит радиоактивное заражение местности, воздуха и объектов.
Неравномерное движение электрических зарядов в воздухе, возникающее под действием ионизирующих излучений, приводит к образованию электромагнитного импульса. Все эти перечисленные факторы являются основными поражающими факторами ядерного взрыва. С точки зрения распределения энергии при ядерном взрыве поражающие факторы распределяюся следующим образом:

  • ударная волна (50% энергии взрыва);
  • световое излучение (30-35% энергии взрыва);
  • проникающая радиация (8-10% энергии взрыва);
  • радиоактивное заражение (3-5% энергии взрыва);
  • электромагнитный импульс (0, 5-1 % энергии взрыва).
  • рентгеновское излучение.

По способу получение внутриядерной энергии ядерные боеприпасы делятся на три категории:

  • основанные на ядерной реакции деления ядер атомов тяжелых элементов (урана-235 или плутония-239).
  • основанные на ядерной реакции синтеза (соединения) ядер легких элементов.
  • ядерные боеприпасы комбинированного типа.

Ядерная реакция деления ядер атомов тяжелых элементов

Основными элементами ядерного боеприпаса, принцип работы которого основан на делении ядер атомов тяжелых элементов, являются ядерный заряд, взрывающее устройство и прочная оболочка В качестве ядерного заряда используется специально приготовленный урап-235 или плутоний-239.

Заряд ядерной бомбы состоит из двух или нескольких частей ядерного горючего (каждая из которых менее критической массы), расположенных отдельно друг от друга. Для осуществления взрыва используется заряд обычного взрывчатого вещества, который способствует быстрому обжатию ядерного заряда до критических размеров в массу, равной критической. Вследствие этого происходит цепная ядерная реакция, результатом которой является взрыв.

Ядерная реакция синтеза (соединения) ядер легких элементов

В отличие от деления ядер тяжелых элементов реакция соединения ядер легких элементов может протекать только при очень высоких температурах, измеряемых миллионами и даже десятками миллионов градусов. Это обусловлено тем, что только при таких сверхвысоких температурах энергия движущихся ядер становится настолько большой, что обеспечивает их соединение. Такие ядерные реакции происходящие при очень высоких температурах, называются термоядерными. Единственным источником сверхвысоких температур в настоящее время является ядерный изрыв.
Боеприпасы, в которых используются термоядерные реакции называются (водородными).

Термоядерный боеприпас (бомба) имеет прочную металлическую оболочку, в которую помещается запас водородного горючего, содержащего дейтерий, тритий и ядерный заряд. В момент ядерного взрыва развивается сверхвысокая температура, при которой происходит изрыв и водородного горючего. Так как для термоядерных боеприпасов не существует критической массы, то мощность их принципиально не имеет ограничения. Вес таких боеприпасов может достигать нескольких тонн.

Ядерные боеприпасы комбинированного типа

Это водородные боеприпасы, оболочка которых делается из природного урана-238. Реакция в таких боеприпасах происходит по схеме: деление — синтез — деление. В этом случае образующиеся при синтезе ядер нейтроны большой энергии вызывают и деление ядер оболочки. Это значительно увеличивает поражающее действие термоядерных боеприпасов.

Нейтронное оружие считается одной из разновидностей ядерного оружия. Представляет собой малогабаритный термоядерный заряд мощностью не более 10 тыс.т., у которого основная доля энергии выделяется за счет реакций синтеза дейтерия и трития, а количество энергии, получаемой в результате деления тяжелых ядер в детонаторе, минимально, но достаточно для начала реакции синтеза.
Основное поражающее действие такого вида оружия составляет проникающая радиация, даже при относительно небольшой мощности ядерного взрыва. Для нейтронного боеприпаса на одинаковом расстоянии от эпицентра взрыва доза проникающей радиации примерно в 5-10 раз больше, чем для заряда деления той же мощности.

Классификация ядерного оружия по мощности

Мощность ядерного оружия (ядерных боеприпасов) исчисляется в тротиловом эквиваленте. В зависимости от его величины ядерное оружие делится на пять групп:

  • сверхмалое (до 1 кт),
  • малое (1 — 10 кт),
  • среднее (10 — 100 кт),
  • крупное (100 — 1000 кт),
  • сверхкрупное (свыше 1000 кт)..
  • Ядерный взрыв в космосе, на земле и под землей. М., 1974.
  • Харитон Ю. Б. и др. О создании советской водородной (термоядерной) бомбы // УФН. 1996. № 2.
  • Ядерные испытания СССР. Общие характеристики, цели, организация. М., 1997.

3.1.1. Ядерное оружие. Ядерные боеприпасы. Виды ядерных боеприпасов

Ядерное оружие (ЯО) — оружие массового поражения взрывного действия, основанное на использовании внутриядерной энергии, выделяющейся при цепных реакциях деления тяжелых ядер некоторых изотопов урана и плутония или термоядерных реакциях синтеза легких ядер — изотопов водорода (дейтерия и трития) — в более тяжелые, например, ядра изотопов гелия.
Это оружие включает:
— различные ядерные боеприпасы (боевые части ракет и торпед, авиационные и глубинные бомбы;
— артиллерийские снаряды и мины, снаряженные ядерными зарядными устройствами);
— средства управления ими и доставки к цели.
Ядерное оружие на настоящий момент является самым мощным оружием массового поражения, обладающим такими поражающими факторами, как:
— ударная волна;
— световое излучение;
— проникающая радиация;
— радиоактивное заражение;
— электромагнитный импульс.
Поражающее действие того или иного ядерного взрыва зависит от:
— мощности использованного боеприпаса;
— вида взрыва;
— типа ядерного заряда.
Мощность ядерного взрыва принято характеризовать тротиловым эквивалентом. Это означает, что если мощность какого-либо ядерного взрыва равна 20 тыс. т, то при данном ядерном взрыве выделяется такая же энергия, как и при взрыве 20 тыс. т. обычного взрывчатого вещества, такого как тринитротолуола. Ядерные боеприпасы всех типов, в зависимости от мощности, подразделяются на:
— сверхмалые (менее 1 тыс.т);
— малые (1-10 тыс.т);
— средние (10-100 тыс. т);
— крупные (100-1000 тыс. т);
— сверхкрупные (более 1000 тыс. т).
Источником энергии ядерного взрыва являются процессы, происходящие в ядрах атомов химических элементов. При различных превращениях ядер — разделении тяжелых ядер на части (осколки) или соединении легких ядер — за малый промежуток времени освобождается огромное количество энергии, называемой ядерной энергией. Иногда, в зависимости от типа заряда, употребляют более узкие понятия:
— атомное (ядерное) оружие (устройства, в которых используются цепные реакции деления);
— термоядерное оружие (основанное на цепной реакции синтеза);
— комбинированные заряды;
— нейтронное оружие.
В качестве ядерного заряда в атомных боеприпасах используется плутоний-239, уран-235 и уран-233. Деление атомных ядер радиоактивных химических элементов может происходить самопроизвольно или при воздействии на них различных элементарных частиц.
В ядерных боеприпасах ядра атомов вещества делятся при помощи нейтронов, которые сравнительно легко проникают в ядро атомов, не преодолевая электрические силы отталкивания. При массе заряда большей его критической массы в миллионные доли секунды протекает цепная ядерная реакция деления атомных ядер, сопровождающаяся выделением огромного количества энергии.
Критическая масса зависит от вида делящего вещества, его чистоты и плотности, а также формы заряда. Критическая масса урана-233 и плутония-239 при нормальной плотности и чистоте 93,5 % составляет около 17 кг, а урана-235 — 48 кг. Критическая масса уменьшается обратно пропорционально квадрату плотности делящегося вещества.
Основными частями ядерного боеприпаса являются:
— ядерное зарядное устройство (ядерный заряд);
— блок подрыва с предохранителями и источниками питания;
— корпус боеприпаса.
В составе ядерного заряда находится главная часть — ядерное взрывчатое вещество. Существуют два способа осуществления ядерного взрыва.
Первый из них состоит в том, чтобы два или несколько подкритических кусков ядерного взрывчатого вещества (ЯВВ) быстро соединить в один, размеры и масса которого больше критических. Для этого используется выстрел одной частью заряда в другую его часть, закрепленную в противоположном конце металлического цилиндра. Такие боеприпасы называют боеприпасами «пушечного типа» (рис. 2).

Рис. 2. Ядерный боеприпас «пушечного типа»:

1- детонатор;
2 — заряд взрывчатого вещества;
3 — отражатель нейтронов;
4 — ядерное взрывчатое вещество;
5 — источник нейтронов;
6 — корпус
Второй способ заключается в сильном обжатии подкритической массы (Крр<1) ЯВВ, что повышает плотность вещества заряда в несколько раз и переводит систему в надкритическое состояние (Крр>1), так как критическая масса обратно пропорциональна квадрату плотности вещества.

Необходимое для этого обжатие можно получить путем взрыва обычных взрывчатых веществ, окружающих со всех сторон сферический заряд с ЯВВ. Направленная внутрь взрывная волна от обычных взрывчатых веществ сжимает сферический заряд ЯВВ, что способствует развитию цепной реакции деления. Такой способ называется имплозивным (рис. 3).

Рис. 3. Ядерный боеприпас имплозивного типа:

1 — детонатор;
2 — заряд ВВ;
3 — отражатель нейтронов;
4 — ЯВВ;
5 — источник нейтронов;
6 — корпус
В термоядерных боеприпасах используются ядерные реакции синтеза атомных ядер легких элементов дейтерия и трития. Поскольку для протекания реакции синтеза необходима температура в десятки миллионов градусов, то в качестве инициирующего устройства в термоядерных боеприпасах используются ядерные заряды деления. Взрывная реакция деления вызывает нагрев термоядерного горючего, в результате чего происходит интенсивная реакция соединения ядер атомов дейтерия и трития, сопровождающаяся выделение огромного количества энергии. Применение дейтерида лития 3LiD в качестве термоядерного горючего позволяет отказаться от использования в подобных боеприпасах дорогостоящего радиоактивного трития.
Принципиальная схема устройства термоядерного боеприпаса (водородной бомбы) приведена на рис 4.

Рис. 4. Схема устройства термоядерного боеприпаса типа «деление-синтез»:

1 — ядерный детонатор;
2 — заряд дейтерида лития;
3 — корпус
Первой фазой взрыва такого боеприпаса является деление урана (плутония), находящегося в ядерном детонаторе. При взрыве ядерного детонатора испускаются нейтроны и рентгеновское излучение, которые облучают, а возникшая ударная волна обжимает заряд дейтерида лития. Образование трития и резкое повышение температуры инициируют термоядерную реакцию в боеприпасе (вторая фаза взрыва), в результате которой происходит соединение ядер дейтерия и трития. При этом 70% полного количества энергии, выделившейся в ходе протекания реакции синтеза, уносится быстрыми нейтронами, 20 % — ядрами атомов гелия и 2 % — гамма- квантами.
Если корпус заряда изготовить из природного U-238, то быстрые нейтроны могут вызвать деление ядер U-238. Это будет третья фаза взрыва. Такие боеприпасы, основанные на принципе «деление-синтез- деление», называют трехфазными или комбинированными. Таким образом могут создаваться различные ядерные заряды: однофазные, двухфазные и трехфазные, которые отличаются друг от друга не только мощностью взрыва, но и характером поражающего воздействия.

Так, с увеличением коэффициента термоядерности, равного отношению количества энергии, выделившейся за счет реакции синтеза, к общему количеству энергии взрыва данной мощности, уменьшается выход радиоактивных продуктов на единицу мощности, а, следовательно, уменьшаются масштабы радиоактивного заражения.
Развитие ядерного оружия привело к созданию нейтронных боеприпасов.
Нейтронный боеприпас (рис.5) представляет собой термоядерный заряд мощностью не более 10 тыс.т, у которого основная доля энергии выделяется за счет реакции синтеза ядер дейтерия и трития, а количество энергии, получаемой в результате деления тяжелых ядер в детонаторе, минимально, но достаточно для начала реакции синтеза. Нейтронная составляющая проникающей радиации малого по мощности ядерного взрыва будет оказывать основное поражающее воздействие на население. Так, для нейтронного боеприпаса на одинаковом расстоянии от эпицентра взрыва доза проникающей радиации примерно в 5-10 раз больше, чем для заряда деления той же мощности.

Рис.5. Схема устройства нейтронного боеприпаса «пушечного» типа:

1 — корпус боеприпаса;
2 — смесь дейтерия и трития;
3 — отражатель нейтронов;
4 — заряд Pu-239;
5 — заряд ВВ;
6 — детонатор;
7 — источник нейтронов

Добавить комментарий

Закрыть меню