Ядерное оружие, виды ядерных боеприпасов, средства их применения. Типы ядерных взрывов

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»

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).

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.

Ядерный взрыв (ЯВ) - это процесс быстрого освобождения большого количества внутриядерной энергии в ограниченном объеме. Для ЯВ характерными являются чрезвычайно высокая концентрация выделяющейся энергии, в десятки раз превышающая концентрацию энергии при взрыве обычных взрывчатых веществ, и весьма малое время ее выделения: от нескольких наносекунд до десятков наносекунд (нано - 10 -9).
Взрывы ядерных боеприпасов могут производиться в воздухе на различной высоте, на поверхности земли (воды), а также под землей (водой). В зависимости от этого ядерные взрывы принято разделять на следующие виды: высотный, воздушный, наземный, надводный, подземный и подводный.
Высотный взрыв - это взрыв выше границы тропосферы. Наименьшая высота высотного взрыва - 10 км. Такой взрыв применяется для поражения воздушных и космических целей (самолетов, головных частей крылатых ракет и др.), а наземные объекты, как правило, существенных разрушений не получают.
Воздушный взрыв производят на высоте от сотен метров до нескольких километров. Он сопровождается яркой вспышкой, быстро увеличивающимся в размерах и поднимающимся вверх огненным шаром, который через несколько секунд превращается в клубящееся темно-бурое облако. В это время к облаку с земли поднимается столб пыли, который принимает грибовидную форму. Максимальной высоты облако достигает через 10-15 мин. после взрыва, затем утрачивает свою форму и, двигаясь по направлению ветра, рассеивается.
При воздушном ядерном взрыве поражение людей и наземных объектов вызывается ударной волной, световым излучением и проникающей радиацией, радиоактивное заражение при этом практически отсутствует.
Наземный ядерный взрыв осуществляется непосредственно на поверхности земли или на такой высоте от нее, при которой светящаяся область касается поверхности земли и имеет форму полусферы. При этом в грунте образуется воронка, а облако взрыва, вовлекая в себя большое количество грунта, обусловливает сильное радиоактивное заражение местности. Наземный ядерный взрыв применяется для поражения сооружений большой прочности и для сильного радиоактивного заражения местности, так как радиус поражения ударной волной, световым излучением и проникающей радиацией меньше, чем при воздушном взрыве.
Подземный взрыв - взрыв, произведенный под землей. На месте взрыва образуется большая воронка, размеры которой больше, чем при наземном взрыве, и зависят от мощности заряда, глубины взрыва и типа грунта. Основным поражающим фактором подземного ядерного взрыва является волна сжатия, распространяющаяся в грунте в виде продольных и поперечных сейсмических волн, скорость которых зависит от состава грунта и может достигать 5-10 км/с. При этом подземные сооружения получают разрушения подобные разрушениям при землетрясениях. Наряду с этим образуется сильное радиоактивное заражение в районе взрыва и по направлению движения облака, а световое излучение и проникающая радиация поглощаются грунтом.
Надводный взрыв - взрыв на поверхности воды или на такой высоте, при которой светящаяся область касается поверхности воды.
Под действием ударной волны поднимается столб воды, а на ее поверхности в эпицентре взрыва образуется впадина, заполнение которой сопровождается расходящимися концентрическими волнами.
Вода и пар, образующийся под действием светового излучения, вовлекаются в облако взрыва, после остывания которого выпадают в виде радиоактивного дождя, вызывая сильное радиоактивное заражение прибрежной полосы местности и объектов, находящихся на суше и акватории.
При надводном взрыве основными поражающими факторами являются воздушная ударная волна и волны. При этом экранирующее действие большой массы водяного пара ослабляет световое излучение и проникающую радиацию.
Подводный взрыв - взрыв, произведенный под водой. При взрыве выбрасывается столб воды с грибовидным облаком (султаном), диаметр которого достигает нескольких сотен метров, а высота - нескольких километров. При оседании водяного столба у его основания образуется вихревое кольцо радиоактивного тумана из капель и водяных брызг (базисная волна).
Основным поражающим фактором подводного взрыва является ударная волна в воде, распространяющаяся со скоростью около 1500 м/с. Радиоактивное заражение обусловлено наличием радиоактивного дождя, выпадающего из облаков, образованных из взрывного султана и базисной волны. При этом световое излучение и проникающая радиация поглощаются толщей воды и водяными парами.