Федеральное агентство по образованию
ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ(ТУСУР)
Кафедра радиоэлектронных технологий и экологического мониторинга (РЭТЭМ)
Курсовая работа
По дисциплине «ТГ и В»
Ядерное оружие: история создания,устройство и поражающие факторы
Студент гр.227
Толмачёв М.И.
Руководитель
Преподаватель кафедры РЭТЭМ,
Хорев И.Е.
Томск 2010 г.
Реферат
Курсовая работа ___ стр., 11 рисунков, 6 источников.
В данном курсовом проекте рассмотрены ключевые моменты в историисоздания ядерного оружия. Показаны основные виды и характеристики атомных снарядов.
Приведена классификация ядерных взрывов. Рассмотрены различныеформы выделения энергии при взрыве; виды её распространения и действия на человека.
Изучены реакции, протекающие во внутренних оболочках ядерныхснарядов. Подробно описаны поражающие факторы ядерных взрывов.
Курсовая работа выполнена в текстовом редакторе Microsoft Word2003
Содержание
Введение
1. История создания и развития ядерного оружия
2. Атомное оружие — оружие массовогопоражения
2.1 Ядерное оружие
2.2 Виды ядерных зарядов
2.3 Мощность ядерных боеприпасов
2.4 Поражающие факторы ядерного взрыва
2.4.1 Ударная волна
2.4.2 Световое излучение
2.4.3 Проникающая радиация
2.4.4 Радиоактивное заражение
2.4.5 Электромагнитный импульс
2.5 Виды ядерных взрывов
3 Устройство и принцип действия ядерного оружия
3.1 Основные элементы ядерныхбоеприпасов
3.2 Строение ядерной бомбы
3.3 Устройство термоядерной бомбы
3.4 Нейтронная бомба
Заключение
ЛитератураВведение
Строение электронной оболочкибыло достаточно изучено к концу XIX века, но знаний о строении атомного ядра былоочень мало, и к тому же, они были противоречивы.
В 1896 году было открыто явление,получившее название радиоактивности (от латинского слова «радиус» — луч).Это открытие сыграло важную роль в дальнейшем излучении строения атомных ядер. МарияСклодовская-Кюри и Пьер
Кюри установили, что, кроме урана,еще торий, полоний и химические соединения урана с торием обладает таким же излучением,что и уран.
Продолжая исследования, они выделилив 1898 году из урановой руды вещество в несколько миллионов раз более активное,чем уран, и назвали его радием, что значит лучистый. Вещества, обладающие излучениемподобно урану или радию, получили название радиоактивных, а само явление стали называтьрадиоактивностью.
В XX веке наука сделала радикальныйшаг в изучении радиоактивности и применении радиоактивных свойств материалов.
В настоящее время 5 стран имеютв своём вооружение ядерное оружие: США, Россия, Великобритания, Франция, Китай ив ближайшие годы этот список пополниться.
Сейчас трудно оценить роль ядерногооружия. С одной стороны, это мощное средство устрашения, с другой — самый эффективныйинструмент укрепления мира и предотвращения военного конфликтами между державами.
Задачи, стоящие перед современнымчеловечеством — не допустить гонку ядерного вооружения ведь научные знания могутслужить и гуманным, благородным целям.
1. История создания и развития ядерного оружия
В 1905 Альберт Эйнштейн издалсвою специальную теорию относительности. Согласно этой теории, соотношение междумассой и энергией выражено уравнением E = mc2, которое значит, что даннаямасса (m) связана с количеством энергии (E) равной этой массе, умноженной на квадратскорости света (c). Очень малое количество вещества эквивалентно к большому количествуэнергии. Например, 1 кг вещества, преобразованного в энергию был бы эквивалентенэнергии, выпущенной, при взрыве 22 мегатонн тротила.
В 1938 г, в результате экспериментов немецким химикам Отто Хана и Фритца Страссманна, удается разбить атомурана на две приблизительно равных части при помощи бомбардировки урана нейтронами.Британский физик Роберт Фриш, объяснил как при делении ядра атома выделяется энергия.
В начале 1939 года французскийфизик Жолио-Кюри сделал вывод, что возможна цепная реакция, которая приведет к взрывучудовищной разрушительной силы и что уран может стать источником энергии, как обычноевзрывное вещество.
Это заключение стало толчком дляразработок по созданию ядерного оружия. Европа была накануне Второй мировой войны,и потенциальное обладание таким мощным оружием подталкивало на быстрейшее его создание,но тормозом стала проблема наличия большого количества урановой руды для широкомасштабныхисследований.
Над созданием атомного оружиятрудились физики Германии, Англии, США, Японии, понимая, что без достаточного количестваурановой руды невозможно вести работы. США в сентябре 1940 года закупили большоеколичество требуемой руды по подставным документам у Бельгии, что и позволило имвести работы над созданием ядерного оружия полным ходом.
ядерное оружие взрыв снаряд
Перед началом Второй мировой войныАльберт Эйнштейн написал письмо президенту США Франклину Рузвельту. В нем якобыговорилось о попытках нацистской Германии очистить Уран-235, что может привестиих к созданию атомной бомбы. Сейчас стало известно, что германские учёные были оченьдалеки от проведения цепной реакции. В их планы входило изготовление «грязной»,сильно радиоактивной бомбы.
Как бы то ни было, правительствомСоединённых Штатов было принято решение — в кратчайшие сроки создать атомную бомбу.Этот проект вошел историю как «Manhattan Project». Следующие шесть лет,с 1939 по 1945, на проект Манхэттен было потрачено более двух биллионов долларов.В Oak Ridge, штат Теннеси, был построен огромный завод по очистке урана. Был предложенспособ очистки в котором газовая центрифуга отделяла легкий Уран-235 от более тяжелогоУрана-238.
На территории Соединенных Штатов,в пустынных просторах штата Нью-Мексико, в 1942 году был создан американский ядерныйцентр. Над проектом работало множество учёных, главным же был Роберт Оппенгеймер.Под его началом были собраны лучшие умы того времени не только США и Англии, нопрактически всей Западной Европы. Над созданием ядерного оружия трудился огромныйколлектив, включая 12 лауреатов Нобелевской премии. Работа в лаборатория, не прекращаласьни на минуту.
В Европе тем временем шла Втораямировая война, и Германия проводила массовые бомбардировки городов Англии, что подвергалоопасности английский атомный проект “Tub Alloys”, и Англия добровольно передалаСША свои разработки и ведущих ученых проекта, что позволило США занять ведущее положениев развитии ядерной физики (создания ядерного оружия).
16 июля 1945 года, яркая вспышкаозарила небо над плато в горах Джемеза на севере от Нью-Мехико. Характерное облакорадиоактивной пыли, напоминающее гриб, поднялось на 30 тысяч футов. Все что осталосьна месте взрыва — фрагменты зеленого радиоактивного стекла, в которое превратилсяпесок. Так было положено начало атомной эре.
К лету 1945 года американцам удалосьсобрать две атомные бомбы, получившие названия «Малыш» и «Толстяк».Первая бомба весила 2722 кг и была снаряжена обогащенным Ураном-235. «Толстяк»с зарядом из Плутония-239 мощностью более 20 кт имела массу 3175 кг.
Утром 6 августа 1945 г. над Хиросимой была сброшена бомба «Малыш».9 августа еще одна бомба была сброшена надгородом Нагасаки. Общие людские потери и масштабы разрушений от этих бомбардировокхарактеризуются следующими цифрами: мгновенно погибло от теплового излучения (температураоколо 5000 градусов С) и ударной волны — 300 тысяч человек, еще 200 тысяч получилиранение, ожоги, облучились. На площади 12 кв.км были полностью разрушены все строения.Эти бомбардировки потрясли весь мир.
Считается, что эти 2 события положилиначало гонке ядерных вооружений.
Но уже 1946 году в СССР были открытыи сразу же стали разрабатываться крупные месторождения урана более высокого качества.В районе г. Семипалатинска был построен испытательный полигон. А 29 августа 1949года на этом полигоне было подорвано первое советское ядерное устройство под кодовымназванием «РДС-1». Событие, происшедшее на Семипалатинском полигоне, известиломир о создании в СССР ядерного оружия, что положило конец американскому монополизмуна владение новым для человечества оружием.
2. Атомное оружие — оружие массового поражения2.1 Ядерное оружие
Ядерное или атомное оружие — оружиевзрывного действия, основанного на использовании ядерной энергии, освобождающейсяпри цепной ядерной реакции деления тяжёлых ядер или термоядерной реакции синтезалёгких ядер. Относится к оружию массового поражения (ОМП) наряду с биологическими химическим.
Ядерный взрыв — это процесс мгновенноговыделения большого количества внутриядерной энергии в ограниченном объеме.
Центр ядерного взрыва — точка,в которой происходит вспышка или находится центр огненного шара, а эпицентром — проекцию центра взрыва на земную или водную поверхность.
Ядерное оружие является самыммощным и опасным видом оружия массового поражения, угрожающим всему человечествуневиданными разрушениями и уничтожением миллионов людей.
Если взрыв происходит на землеили довольно близко от ее поверхности, то часть энергии взрыва передается поверхностиЗемли в виде сейсмических колебаний. Возникает явление, которое по своим особенностямнапоминает землетрясение. В результате такого взрыва образуются сейсмические волны,которые через толщу земли распространяется на весьма большие расстояния. Разрушительноедействие волны ограничивается радиусом в несколько сот метров.
В результате чрезвычайно высокойтемпературы взрыва возникает яркая вспышка света, интенсивность которой в сотнираз превосходит интенсивность солнечных лучей, падающих на Землю. При вспышке выделяетсяогромное количество тепла и света. Световое излучение вызывает самовозгорание воспламеняющихсяматериалов и ожоги кожи у людей в радиусе многих километров.
При ядерном взрыве возникает радиация.Она продолжается около минуты и обладает настолько высокой проникающей способностью,что для защиты от нее на близких расстояниях требуются мощные и надежные укрытия
По данным дважды лауреата Нобелевскойпремии Лайнуса Полинга, еще в 1964 г. общие запасы ядерных боеприпасов составляли320 миллионов тонн тротилового эквивалента, то есть около 100 тонн тротила на каждогочеловека земного шара. С тех пор эти запасы, вероятно, еще более возросли.
Сейчас же количество боеголовокпо данным «Бюллетеня ядерных испытаний»:
/>
Причём данные по США и Россиина 2002-2009 г. г. включают только боеприпасы на развёрнутых стратегических носителях;оба государства располагают также значительным количеством тактического ядерногооружия, которое трудно поддаётся оценке.
2.2 Виды ядерных зарядов
Все ядерные боеприпасы могут бытьразделены на категории:
1. Атомные заряды
Действие атомного оружия основываетсяна реакции деления тяжелых ядер (уран-235, плутоний-239 и, в отдельных случаях,уран-233).
Уран — очень тяжёлый, серебристо-белый глянцеватый металл.В чистом виде он немного мягче стали, ковкий, гибкий, обладает небольшими парамагнитнымисвойствами.
Уран-235 используют в ядерноморужии потому, что в отличие от наиболее распространённого изотопа урана-238, внём возможна самоподдерживающаяся цепная ядерная реакция.
Плутоний — очень тяжелый серебристый металл, блестящий подобно никелю,когда только что очищен.
Это крайне электроотрицательный,химически активный элемент. Вследствие своей радиоактивности, плутоний теплый наощупь. Чистый изотоп плутония-239 гораздо горячее тела человека.
Плутоний-239 также называют«оружейным плутонием», т.к. он предназначен для создания ядерного оружияи содержание изотопа 239Pu должно быть не менее 93,5 %.
Атомы плутония образуются в результатецепи атомных реакций, начинающихся с захвата нейтрона атомом урана-238. Чтобы получатьплутоний в достаточном количестве, нужны сильнейшие нейтронные потоки. Такие какраз создаются в атомных реакторах. В принципе, любой реактор является источникомнейтронов, но для промышленного производства плутония естественно использовать специальноразработанных для этого.
Цепная реакция деления развиваетсяне в любом количестве делящегося вещества, а лишь только в определенной для каждоговещества массе. Наименьшее количество делящегося вещества, в котором возможна саморазвивающаясяцепная ядерная реакция, называют критической массой. Уменьшение критической массыбудет наблюдаться при увеличении плотности вещества.
Делящееся вещество в атомном заряденаходится в подкритическом состоянии. По принципу его перевода в надкритическоесостояние атомные заряды делятся на пушечные и имплозивного типа.
В зарядах пушечного типа две иболее частей делящегося вещества, масса каждой из которых меньше критической, быстросоединяются друг с другом в надкритическую массу в результате взрыва обычного взрывчатоговещества (выстреливания одной части в другую). При создании зарядов по такой схеметрудно обеспечить высокую надкритичность, вследствие чего его коэффициент полезногодействия невелик. Достоинством схемы пушечного типа является возможность созданиязарядов малого диаметра и высокой стойкости к действию механических нагрузок, чтопозволяет использовать их в артиллерийских снарядах и минах.
В зарядах имплозивного типа делящеесявещество, имеющее при нормальной плотности массу меньше критической, переводитсяв надкритическое состояние повышением его плотности в результате обжатия с помощьювзрыва обычного взрывчатого вещества. В таких зарядах предоставляется возможностьполучить высокую надкритичность и, следовательно, высокий коэффициент полезногоиспользования делящегося вещества.
Нередко боеприпасы этого типаназываются однофазными или одноступенчатыми, т.к. при взрыве происходит только одинвид ядерной реакции.
2. Термоядерные заряды
В просторечии часто называют водородныморужием. Основное энерговыделение которого происходит при термоядерной реакции- синтезе тяжёлых элементов из более лёгких. В качестве запала для термоядернойреакции используется обычный ядерный заряд. Его взрыв создаёт температуру в несколькомиллионов градусов, при которой начинается реакция синтеза. В качестве термоядерногогорючего используется обычно дейтрид лития-6 (твердое вещество, представляющее собойсоединение лития-6 и дейтерия). Реакция синтеза отличается колоссальным энерговыделением,поэтому водородное оружие превосходит атомное по мощности примерно на порядок.
3. Нейтронные заряды
Нейтронный заряд представляетсобой особый вид термоядерного заряда малой мощности с повышенным нейтронным излучением.Как известно, при взрыве ядерного боеприпаса ударная волна несет около 50% энергии,а проникающая радиация не более 5%. Предназначение ядерного заряда нейтронного типазаключается в том, чтобы перераспределить соотношение поражающих факторов в пользупроникающей радиации, а точнее, потока нейтронов. Большая часть энергии взрыва приприменении нейтронного оружия образуется в результате ядерного синтеза тяжелыхизотопов водорода (дейтерия и трития) с выделением в окружающее пространство потокабыстрых нейтронов.
Обладая большой проникающей способностью,нейтронное оружие способнопоражать живую силу противника на значительном расстоянии от эпицентра ядерноговзрыва и в укрытиях. При этом в биологических объектах происходит ионизация живойткани, приводящая к нарушению жизнедеятельности отдельных систем и организма в целом,развитию лучевой болезни.
Поражающее действие нейтронногооружия на военную технику происходит за счет взаимодействия нейтронов и гамма-излученияс конструкционными материалами и радиоэлектронной аппаратурой, что приводит к появлению«наведенной» радиоактивности и, как следствие, нарушению функционированиявооружения и военной техники. Кроме того, при взрыве нейтронного снаряда ударнаяволна и световое излучение вызывают сплошные разрушения в радиусе 200-300 м.
Технология создания нейтронногооружия разработана в США, в 1981 г. Возможностью создания такого рода оружия обладаюттакже Россия и Франция.
2.3 Мощность ядерных боеприпасов
Ядерное оружие обладает колоссальноймощностью. При делении урана
массой порядка килограмма освобождаетсятакое же количество энергии, как
при взрыве тротила массой около20 тысяч тонн. Термоядерные реакции синтеза являются еще более энергоемкими.
Ядерные боеприпасы — боеприпасы,содержащие ядерный заряд.
Ядерными боеприпасами являются:
ядерные боевые части баллистических,зенитных, крылатых ракет и торпед;
ядерные бомбы;
артиллерийские снаряды, мины ифугасы.
Мощность взрыва ядерных боеприпасовпринято измерять в единицах тротилового эквивалента. Тротиловый эквивалент-это массатринитротолуола, которая обеспечила бы взрыв, по мощности эквивалентный взрыву данногоядерного боеприпаса. Обычно он измеряется в килотоннах (кТ) или в мегатоннах (МгТ).Тротиловый эквивалент условен, поскольку распределение энергии ядерного взрыва поразличным поражающим факторам существенно зависит от типа боеприпаса и, в любомслучае, сильно отличается от химического взрыва. Современные ядерные боеприпасыимеют тротиловый эквивалент от нескольких десятков тонн до нескольких десятков млн.тонн тротила.
В зависимости от мощности ядерныебоеприпасы принято делить на 5 калибров: сверхмалый (менее 1кТ), малый (от 1 до10 кТ), средний (от 10 до 100 кТ), крупный (от 100 кТ до 1 МгТ), сверхкрупный (свыше1 МгТ)
Термоядерными зарядами комплектуютсябоеприпасы сверхкрупного, крупного и среднего калибров; ядерными зарядами — сверхмалого,малого и среднего калибров, нейтронными зарядами комплектуются боеприпасы — сверхмалогои малого калибров.
2.4 Поражающие факторы ядерного взрыва
Ядерный взрыв способен мгновенноуничтожить или вывести из строя незащищенных людей, открыто стоящую технику, сооруженияи различные материальные средства. Основными поражающими факторами ядерного взрыва(ПФЯВ) являются:
ударная волна;
световое излучение;
проникающая радиация;
радиоактивное заражение местности;
электромагнитный импульс (ЭМИ).
При ядерном взрыве в атмосферераспределение выделяющейся энергии между ПФЯВ примерно следующее: около 50% на ударнуюволну, на долю светового излучения 35%, на радиоактивное заражение 10% и 5% на проникающуюрадиацию и ЭМИ.
2.4.1 Ударная волна
Ударная волна в большинстве случаевявляется основным поражающим фактором ядерного взрыва. По своей природе она подобнаударной волне вполне обычного взрыва, но действует более продолжительное время иобладает гораздо большей разрушительной силой. Ударная волна ядерного взрыва можетна значительном расстоянии от центра взрыва наносить поражения людям, разрушатьсооружения и повреждать боевую технику.
Ударная волна представляет собойобласть сильного сжатия воздуха, распространяющуюся с большой скоростью во все стороныот центра взрыва. Скорость распространения ее зависит от давления воздуха во фронтеударной волны; вблизи центра взрыва она в несколько раз превышает скорость звука,но с увеличением расстояния от места взрыва резко падает. За первые 2 сек. ударнаяволна проходит около 1000 м, за 5 сек — 2000 м, за 8 сек. — около 3000 м.
Поражающее действия ударной волнына людей и разрушающее действие на боевую технику, инженерные сооружения и материальныесредства прежде всего определяются избыточным давлением и скоростью движения воздухав ее фронте. Незащищенные люди могут, кроме того, поражаться летящими с огромнойскоростью осколками стекла и обломками разрушаемых зданий, падающими деревьями,а также разбрасываемыми частями боевой техники, комьями земли, камнями и другимипредметами, приводимыми в движение скоростным напором ударной волны. Наибольшиекосвенные поражения будут наблюдаться в населенных пунктах и в лесу; в этих случаяхпотери населения могут оказаться большими, чем от непосредственного действия ударнойволны. Поражения, наносимые ударной волной, подразделяются на
1) легкие,
2) средние,
3) тяжелые и
4) крайне тяжелые.
Избыточное давление DРФ, кПа Виды травм Последствия
20 — 40
(0.2-0.4/>) Лёгкие Скоропроходящие нарушения функций организма (звон в ушах, головокружение, общая лёгкая контузия, возможны ушибы).
40-60
(0.4 — 0.6/>) Средние Вывихи конечностей, контузия головного мозга, повреждение органов слуха, кровотечение из носа и ушей.
60-100
(0.6-1,0/>) Тяжёлые Сильные контузии всего организма, повреждения головного мозга, сильные кровотечения, переломы конечностей, возможны повреждения внутренних органов.
Более 100
(1,0/>) Крайне тяжёлые Переломы конечностей, внутренние кровотечения, сотрясение мозга, обычно со смертельным исходом
Степень поражения ударной волнойзависит прежде всего от мощности и вида ядерного взрыва. При воздушном взрыве мощностью20 кТ легкие травмы у людей возможны на расстояниях до 2,5 км, средние — до 2 км, тяжелые — до 1,5 км, крайне тяжелые — до 1,0 км от эпицентра взрыва. С ростом калибра ядерного боеприпаса радиусы поражения ударной волной растутпропорционально корню кубическому из мощности взрыва.
Гарантированная защита людей отударной волны обеспечивается при укрытии их в убежищах. В случае отсутствия убежищиспользуются естественные укрытия и рельеф местности.
При подземном взрыве возникаетударная волна в грунте, а при подводном — в воде. Ударная волна, распространяясьв грунте, вызывает повреждения подземных сооружений, канализации, водопровода; прираспространении ее в воде наблюдается повреждение подводной части кораблей, находящихсядаже на значительном расстоянии от места взрыва.
Применительно к гражданским ипромышленным зданиям степени разрушения характеризуются 1) слабым,
2) средним,
3) сильным и 4) полным разрушениями.
Слабое разрушение сопровождаетсяразрушением оконных и дверных заполнений и легких перегородок, частично разрушаетсякровля, возможны трещины в стенах верхних этажей. Подвалы и нижние этажи сохраняютсяполностью.
Среднее разрушение проявляетсяв разрушении крыш, внутренних перегородок, окон, обрушением чердачных перекрытий,трещинами в стенах. Восстановление зданий возможно при проведении капитальных ремонтныхработ.
Сильное разрушение характеризуетсяразрушением несущих конструкций и перекрытий верхних этажей, появлением трещин встенах. Использование зданий становится невозможным. Ремонт и восстановление зданийстановится нецелесообразным.
При полном разрушении обрушаютсявсе основные элементы здания, включая и несущие конструкции. Использовать такиездания невозможно, и, чтобы они не представляли опасность, их полностью обрушают.
Необходимо отметить способностьударной волны. Она может, как вода, «затекать» в закрытые помещения нетолько через окна и двери, но также через небольшие отверстия и даже щели. Это приводитк разрушению перегородок и оборудования внутри здания и поражению находящихся внем людей.
2.4.2 Световое излучение
Световое излучение ядерного взрывапредставляет собой поток лучистой энергии, включающей ультрафиолетовое, видимоеи инфракрасное излучение. Источником светового излучения является светящаяся область,состоящая из раскаленных продуктов взрыва и раскаленного воздуха. Яркость световогоизлучения в первую секунду в несколько раз превосходит яркость Солнца. Максимальнаятемпература светящейся области находится в пределах 8-10 тыс. оС.
Продолжительность светового излучениязависит от мощности и вида взрыва и может продолжаться до десятков секунд:
tСВ, с 0.2 Сверхмалое 1-2 Малое 2-5 Среднее 5-10 Крупное 20-40 Сверхкрупное
Поражающее действие световогоизлучения характеризуется световым импульсом. Световым импульсом называется отношениеколичества световой энергии к площади освещенной поверхности, расположенной перпендикулярнораспространению световых лучей. Единицей светового импульса является [Дж/м2]или [кал/см2].
Поглощенная энергия световогоизлучения переходит в тепловую, что приводит к разогреву поверхностного слоя материала.Нагрев может быть настолько сильным, что возможно обугливание или воспламенениегорючего материала и растрескивание или оплавление негорючего, что может привестик огромным пожарам. При этом действие светового излучения ядерного взрыва эквивалентномассированному применению зажигательного оружия.
Кожный покров человека также поглощаетэнергию светового излучения, за счет чего может нагреваться до высокой температурыи получать ожоги.
В первую очередь ожоги возникаютна открытых участках тела, обращенных в сторону взрыва. Если смотреть в сторонувзрыва незащищенными глазами, то возможно поражение глаз, приводящее к полной потерезрения.
Ожоги, вызываемые световым излучением,не отличаются от ожогов, вызываемых огнем или кипятком. Они тем сильнее, чем меньшерасстояние до взрыва и чем больше мощность боеприпаса. При воздушном взрыве поражающеедействие светового излучения больше, чем при наземном той же мощности. В зависимостиот воспринятой величины светового импульса ожоги делятся на четыре степени:
Световой импульс, /> Степень ожога Характеристика проявлений
80-160 (/>) 1 Болезненность, покраснение и припухлость кожи.
160-400 (/>) 2 Образование пузырей.
400-600 (/>) 3 Омертвление кожи с частичным поражением росткового слоя.
Более 600 (/>) 4 Обугливание кожи и подкожной клетчатки.
В туман, дождь или снегопад поражающеедействие светового излучения незначительно.
Защитой от светового излучениямогут служить различные предметы, создающие тень, но лучшие результаты достигаютсяпри использовании убежищ и укрытий.
2.4.3 Проникающая радиация
Проникающая радиация представляетсобой поток g квантов и нейтронов, испускаемых из зоны ядерного взрыва.gкванты и нейтроны распространяются во все стороны от центра взрыва. С увеличениемрасстояния от взрыва количество гамма квантов и нейтронов, проходящее через единицуповерхности, уменьшается. При подземном и подводном ядерных взрывов действие проникающейрадиации распространяется на расстояния, значительно меньшие, чем при наземных ивоздушных взрывах, что объясняется поглощением потока нейтронов и гамма квантовземлей и водой.
Зоны поражения проникающей радиациейпри взрывах ядерных боеприпасов средней и большой мощности несколько меньше зонпоражения ударной волной и световым излучением, но для боеприпасов с небольшим тротиловымэквивалентом (1000 тонн и менее), наоборот, зоны поражающего действия проникающейрадиацией превосходят зоны поражения ударной волной и световым излучением.
Поражающее действие проникающейрадиации определяется способностью гамма квантов и нейтронов ионизировать атомысреды, в которой они распространяются. Из-за очень сильного поглощения в атмосфере,проникающая радиация поражает людей только на расстоянии 2-3 км от места взрыва, даже для больших по мощности зарядов.
Проходя через живую ткань, гаммакванты и нейтроны ионизируют атомы и молекулы, входящие в состав клеток, которыеприводят к нарушению жизненных функций отдельных органов и систем. Под влияниемионизации в организме возникают биологические процессы отмирания и разложения клеток.В результате этого у пораженных людей развивается специфическое заболевание, называемоелучевой болезнью. Продолжительность действия проникающей радиации не превышает несколькихсекунд (»10-15с).
Для оценки ионизации атомов среды,а следовательно, и поражающего действия проникающей радиации на живой организм введенопонятие дозы облучения (или дозы радиации), единицей измерения которой являетсярентген (Р). Дозе радиации 1 рентген соответствует образование в одном кубическомсантиметре воздуха приблизительно 2 миллиардов пар ионов.
В зависимости от дозы излученияразличают четыре степени лучевой болезни: Поглощённая доза облучения, рад Степень лучевой болезни Длительность скрытого периода 100 — 200 1 — лёгкая 2-3 недели 200 — 350 2 — средняя неделя 350 — 600 3 — тяжёлая несколько часов Более 600 4 — крайне тяжёлая нет (летальная доза)
Защитой от проникающей радиациислужат различные материалы, ослабляющие поток гамма — и нейтронного излучений. Защитаоснована на физической способности различных материалов ослаблять интенсивностьрадиоактивных излучений. Чем тяжелее материал и толще его слой, тем надежнее защита.Так проникающую радиацию в момент ядерного взрыва способны ослаблять в 2 раза слойстали толщиной 3,8 см, бетона — 15, грунта — 19, воды — 38, снега — 50 см, дерева — 58.
2.4.4 Радиоактивное заражение
Радиоактивное заражение людей,боевой техники, местности и различных объектов при ядерном взрыве обусловливаетсяосколками деления вещества заряда (Pu-239, U-235) и не прореагировавшей частью заряда,выпадающими из облака взрыва, а также радиоактивные изотопы, образующиеся в грунтеи других материалах под воздействием нейтронов — наведённая активность. С течениемвремени активность осколков деления быстро уменьшается, особенно в первые часы послевзрыва. Так, например, общая активность осколков деления при взрыве ядерного боеприпасамощностью 20 кТ через один день будет в несколько тысяч раз меньше, чем через однуминуту после взрыва.
При взрыве ядерного боеприпасачасть вещества заряда не подвергается делению, а выпадает в обычном своем виде;распад ее сопровождается образованием альфа-частиц. Наведенная радиоактивность обусловленарадиоактивными изотопами (радионуклидами), образующимися в грунте в результате облученияего нейтронами, испускаемыми в момент взрыва ядрами атомов химических элементов,входящих в состав грунта. Периоды полураспада большинства из образующихся радиоактивныхизотопов, сравнительно невелики — от одной минуты до часа. В связи с этим наведеннаяактивность может представлять опасность лишь в первые часы после взрыва и тольков районе, близком к эпицентру.
Основная часть долгоживущих изотоповсосредоточена в радиоактивном облаке, которое образуется после взрыва. Высота поднятияоблака для боеприпаса мощностью 10 кТ равна 6 км, для боеприпаса мощностью 10 МгТ она составляет 25 км. По мере продвижения облака из него выпадаютсначала наиболее крупные частицы, а затем все более и более мелкие, образуя по путидвижения зону радиоактивного заражения, так называемый след облака. Размеры следазависят главным образом от мощности ядерного боеприпаса, а также от скорости ветраи могут достигать в длину несколько сотен и в ширину несколько десятков километров.
Возникающие зоны радиоактивногозаражения по степени опасности принято делить на следующие четыре зоны (рис.1):
/>
Рисунок 1 — След радиоактивногооблака
I. Зона «Г» — чрезвычайно опасного заражения. Ееплощадь составляет 2-3% площади следа облака взрыва. Уровень радиации составляет800 Р/ч.
II. Зона «В» — опасного заражения. Она занимает примерно8-10% площади следа облака взрыва; уровень радиации 240 Р/ч.
III. Зона «Б» — сильного заражения, на долю которойприходится примерно 10 % площади радиоактивного следа, уровень радиации 80 Р/ч.
IV. Зона «А» — умеренного заражения площадью 70-80% от площади всего следа взрыва. Уровень радиации на внешней границе зоны через1 час после взрыва составляет 8 Р/ч.
Поражения в результате внутреннегооблучения появляются вследствие попадания радиоактивных веществ внутрь организмачерез органы дыхания и желудочно-кишечный тракт. В этом случае радиоактивные излучениявступают в непосредственный контакт с внутренними органами и могут вызвать сильнуюлучевую болезнь; характер заболевания будет зависеть от количества радиоактивныхвеществ, попавших в организм.
На вооружение, боевую техникуи инженерные сооружения радиоактивные вещества не оказывают вредного воздействия.
2.4.5 Электромагнитный импульс
Ядерные взрывы в атмосфере и вболее высоких слоях приводят к возникновению мощных электромагнитных полей. Длинаволн электромагнитных полей может быть от 1 до 1000 м. Эти поля ввиду их кратковременного существования принято называть электромагнитным импульсом(ЭМИ). Диапазон частот ЭМИ до 100Мгц, но в основном его энергия распределена околосредней частоты (10-15 КГц).
Поскольку амплитуда ЭМИ быстроуменьшается с увеличением расстояния, его поражающее действие — несколько километровот эпицентра взрыва крупного калибра.
ЭМИ непосредственного действияна человека не оказывает. Поражающее действие обусловлено возникновением напряженийи токов в проводниках различной протяженности, расположенных в воздухе, технике,на земле или на других объектах. Действие ЭМИ проявляется, прежде всего, по отношениюк радиоэлектронной аппаратуре, где под действием ЭМИ наводятся электрические токии напряжения, которые могут вызвать пробой электроизоляции, повреждение трансформаторов,сгорание разрядников, порчу полупроводниковых приборов и других элементов радиотехническихустройств. Наиболее подвержены воздействию ЭМИ линии связи, сигнализации и управления.Сильные электромагнитные поля могут повредить электрические цепи и нарушить работунеэкранированного электротехнического оборудования.
Высотный взрыв способен создатьпомехи в работе средств связи на очень больших площадях. Защита от ЭМИ достигаетсяэкранированием линий энергоснабжения и аппаратуры.
2.5 Виды ядерных взрывов
В зависимости от задач, решаемыхядерным оружием, от вида и расположения объектов, по которым планируются ядерныеудары, а также от характера предстоящих боевых действий ядерные взрывы могут бытьосуществлены в воздухе, у поверхности земли (воды) и под землей (водой). В соответствиис этим различают следующие виды ядерных взрывов:
— воздушный (высокий и низкий);
— высотный (в разряженных слоях атмосферы);
— наземный (надводный)
— подземный (подводный)
Воздушный ядерный взрыв — этовзрыв, произведенный на высоте до 10 км, когда светящаяся область не касается земли(воды). Воздушные взрывы подразделяются на низкие и высокие.
Сильное радиоактивное заражениеместности образуется только вблизи эпицентров низких воздушных взрывов. Заражениеместности по следу облака происходит незначительно и на живые организмы существенноговлияния не оказывает. Наиболее полно при воздушном ядерном взрыве проявляются ударнаяволна, световое излучение, проникающая радиация и ЭМИ.
Высотный ядерный взрыв — это взрыв,произведенный с целью уничтожения в полете ракет и самолетов на безопасной для наземныхобъектов высоте (свыше 10 км). Поражающими факторами высотного взрыва являются:ударная волна, световое излучение, проникающая радиация и электромагнитный импульс(ЭМИ).
Наземный (надводный) ядерный взрыв- это взрыв, произведенный на поверхности земли (воды), либо на незначительной высоте над этой поверхностью, прикотором светящаяся область касается поверхности земли (воды), а пылевой (водяной)столб с момента образования соединен с облаком взрыва (рис.2.5.2).
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 взрываявляются ударная волна, световое излучение, проникающая радиация, радиоактивноезаражение местности и ЭМИ.
Подземный (подводный) ядерныйвзрыв — это взрыв, произведенный под землей (под водой) и характеризующийся выбросомбольшого количества грунта (воды), перемешанного с продуктами ядерного взрывчатоговещества (осколками деления урана-235 или плутония-239).
Эта смесь становится радиоактивнойи, следовательно, будет представлять опасность для живых организмов.
Поражающее и разрушающее действиеподземного ядерного взрыва определяется в основном сейсмовзрывными волнами (основнойпоражающий фактор), образованием воронки в грунте и сильным радиоактивным заражениемместности. Световое излучение и проникающая радиация отсутствуют. Характерным дляподводного взрыва является образование базисной волны, образующейся при обрушениистолба воды.
3 Устройство и принцип действия ядерного оружия
3.1 Основные элементы ядерных боеприпасов
Основными элементами ядерных боеприпасовявляются:
ü Корпус,
ü Ядерный заряд,
ü Система автоматики.
Корпус предназначен для размещенияядерного заряда и системы автоматики, придания боеприпасу необходимой баллистическойформы, предохраняет их от механического, а в некоторых случаях и от теплового воздействия,а также служит для повышения коэффициента использования ядерного горючего.
Система автоматики обеспечиваетвзрыв ядерного заряда в заданный момент времени и исключает его случайное или преждевременноесрабатывание. Она включает:
Блок автоматики,
Систему датчиков подрыва,
Систему предохранения,
Систему аварийного подрыва,
Источник питания.
Блок автоматики срабатывает по сигналам, поступающим от датчиков подрыва,и предназначен для формирования высоковольтного электрического импульса на приведениев действие ядерного заряда.
Датчики подрыва (взрывательные устройства) предназначены для подачи сигналана приведение в действие ядерного заряда. Они могут быть контактного и дистанционноготипов. Контактные датчики срабатывают в момент встречи боеприпаса с преградой, адистанционные — на заданной высоте (глубине) от поверхности земли (воды).
Система предохранения исключает возможность случайного взрыва ядерного зарядапри проведении регламентных работ, хранении боеприпаса и при полете его на траектории.
Система аварийного подрыва служит для самоуничтожения боеприпаса без ядерного взрывав случае его отклонения от заданной траектории.
Источниками питания всей электрической системы боеприпаса являются аккумуляторныебатареи различных типов, которые обладают одноразовым действием и приводятся в рабочеесостояние непосредственно перед его боевым применением.
3.2 Строение ядерной бомбы
В качестве прототипа мной была взята плутониевая бомба«Толстяк» (рис.2.) сброшенная 9 августа 1945 года на японский город Нагасаки.
/>
/>
Рисунок 2 — Атомная бомба «Толстяк»
Схема этой бомбы (типичная дляплутониевых однофазных боеприпасов) примерно следующая:
1. Нейтронный инициатор — шар диаметромпорядка 2 см из бериллия, покрытый тонким слоем сплава иттрий-полоний или металлическогополония-210 — первичный источник нейтронов для резкого снижения критической массыи ускорения начала реакции. Срабатывает в момент перевода боевого ядра в закритическоесостояние (при сжатии происходит смешение полония и бериллия с выбросом большогоколичества нейтронов). В настоящее время помимо данного типа инициирования, большераспространено термоядерное инициирование (ТИ). Термоядерный инициатор (ТИ). Находитсяв центре заряда (подобно НИ) где размещается небольшое количество термоядерногоматериала, центр которого нагревается сходящейся ударной волной и в процессе термоядернойреакции на фоне возникших температур нарабатывается значимое количество нейтронов,достаточное для нейтронного инициирования цепной реакции (рис.3.).
2. Плутоний. Используют максимально чистыйизотоп плутоний-239, хотя для увеличения стабильности физических свойств (плотности)и улучшения сжимаемости заряда плутоний легируется небольшим количеством галлия.
3. Оболочка (обычно из урана), служащаяотражателем нейтронов.
4. Обжимающая оболочка из алюминия. Обеспечиваетбо́льшую равномерность обжима ударной волной, в то же время предохраняя внутренниечасти заряда от непосредственного контакта со взрывчаткой и раскалёнными продуктамиеё разложения.
5. Взрывчатое вещество со сложной системойподрыва, обеспечивающей синхронность подрыва всего взрывчатого вещества. Синхронностьнеобходима для создания строго сферической сжимающей (направленной внутрь шара)ударной волны. Несферическая волна приводит к выбросу материала шара через неоднородностьи невозможность создания критической массы. Создание подобной системы расположениявзрывчатки и подрыва являлось в своё время одной из наиболее трудных задач. Используетсякомбинированная схема (система линз) из «быстрой» и «медленной»взрывчаток.
6. Корпус, изготовленный из дюралевыхштампованных элементов — две сферических крышки и пояс, соединяемые болтами.
/>/>/>/>
Рисунок 3. — Принцип действияплутониевой бомбы
3.3 Устройство термоядерной бомбы
Строение термоядерной бомбы лучшерассмотреть на схеме Теллера-Улама:
/>
Сама идея водородной бомбы чрезвычайнопроста. Последовательность процессов, происходящих при взрыве водородной бомбы,можно представить следующим образом:
Сначала взрывается находящийсявнутри оболочки заряд-инициатор термоядерной реакции — небольшая атомная бомба,в результате чего возникает нейтронная вспышка и создается высокая температура,необходимая для инициации термоядерного синтеза. Нейтроны бомбардируют вкладыш издейтерия лития, который представляет собой контейнер с жидким дейтерием. Литий поддействием нейтронов расщепляется на гелий и тритий. Плотности материала капсулывозрастают в десятки тысяч раз. Находящийся в центре урановый (плутониевый) стерженьв результате сильной ударной волны также сжимается в несколько раз и переходит внадкритическое состояние. Быстрые нейтроны, образовавшиеся при взрыве ядерного заряда,замедлившись в дейтерии лития до тепловых скоростей, приводят к цепным реакциямделения урана (плутония), что действует наподобие дополнительного запала, вызываетдополнительные увеличения давления и температуры. Температура, возникающая в результатетермоядерной реакции повышается до 300 млн. К, вовлекая в синтез все большее и большееколичество водорода.
Таким образом, атомный запал создаетнеобходимые для синтеза материалы непосредственно в самой приведенной в действиебомбе.
Все реакции, конечно, протекаютнастолько быстро, что воспринимаются как мгновенные.
3.4 Нейтронная бомба
Целью создания нейтронного оружияв 60-х-70-х годах являлось получение тактической боеголовки, главным поражающимфактором в котором являлся бы поток быстрых нейтронов, излучаемых из области взрыва.
Создание такого оружия обусловиланизкая эффективность обычных тактических ядерных зарядов против бронированных целей,таких как танки, бронемашины и т.п. Благодаря наличию бронированного корпуса и системыфильтрации воздуха бронетехника способна противостоять всем поражающим факторамядерного взрыва. Поток нейтронов же с легкостью проходит даже через толстую стальнуюброню. При мощности в 1 кт смертельная доза облучения в 8000 рад, которая ведетк немедленной и быстрой смерти (минуты), будет получена экипажем танка на расстояниив 700 м. Опасный для жизни уровень достигается на дистанции 1100. также дополнительно,нейтроны создают в конструкционных материалах (например, броне танка) наведеннуюрадиоактивность.
Из-за очень сильного поглощенияи рассеивания нейтронного излучения в атмосфере делать мощные заряды с увеличеннымвыходом излучения нецелесообразно. Максимальная мощность боеголовок составляет ~1Кт. Хотя о нейтронных бомбах и говорят, что они оставляют материальные ценностинеразрушенными, это не совсем так. В пределах радиуса нейтронного поражения (около 1 километра) ударная волна может уничтожить или сильно повредить большинство зданий.
Из особенностей конструкции стоитотметить отсутствие плутониевого запального стержня. Из-за малого количества термоядерноготоплива и низкой температуры начала реакции необходимость в нем отсутствует. Весьмавероятно, что зажигание реакции происходит в центре капсулы, где в результате схожденияударной волны развивается высокое давление и температура.
Нейтронный заряд конструктивнопредставляет собой обычный ядерный заряд малой мощности, к которому добавлен блок,содержащий небольшое количество термоядерного топлива (смесь дейтерия и трития сбольшим содержанием последнего, как источника быстрых нейтронов). При подрыве взрываетсяосновной ядерный заряд, энергия которого используется для запуска термоядерной реакции.При этом нейтроны не должны поглощаться материалами бомбы и, что особо важно, необходимопредотвратить их захват атомами делящегося материала.
/>
Большая часть энергии взрыва приприменении нейтронного оружия выделяется в результате запущенной реакции синтеза.Конструкция заряда такова, что до 80 % энергии взрыва составляет энергия потокабыстрых нейтронов, и только 20 % приходится на остальные поражающие факторы (ударнуюволну, электромагнитный импульс, световое излучение).
Общее количество делящихся материаловдля 1-кт нейтронной бомбы где-то 10 кг.750-тонный энергетический выход синтеза означаетналичие 10 граммов дейтерий-тритиевой смеси.
Заключение
Хиросима и Нагасаки — это предостережениена будущее. В современную эпоху в решении вопросов войны и мира не должно быть местаслучайностям. Преступная по отношению ко всему человечеству, бессмысленная для решенияспорных международных проблем и политических конфликтов термоядерная война былалишь политикой национального самоубийства для тех, кто осмелился бы ее развязать.При любом ее исходе мир оказался бы в неизмеримо худшем положении, чем до нее, такчто участи погибших могли бы, пожалуй, позавидовать оставшиеся в живых.
По мнению специалистов, наша планетаопасно перенасыщена ядерным оружием. Уже в начале XXI века в мире накоплены огромныетакие запасы ядерного оружия. Такие арсеналы таят в себе огромную опасность длявсей планеты, именно планеты, а не отдельных стран. Их создание поглощает огромныематериальные средства, которые можно было бы использовать для борьбы с болезнями,неграмотностью, нищетой.
Ученые считают, что при несколькихкрупномасштабных ядерных взрывах, повлекших за собой сгорание лесных массивов, городов,огромные слоя дыма, гари поднялись бы к стратосфере, блокируя тем самым путь солнечнойрадиации. Это явление носит название “ядерная зима”. Зима продлится несколько лет,может даже всего пару месяцев, но за это время будет почти полностью уничтожен озоновыйслой Земли. На Землю хлынут потоки ультрафиолетовых лучей. Моделирование даннойситуации показывает, что в результате взрыва мощностью в 100 Кт температура понизитсяв среднем у поверхности Земли на 10-20 градусов. После ядерной зимы дальнейшее естественноепродолжение жизни на Земле будет довольно проблематичным:
Окончание холодной войны немногоразрядило международную политическую обстановку. Подписаны ряд договоров о прекращенииядерных испытаний и ядерном разоружении.
К сожалению, сейчас, в мире обстановкаобострилась в связи с войной в Ираке, но пока существуют организации ОбъединенныхНаций (ООН) и Защиты прав человека, у нас есть надежда на благоразумие и соблюдениеСША всех правовых резолюций.
Сегодня люди должны подумать освоем будущем, о том в каком мире они будут жить уже в ближайшие десятилетия.
Литература
1. Ю.Г. Афанасьев, А.Г. Овчаренко и др. Безопасность жизнедеятельности.- Бийск: Изд-во АГТУ, 2003. — 169 с.
2. Internet: rhbz.ru/nuclear-weapon.html — сайт, ознакомляющийс оружием массового поражения
3. Кукин П.П., Лапин В.Л. и др. Безопасность жизнедеятельности: Учебноепособие для вузов. — М.: Высшая школа, 2002. — 319 с.
4. Гусев Н.Г., Беляев В.А. Радиоактивные выбросы в биосферу. — М.: Энергоатомиздат,1991. — 256 с.
5. Internet: www.nuclear-attack.com — наглядные материалы с испытательных полигонов
6. Ю.В. Боровской, Е.П. Шубина и др. Гражданская оборона. — М.: Просвещение.1991. 223 с.