1.    

2.    
Средства применения ядерного оружия. Общее устройство и

характеристика ядерных боеприпасов.          

Как  было рассмотрено ранее, ядерное оружие включает ядерные боеприпасы, средства управления и средства доставки к цели (носители).

К ядерным боеприпасам относятся боевые части ракет и торпед, авиационные и глубинные бомбы, артиллерийские снаряды и мины, фугасы.

Мощность зарядов и боеприпасов принято характеризовать тротиловым эквивалентом – такой массой тротила, энергия взрыва которого равна энергии, выделяющейся при воздушном взрыве  ядерного заряда. Тротиловый эквивалент принято выражать в тоннах.

Современные боеприпасы могут иметь мощность взрыва q от нескольких десятков тонн до десятков миллионов тонн.

По мощности взрыва ядерные заряды и боеприпасы условно делятся на 5 диапазонов (калибров):

- сверхмалый         (q ‹ 1 тыс. тонн)

- малый                  ( 1  ≤ q ‹ 10 тыс. тонн)

- средний               ( 10 ≤ q ‹ 100 тыс. тонн)

- крупный              ( 100  ≤ q ‹ 1000 тыс. тонн)

- сверхкрупный     (q ≥ 1 млн. тонн)

Ядерные заряды и боеприпасы отличаются друг от друга не только мощностью, но и характером поражающего действия. В частности, для термоядерных боеприпасов важнейшей характеристикой является коэффициент термоядерности – отношение количества энергии, выделившейся за счёт реакции синтеза, к общему количеству энергии взрыва данной мощности. С увеличением коэффициента термоядерности уменьшается выход радиоактивных продуктов на единицу мощности и, таким образом, повышается «чистота» взрыва, уменьшаются масштабы радиоактивного заражения.

Основными частями ядерного боеприпаса являются: ядерное зарядное устройство (заряд), блок подрыва с предохранителями и источниками питания и корпус боеприпаса. (Слайд № 1.)


Корпус предназначен для размещения ядерного заряда и системы автоматики, а также для предохранения их от тепловых повреждений, для придания боеприпасу баллистической формы и для стыковки боеприпаса с носителем. Конструкция корпуса зависит от типа носителя. Так, например, основные части баллистических ракет имеют корпуса конической или цилиндрической формы с теплозащитным покрытием. Корпуса боевых зарядных отделений торпед, боевых частей крылатых и зенитных ракет представляют собой тонкостенную ампулу, размещаемую внутри носителя.

Система автоматики обеспечивает взрыв ядерного заряда в заданный момент времени и исключает его случайное или преждевременное срабатывание. Она включает:

- источники питания

- систему предохранения и взведения

- систему датчиков подрыва

- систему подрыва заряда

- систему аварийного подрыва

Система предохранения и взведения обеспечивает безопасность при эксплуатации боеприпаса, исключает преждевременный взрыв его при боевом применении и служит для взведения устройства системы автоматики.

 Система датчиков подрыва предназначена для формирования исполнительной команды на взрыв заряда при достижении боеприпасом цели. Она обычно состоит из системы датчиков ударных и системы датчиков неконтактного подрыва. Ударные (контактные) датчики срабатывают при встрече боеприпаса с преградой. Датчики неконтактного подрыва срабатывают на заданной высоте (расстоянии) от цели.

Система подрыва заряда обеспечивает срабатывание заряда по команде, поступающей от датчиков подрыва. Она состоит из блока формирования электрического импульса для подрыва электродетонаторов обычного взрывчатого вещества и системы нейтронного инициирования реакции деления. Система нейтронного инициирования в составе системы подрыва заряда может отсутствовать. В этом случае цепная ядерная реакция деления инициируется нейтронными источниками, расположенными в самом заряде.

   Система аварийного подрыва в некоторых боеприпасах может отсутствовать.

Главная составная часть ядерного боеприпаса – ядерное зарядное устройство (ядерный заряд). В составе ядерного заряда находится ядерное взрывчатое вещество (ЯВВ).

Система автоматики обеспечивает взрыв ядерного заряда в заданный момент времени и исключает его случайное или преждевременное срабатывание. Она включает:

- источники питания

- систему предохранения и взведения

- систему датчиков подрыва

- систему подрыва заряда

- систему аварийного подрыва

Система предохранения и взведения обеспечивает безопасность при эксплуатации боеприпаса, исключает преждевременный взрыв его при боевом применении и служит для взведения устройства системы автоматики.

 Система датчиков подрыва предназначена для формирования исполнительной команды на взрыв заряда при достижении боеприпасом цели. Она обычно состоит из системы датчиков ударных и системы датчиков неконтактного подрыва. Ударные (контактные) датчики срабатывают при встрече боеприпаса с преградой. Датчики неконтактного подрыва срабатывают на заданной высоте (расстоянии) от цели.

Система подрыва заряда обеспечивает срабатывание заряда по команде, поступающей от датчиков подрыва. Она состоит из блока формирования электрического импульса для подрыва электродетонаторов обычного взрывчатого вещества и системы нейтронного инициирования реакции деления. Система нейтронного инициирования в составе системы подрыва заряда может отсутствовать. В этом случае цепная ядерная реакция деления инициируется нейтронными источниками, расположенными в самом заряде.

   Система аварийного подрыва в некоторых боеприпасах может отсутствовать.

Главная составная часть ядерного боеприпаса – ядерное зарядное устройство (ядерный заряд). В составе ядерного заряда находится ядерное взрывчатое вещество (ЯВВ).

.

3.     Атомные заряды.

Вследствие самопроизвольного деления ядер урана или плутония, наличия блуждающих нейтронов в атмосфере и других факторов нельзя принять никаких мер, препятствующих цепной реакции в ЯВВ, имеющем надкритическую массу (К_рр › 1). Следовательно, до взрыва общее количество ЯВВ в одном боеприпасе должно разделяться на отдельные части, каждая из которых имеет асссу меньше критической (К_рр ‹ 1). Для взрыва необходимо соединить в единое целое такое количество делящегося вещества, которое создаст надкритическую массу.

По принципу перевода делящегося вещества в надкритическое состояние атомные заряды разделяются на заряды пушечного и имплозивного типов.

2.1. Ядерные заряды «пушечного типа»

В зарядах «пушечного типа» две или больше частей делящегося вещества соединяются друг с другом в надкритическую массу в результате взрыва обычного взрывчатого вещества за счёт выстрела одной частью заряда в другую, закреплённую в противоположном конце прочного металлического  цилиндра, напоминающего орудийный ствол.

Слайд № 2  

Достоинством схемы пушечного типа является возможность создания зарядов сравнительно малого диаметра и высокой стойкостью к воздействию механических нагрузок, что позволяет использовать их в артиллерийских снарядах и минах.

Недостатком такой схемы является трудность обеспечения высокой надкритичности, вследствие чего коэффициент полезного использования его невелик.

2.2. Ядерные заряды имплозивного типа.

В зарядах имплозивного типа делящееся вещество переводится в надкритическое состояние  повышением его плотности в результате всестороннего обжатия с помощью взрыва обычного взрывчатого вещества, поскольку критическая масса обратно пропорциональна квадрату плотности вещества.

Слайд №3.


За счёт инерции ЯВВ и прочной оболочки ядерный заряд удерживается некоторое время в надкритическом состоянии, вследствие чего успевает разделиться определённое число ядер делящегося вещества.

Достоинством зарядов имплозивного типа является возможность получения высокой степени надкритичности и, следовательно, высокий коэффициент полезного использования вещества.
2.3.  Термоядерные заряды.

Основными элементами термоядерного заряда является термоядерное горючее и атомный заряд – инициатор реакции синтеза.

Слайд № 4




Схема устройства термоядерного боеприпаса типа «деление-синтез»

1.- ядерный детонатор (заряд деления); 2.- заряд для реакции синтеза (дейтерид лития); 3.- корпус

 

На предыдущем занятии в качестве наиболее значимой реакции получения ядерной энергии нами рассмотрена реакция соединения Д и Т:

Д + Т → ₂Не + n + 17,6 МэВ                   (1)

В связи с тем, что дейтерий и тритий в свободном состоянии представляют собой газы, а тритий, кроме того, является радиоактивным и дорогостоящим изотопом, в качестве первичного термоядерного горючего обычно используют дейтерид лития – твёрдое вещество, представляющее собой соединение дейтерия и изотопа лития  ₃Li
.

При облучении лития – 6 нейтронами, возникающими при взрыве атомного заряда (инициатора реакции синтеза), образуется тритий:

                         ₃
Li
+ n → Т + ₂Не + 4,8 МэВ                   (2)       

Образующийся тритий вступает в реакцию с дейтерием (1) и выделяется основное количество энергии.

Образующиеся в реакции (1) нейтроны вновь приводят к образованию трития (2), т. е. к поддержанию реакции синтеза.

Рассматривая на предыдущем занятии реакцию синтеза, мы обратили внимание на испускание нейтронов высокой энергии. Эти нейтроны способны вызывать деление ядер изотопа урана U-238. Изотоп U-238 является наиболее дешёвым и распространённым - в природной смеси урана содержится более 99,98 %. Поэтому для увеличения энергии взрыва в термоядерных зарядах используют оболочки из U-238. Деление ядер U-238 будет являться третьей фазой взрыва. Поэтому такие боеприпасы, основанные на принципе «деление – синтез – деление», называют трёхфазными или комбинированными.

2. Виды ядерных взрывов и их характеристика.    

 В зависимости от способов применения и задач, решаемых применением ядерного оружия, вида и места нахождения объектов поражения, а также в зависимости от свойств окружающей зону взрыва среды, ядерные взрывы разделяют на воздушные, высотные, наземные (надводные) и подземные (подводные).

Воздушными ядерными взрывами называются взрывы, для которых средой, окружающей зону взрыва, является воздух.  К воздушным взрывам относятся взрывы в атмосфере на высотах:

3,5 ³√q ≤ H ≤ 10 000 м, где

q – мощность взрыва, т

Различают два основных вида воздушных взрывов:

-низкий взрыв

3,5 ³√q ≤ H ≤ 10 ³√q

-высокий взрыв

H ≥ 10 ³√q

Наземными ядерными взрывами называются взрывы на поверхности земли (контактные) и взрывы в воздухе на высотах H ‹ 3,5 ³√q.

Высотными ядерными взрывами называются взрывы, для которых средой, окружающей зону взрыва, является разрежённый воздух. К таким взрывам относят взрывы на высотах более 10 км.

Высотные ядерные взрывы подразделяются на стратосферные
(10 000 м  ‹ H ‹ 80 000 м) и космические (H › 80 000 м).

К надводным ядерным взрывам относят контактные взрывы (на поверхности воды) и взрывы в воздухе на высотах H ‹ 3,5 ³√q.

К подводным и подземным взрывам относят взрывы, для которых средой, окружающей зону реакции, является вода и, соответственно, грунт.

На данном занятии наиболее подробно рассмотрим воздушный и наземный ядерный взрывы, поскольку именно они наиболее характерны для применения в общевойсковом бою и операции и обладают наибольшей реализуемостью и многообразием поражающих факторов.
2.1. Воздушный взрыв

Воздушными ядерными взрывами называются взрывы,  для которых средой, окружающей  зону взрыва,  является воздух.  Практически к воздушным относятся взрывы в атмосфере на высотах: 3,5 ³Ö q <= H <= 10 000 м, где q мощность взрыва, т.

Низкие воздушные взрывы предназначаются для поражения личного состава и разрушения сравнительно прочных объектов боевой техники и наземных сооружений. При этом радиоактивное заражение местности практически не будет влиять на боевые действия войск.

Высокие воздушные взрывы используются для разрушения малопрочных наземных объектов и поражения личного состава, расположенного в них или открыто на местности, при этом площади поражения будут больше, чем при  низких воздушных взрывах. Так же высокие воздушные взрывы применяются в тех случаях, когда по условиям обстановки радиоактивное заражение местности недопустимо.

Физические процессы,  сопровождающие  воздушные  ядерные  взрывы, обусловливаются взаимодействием проникающей радиации, рентгеновского излучения и газового   потока с воздухом.

Проникающая радиация и рентгеновское излучение, выходящие из зоны реакции,  вызывают  возбуждение и ионизацию атомов и молекул окружающего воздуха. Возбужденные атомы и молекулы при переходе в основное состояние испускают кванты света, в результате чего возникает так называемая область начального  свечения  воздуха.  Это свечение носит люминесцентный характер (свечение холодного воздуха). Его длительность не зависит от мощности взрыва и  составляет приблизительно десять  микросекунд,  а  радиус области начального свечения воздуха равен примерно 300 м.

В результате взаимодействия гамма-излучения с атомами воздуха образуются высокоэнергетические электроны,  движущиеся преимущественно по направлению движения γ-квантов,  и тяжелые положительные ионы, практически остающиеся на месте. Вследствие такого разделения  положительных  и  отрицательных  зарядов возникают электрические и магнитные поля - электромагнитный импульс  (ЭМИ), который проявляет себя как поражающий фактор ядерного взрыва.

Одновременно с ионизацией прилегающего к зоне реакции воздуха происходит его прогрев рентгеновским излучением.  В результате этого начинается формирование светящейся области,  представляющей собой плазменное  образование нагретых до высоких температур воздуха и паров материалов конструкции боеприпаса (продуктов взрыва).

За время существования светящейся области температура внутри ее изменяется от миллионов до нескольких тысяч кельвинов.

Форма светящейся  области  зависит от высоты взрыва. При  высоком воздушном взрыве она близка к сфере.  Светящаяся область низкого воздушного взрыва в результате деформации ударной волной, отраженной от поверхности земли, имеет вид сферического сегмента.

Время свечения  и диаметр светящейся области зависят от мощности взрыва.

Световое излучение ядерного взрыва по своей природе является в основном тепловым и проявляет себя как мощный поражающий фактор.

При атомном  и обычном термоядерном взрывах в воздухе в световое излучение трансформируется около 35 % их энергии.

По мере остывания светящейся области ее свечение прекращается, пары конденсируются, она превращается в облако взрыва, представляющее собой клубящуюся массу воздуха,  перемешанную с  отвердевшими частицами продуктов взрыва,  окислами азота воздуха, каплями воды и частицами грунтовой пыли.

Высокая температура внутри охваченной тепловой волной области в тонком наружном слое резко уменьшается до температуры  окружающего холодного воздуха. Такой перепад температуры обусловливает возникновение около фронта тепловой волны  больших  градиентов давления. На границе области,  охваченной тепловой волной, накапливаются гидродинамические  возмущения,  вследствие  чего  внутри светящейся области зарождается ударная волна, которая представляет собой резкое сжатие среды,  распространяющееся со сверхзвуковой скоростью.

Некоторое время ударная волна распространяется внутри светящейся области, так как скорость лучистого прогрева, которая определяет движение границы светящейся области,  больше, чем скорость ударной волны.  По  мере  охлаждения  светящейся области скорость распространения тепловой волны уменьшается быстрее,  чем скорость распространения ударной  волны.  При  температуре 300 тыс. К, они становятся равными, а при температуре меньшей 300 тыс. К скорость ударной волны  становится больше скорости тепловой волны и ее передняя граница (фронт) выходит вперед.

Воздушная ударная волна является одним из основных поражающих факторов ядерного взрыва.

В воздушную ударную волну  трансформируется  примерно  50  % энергии воздушного взрыва атомного и обычного термоядерного заряда.

Образовавшееся в  результате  увеличения и охлаждения светящейся области облако взрыва вначале имеет красный  или  красновато-коричневый цвет,  затем  по  мере увеличения количества капель воды, он становится белым.

Максимальная высота подъема облака при ядерных взрывах средней мощности 8-12 км. На этой высоте горизонтальный размер облака достигает 5-9 км. Облако сверхкрупного термоядерного взрыва может подняться в стратосферу на высоту 25 км,  горизонтальный размер в этом случае может достигнуть десятков километров.

Облако взрыва радиоактивно. При подъеме и после стабилизации высоты подъема облако под действием воздушных течений переносится на большее расстояние и рассеивается.  Во время  движения  облака содержащиеся в  нем радиоактивные продукты,  смешавшись с пылью и каплями воды,  постепенно выпадают и вызывают радиоактивное заражение атмосферы и местности.

В результате воздействия на грунт светового излучения, ударной волны и воздушных потоков,  следующих за ней, а также воздушных потоков,  появляющихся  вследствие подъема сначала светящейся области, а затем облака взрыва,  образуется приземный  запыленный слой атмосферы.  Приземный запыленный слой существует десятки минут.

Его максимальный диаметр зависит от мощности и высоты взрыва, свойств грунта, характера местности и растительного покрова в районе эпицентра взрыва.

Одновременно с приземным запыленным слоем атмосферы  вследствие всасывающего эффекта, возникающего в районе эпицентра взрыва в результате подъема сначала светящейся области,  а затем  облака взрыва, а  также конвективного теплообмена воздуха с неравномерно нагретой световым излучением поверхностью земли, образуется пылевой столб - восходящий поток воздуха с частицами грунта.

Пылевой столб имеет темно-коричневый цвет -  цвет  грунта  в районе эпицентра взрыва.

При взрыве на высоте H

≤
2
0

³
Ö

q м пылевой столб догоняет облако и соединяется с ним.  В этом случае в облако взрыва вносятся грунтовые частицы,  оно приобретает коричневый цвет.

Если H

>

2
0

³
Ö

q , пылевой столб не соединяется с облаком взрыва и оно практически не  содержит  грунтовых частиц.

Пылевые образования (приземный запыленный слой  атмосферы  и пылевой столб) могут оказывать аэродинамическое,  тепловое и эрозионное (абразивное) действие на летательные аппараты, затруднять работу радиолокационных станций,  выводить из строя фильтровентиляционные системы.  Поэтому пылевые образования рассматривают как поражающий фактор ядерного взрыва.

     К концу своего развития внешняя картина воздушного  ядерного взрыва приобретает грибовидный вид.

     Таким образом, поражающими факторами воздушного ядерного  взрыва  являются: воздушная ударная волна,  световое излучение,  проникающая радиация, электромагнитный импульс, облако взрыва,  ионизация и радиоактивное заражение атмосферы.  Кроме того,  при воздушном взрыве над сушей могут возникать пылевые образования,  слабое радиоактивное заражение  местности,  а  также слабые механические колебания грунта (сейсмовзрывные волны), образующиеся в результате воздействия на него воздушной ударной волны.

2.2. Наземный взрыв

К наземным  ядерным  взрывам  относят  взрывы на поверхности земли (контактные) и взрывы в воздухе на высотах Н < 3,5 ³Ö

q , при которых светящаяся область касается поверхности земли.

Наземные взрывы применяются как для поражения различных объектов в районе взрыва, так и для поражения личного состава, действующего в зонах радиоактивного заражения.

В воздушной среде при наземных ядерных взрывах происходят те же процессы,  что и при воздушных. Отличие наземных ядерных взрывов от воздушных состоит,  главным образом, в том, что при наземных взрывах светящаяся область в момент возникновения  имеет  вид усеченной сферы  (контактного - полусферы),  радиус которой больше радиуса сферы светящейся области воздушных взрывов той же мощности, среда внутри светящейся области в приземной ее части содержит большое количество частиц грунта,  температура внутри  светящейся области несколько  меньше,  чем  при  воздушных взрывах,  пылевой столб соединяется с облаком взрыва в стадии его формирования, облако взрыва гораздо больше загрязнено частицами грунта.

Образование воронки при наземных взрывах обусловливается испарением, плавлением,  выбросом и вдавливанием грунта  в  массив: возникновение навала  грунта - выбросом и выдавливанием грунта из воронки.

Сейсмовзрывные волны  при  наземных  взрывах возникают в результате непосредственной передачи энергии взрыва грунту и  воздействия воздушной ударной волны на грунт.

Образование воронки и интенсивность сейсмовзрывных  волн  существенно зависят от высоты взрыва. Воронка образуется только при взрывах на высотах Н < 0,5 ³Ö

q . Интенсивные сейсмовзрывные волны возникают при взрывах на высотах меньше Н < 0,3 ³Ö

q.

К концу  своего развития наземные ядерные взрывы,  как и воздушные, приобретают грибовидный вид. Отличие внешнего вида наземных взрывов от воздушных состоит в том,  что при наземных взрывах наблюдаются более мощные приземный запыленный  слой  атмосферы  и пылевой столб,  а также более темная окраска облака взрыва, которая обусловливается загрязнением большим количеством частиц грунта.

Поражающими факторами  наземных  ядерных  взрывов  являются:

воздушная ударная волна, световое излучение, электромагнитный импульс, радиоактивное заражение местности и воздуха, пылевые образования, местное действие (воронка,  зоны разрушения, вспучивание и навал грунта,  камнепад),  проникающая радиация,  сейсмовзрывные волны в грунте, облако взрыва и ионизация воздуха.