Атомная бомба и ее поражающие свойства
По сути атомной бомбой принято называть заряд ядерного вещества с особым устройством, с помощью которого в нужный момент можно вызвать ядерную реакцию, сопровождающуюся мгновенным выделением внутриядерной энергии — взрывом.
Это устройство с зарядом может быть вмонтировано в авиабомбу, артиллерийский снаряд, баллистическую ракету, мину, торпеду, самолет-снаряд или другой вид летательного аппарата.
По внешнему виду, размерам и весу атомная бомба может не отличаться от крупной фугасной авиационной бомбы. Основными ее частями являются: корпус, заряд ядерного взрывчатого вещества и взрывающее устройство. Главным является атомный заряд, который может состоять из двух подвижных частей, имеющих форму полушарий. Может быть представлена несколько иная схема атомного заряда, в которой делящееся вещество разделено на три части, из которых две, как и в предыдущем случае, подвижные и одна (в центре) неподвижная. Возможно и большее число частей заряда.
Для осуществления атомного взрыва нужно все части заряда соединить в одно целое, т. е. довести вес атомного заряда до равного или превышающего так называемую критическую массу. Форма частей такова, что после срабатывания взрывающего устройства образуется общая масса в виде шара. Деление заряда на несколько частей дает возможность увеличить количество делящегося вещества и, следовательно, повысить мощность взрыва.
Для достижения более полного деления атомного заряда его окружают специальной оболочкой — отражателем нейтронов.
Взрывающее устройство, состоящее из взрывателя (дистанционного, ударного или замедленного действия) и заряда обычного взрывчатого вещества, установлено для того, чтобы в нужный момент быстро сблизить все части заряда и образовать одну массу, в которой может, развиваться цепная реакция деления.
Скорость цепной реакции столь велика, что процесс завершается в течение нескольких миллионных долей секунды и имеет характер взрыва.
Все детали бомбы монтируются в плотной массивной оболочке, которая поглощает радиоактивные излучения, испускаемые атомным зарядом, поэтому обращение с атомной бомбой безопасно. Кроме того, оболочка увеличивает мощность взрыва или, как говорят, коэффициент использования заряда. При делении даже небольшой части заряда выделяется огромное количество энергии, резко повышается температура и давление, в результате чего остальная часть заряда разлетается, не успев вступить в реакцию.
Мощность взрыва атомной бомбы принято оценивать тротиловым эквивалентом, который является также характеристикой калибра бомбы. В настоящее время известны атомные бомбы с тротиловым эквивалентом от нескольких тысяч до миллионов тонн. Тротиловый эквивалент атомной бомбы — это такой вес тротилового заряда, энергия при взрыве которого равна энергии взрыва данной атомной бомбы. Тротиловый эквивалент нетрудно посчитать, зная, что при расщеплении всех ядер одного килограмма урана может выделиться столько же энергии, сколько при взрыве 20 000 т тротила. Для этого необходимо количество килограммов атомного заряда, находящегося в бомбе, помножить на процент использования атомного заряда в бомбе данной конструкции и полученное число помножить на 20 000.
Процент использования атомного заряда в бомбах, сброшенных на японские города Хиросима и Нагасаки, был весьма незначительным — достигал лишь 2—3 ед.
Взрыв атомной бомбы может произойти как в воздухе, так и в непосредственной близости от поверхности земли (или воды), под землей или водой.
Соответственно этому следует различать следующие виды взрывов атомных бомб:
а) воздушный;
б) надземный или надводный (у поверхности земли или воды);
в) подземный или подводный (на некоторой глубине в воде или в земле).
Точка на поверхности земли, над которой произошел воздушный взрыв, называется эпицентром взрыва.
При воздушном взрыве вслед за ослепительной вспышкой образуется огненный шар, часто называемый светящейся областью. С течением времени размеры шара увеличиваются, а температура понижается.
Вспышка видна на расстоянии более 100 км и сопровождается сильным звуком, напоминающим раскаты грома и слышным на расстоянии десятков километров.
При резком расширении светящейся сферы в прилегающих к ней слоях воздуха образуется область сильного сжатия. Это сжатие с большой скоростью передается более удаленным слоям воздуха. Возникает так называемая воздушная ударная волна, которая достигает поверхности земли и поднимает клубы пыли, увлекаемые вверх восходящими потоками воздуха. Образуется пыльный столб, поднимающийся вслед за облаком. Облако принимает грибовидную форму и в течение 10—12 мин. поднимается на высоту 10—15 км. Достигнув предельной высоты, облако вместе с воздушными массами перемещается под действием ветра в сторону от места взрыва.
При наземном взрыве после вспышки образуется светящаяся область, напоминающая полусферу. Мощные восходящие потоки воздуха увлекают огромное количество пыли. Поднимающееся клубящееся облако и пылевой столб составляют единое целое и приобретают также грибовидную форму.
Наземный взрыв в отличие от воздушного характеризуется наличием воронки, диаметр которой может достигать до 100 м, а глубина до 10—20 м и больше, а также сильным заражением местности в центре взрыва и по оси движения радиоактивного облака.
Взрыв атомной бомбы под водой сопровождается следующими признаками. Вначале на поверхности воды в месте взрыва видно ярко светящееся пятно. Затем над поверхностью воды образуется купол, который превращается в столб водяных брызг.
Этот столб водяных брызг поднимается на высоту до двух-трех километров.
Достигнув такой высоты, столб водяных брызг начинает разрушаться, в результате чего образуется так называемая базисная волна, похожая на кольцевое облако высотой в несколько сот метров (до 300 м и состоящая в основном из водяной пыли (брызг).
Внешняя картина подземного атомного взрыва зависит от глубины, на которой он происходит. Если атомная бомба взрывается на небольшой глубине от поверхности земли, то внешняя картина атомного взрыва мало отличается от внешней картины наземного атомного взрыва.
К особенностям подземного атомного взрыва следует отнести: образование более глубокой воронки, выброс большого количества грунта на расстояние до нескольких километров и сильное радиоактивное заражение местности.
Огненный шар, образовавшийся при воздушном взрыве, а также огненная полусфера, образовавшаяся при наземном взрыве, имеют температуру поверхности в несколько тысяч градусов и являются источником очень мощного светового излучения.
Высокая температура ядерной реакции приводит также к резкому повышению давления, которое, в свою очередь, вызывает мощную ударную (взрывную) волну.
Наряду с ударной волной и световым излучением взрыв атомной бомбы сопровождается невидимым радиоактивным излучением, состоящим из потоков нейтронов и гамма-лучей и называющимся проникающей радиацией.
Следует иметь в виду, что облако грибовидной формы, образовавшееся в результате атомного взрыва, содержит огромное количество радиоактивных продуктов взрыва.
По пути движения этого облака, в особенности при наземном и подземном взрывах, радиоактивные вещества выпадают на землю,. в результате чего происходит радиоактивное заражение местности и воздуха.
В отличие от взрыва обычных бомб, взрыв атомной или термоядерной бомбы обладает комбинированным поражающим действием, которое может произойти:
- от ударной волны;
- от светового излучения;
- от проникающей радиации;
- от радиоактивного заражения местности и предметов.
Ударная волна, возникающая от взрыва атомной бомбы, точно так же, как и ударная волна других взрывчатых веществ, представляет собой область сильно сжатого воздуха, распространяющуюся со сверхзвуковой скоростью во все стороны от центра взрыва. В непосредственной близости от центра взрыва эта скорость превосходит один километр в секунду, а далее — резко падает. Поэтому расстояние в 1000 метров от центра взрыва она пробегает за 2 секунды, расстояние в 2000 и 3000 метров — соответственно за 5 и 8 секунд. С увеличением расстояния от места взрыва поражающее действие ударной волны резко уменьшается в результате ослабления давления и уменьшения ее скорости.
Следовательно, при виде вспышки всегда можно успеть лечь на землю и тем самым уменьшить поражение от ударной волны либо избежать его вовсе.
Ударная волна состоит из двух зон: зоны сжатия и зоны разрежения.
В зоне сжатия давление воздуха значительно выше атмосферного и движение его происходит в направлении от центра взрыва. В зоне разрежения, которая следует за зоной сжатия, давление воздуха ниже атмосферного и движение воздуха происходит в обратном направлении к центру взрыва.
Передняя часть зоны сжатия, имеющая наибольшее избыточное давление, называется фронтом ударной волны.
Поражающее действие ударной волны определяется двумя параметрами: избыточным давлением и скоростным напором воздушных масс, причем избыточное давление является основным.
Несмотря на то, что зона сжатия ударной волны продолжается по времени значительно меньшем, чем зона разрежения, наибольшие разрушения вызывает зона сжатия, в особенности фронт ударной волны. Избыточное давление менее 0,2 кг/см2 не вызывает поражения людей, а избыточное давление больше 1 кг/см2 влечет за собой смертельные поражения незащищенных людей. Капитальные здания разрушаются при давлении 0,3—0,4 кг/см2.
Характер разрушений от воздействия ударной волны во многом будет определяться не только расстоянием от центра взрыва, но и рельефом местности, плотностью застройки, прочностью зданий, их размерами и т. д.
Многие здания в ряде случаев могут сохраниться даже вблизи от места взрыва, если будут защищены рельефом. Это подтверждено и данными о разрушениях в Хиросиме и Нагасаки. Так, например, в Хиросиме после атомного взрыва из 75000 домов было полностью разрушено 7000 и 55 000 сгорело, уничтожено, таким образом, около 90% жилищного фонда.
В то же время в Нагасаки, где была сброшена более мощная бомба, но благодаря иному рельефу местности, процент сохранившихся зданий оказался значительно большим. Следовательно, зона поражения от атомного взрыва при прочих равных условиях уменьшается в холмистой, среднепересеченной местности, особенно при высоте холмов более 100 м и крутизне скатов, превышающей 10°. При этом, хотя на скатах, обращенных в сторону взрыва, создается более высокое давление и разрушающее действие волны увеличивается, на обратных скатах образуется значительная зона, в которой действие ударной волны намного уменьшается. Действие ударной волны будет также понижено в лощинах и оврагах, направление которых не совпадает с распространением ударной волны. Влияние на распространение ударной волны может оказывать также лес, который уменьшает ее разрушающее действие. Примерный характер разрушений в зависимости от расстояния от эпицентра взрыва атомной бомбы в 20 000 т тротила может быть представлен в следующем виде.
Наиболее устойчивыми к действию ударной волны являются здания и сооружения из железобетона, имеющие прочный металлический каркас и антисейсмическую конструкцию. Такие здания не получили серьезных повреждений перекрытий и наружных стен, хотя и находились в 200 м от эпицентра взрыва в г. Хиросиме, тогда как кирпичные здания были полностью разрушены на расстоянии 1,5 км.
Необходимо иметь в виду, что даже простейшие укрытия обладают сравнительно высокой устойчивостью против атомного взрыва. Так, например, легкие деревянные землянки, прикрытые слоем земли в 60 см, сохранились полностью на расстоянии 800 м от эпицентра при взрывах атомных бомб в Хиросиме и Нагасаки, около 50 % убежищ и землянок сохранилось даже на расстоянии менее 300 м от эпицентра.
Поражения и разрушения могут наноситься как непосредственно самой ударной волной, так и летящими комьями земли, обломками зданий и пр. Пожары, возникающие вследствие повреждения печей, электро — и газовых сетей, могут также стать причиной поражения людей, уничтожения имущества.
При воздушном взрыве атомной бомбы с тротиловым эквивалентом в 20—50 тысяч тонн сильные разрушения зданий наблюдаются в радиусе до 1,0—1,5 км, а частичные разрушения в радиусе от 2 км и более.
