Повітряний ядерний вибух - це вибух, вироблений на висоті до 10 км, коли світиться область не торкається землі (води). Повітряні вибухи поділяються на низькі і високі. Сильне радіоактивне зараження місцевості утворюється тільки поблизу епіцентрів низьких повітряних вибухів. Зараження місцевості по сліду хмари істотного впливу на дії особового складу не робить. Найбільш повно при повітряному ядерному вибуху виявляються ударна хвиля, світлове випромінювання, проникаюча радіація і ЕМІ.
Повітряний ядерний вибух починається короткочасної сліпучим спалахом, світло від якої можна спостерігати на відстані декількох десятків і сотень кілометрів. Слідом за спалахом з'являється світиться область у вигляді сфери або півсфери (при наземному вибуху), що є джерелом потужного світлового випромінювання.
Практично до повітряних відносяться вибухи в атмосфері на висотах.
де q - потужність вибуху, т.
При цьому світиться область має форму кулі і не стикається з поверхнею землі (води). Повітряний вибух має характерну грибовидную форму. Хмара вибуху при цьому не з'єднується з пиловим стовпом або ледь торкається його.
Фізичні процеси, які супроводжують повітряні ядерні вибухи, обумовлюються взаємодією проникаючої радіації, рентгенівського випромінювання і газового потоку з повітрям. Проникаюча радіація і рентгенівське випромінювання, що виходять із зони реакції, викликають збудження і іонізацію атомів і молекул навколишнього повітря. Збуджені атоми і молекули при переході в основний стан випускають кванти світла, в результаті чого виникає так звана область початкового світіння повітря. Це свічення носить люмінесцентний характер (світіння холодного повітря). Його тривалість не залежить від потужності вибуху і становить приблизно десять мікросекунд, а радіус області початкового світіння повітря дорівнює приблизно 300 м.
В результаті взаємодії гамма-випромінювання з атомами повітря утворюються високоенергетичні електрони, які рухаються переважно у напрямку руху гамма-квантів, і важкі позитивні іони, практично залишаються на місці. Внаслідок такого поділу позитивних і негативних зарядів виникають електричні та магнітні поля - електромагнітний імпульс (ЕМІ), який проявляє себе як вражаючий фактор ядерного вибуху.
У електромагнітний імпульс і в початкове свічення повітря трансформується незначна частка енергії вибуху.
Одночасно з іонізацією прилеглого до зони реакції повітря відбувається його прогрів рентгенівським випромінюванням. В результаті цього починається формування світиться області, що представляє собою полум'яне освіту нагрітих до високих температур повітря і парів матеріалів конструкції боєприпасу (продуктів вибуху).
За час існування світиться області температура всередині її змінюється від мільйонів до декількох тисяч кельвінів.
Залежність яскравості температури світиться області від часу
У розвитку світиться області розрізняють три фази: початкову, першу і другу. Тривалість кожної з них залежить від потужності вибуху: чим більше потужність вибуху, тим вони довше. Тривалість початкової фази становить частки мілісекунд, першої - від декількох мілісекунд до сотень мілісекунд, другий - від десятих часток секунди до десятків секунд.
Початковою фазою називають період розвитку світиться області з моменту утворення до тих пір, поки поширення її межі відбувається в результаті пошарового прогріву навколишнього зону ядерної реакції холодного повітря спочатку рентгенівським випромінюванням, а потім, коли температура дещо знизиться, променистим прогревом.
Явище розширення кордону світиться області нерухомому повітрі в результаті пошарового променистого прогріву називають теплової хвилею. Передня межа теплової хвилі називається фронтом.
Висока температура всередині охопленої теплової хвилею області в тонкому зовнішньому шарі різко зменшується до температури навколишнього холодного повітря. Такий перепад температури обумовлює виникнення близько фронту теплової хвилі великих градієнтів тиску. На кордоні області, охопленої теплової хвилею, накопичуються гідродинамічні збурення, внаслідок чого всередині світиться області зароджується ударна хвиля, яка представляє собою різке стиснення середовища, що поширюється з надзвуковою швидкістю.
Деякий час ударна хвиля поширюється всередині світиться області, так як швидкість променистого прогріву, яка визначає рух кордону світиться області, більше, ніж швидкість ударної хвилі. У міру охолодження світиться області швидкість поширення теплової хвилі зменшується швидше, ніж швидкість поширення ударної хвилі. При температурі 300 тис. До вони стають рівними, а при температурі меншій 300 тис. До швидкість ударної хвилі стає більше швидкості теплової хвилі і її передня границя (фронт) виходить вперед.
Момент виходу фронту ударної хвилі на поверхню світиться області є закінченням початкової фази її розвитку і початком першої фази.
Яскравості температура світиться області початковій фазі деякий час залишається рівною 10 тис. К (рис. Ділянка а б) .Це пояснюється тим, що повітря, нагріте до 10 тис. К, повністю поглинає випромінювання внутрішніх більш нагрітих шарів. При підході фронту повітряної хвилі до кордону світиться області оптична товщина екрануючого шару зменшується і її яскравості температура збільшується за рахунок випромінювання сильно нагрітого повітря у фронті ударної хвилі (рис. Ділянка б е). У момент виходу фронту ударної хвилі на поверхню світиться області, її яскравості температура стає практично рівною температурі повітря у фронті ударної хвилі (рис. Точка в).
Першою фазою називають період розвитку світиться області, протягом якого її кордоном і джерелом інтенсивного світлового випромінювання є фронт повітряної ударної хвилі.
У цей період ударна хвиля повністю екранує випромінювання, що йде з внутрішніх більш гарячих шарів світиться області. При цьому в той час, коли температура повітря у фронті вище 10 тис. К, екраном є сам фронт, а при більш низьких температурах, коли фронт прозорий, екранування випромінювання внутрішніх шарів триває оксидами азоту, що утворилися за фронтом ударної хвилі.
З плином часу фронт повітряної ударної хвилі перестає світитися і починає відриватися (віддалятися) від світиться області. Момент відриву повітряної ударної хвилі від світиться області вважають закінченням першої фази її розвитку і початком другої.
Другою фазою називають період розвитку світиться області протягом якого джерелом світлового випромінювання є нагріте повітря за прозорим фронтом ударної хвилі.
У цій фазі світиться область починає підніматися (спливати) вертикально вгору, залучаючи до себе навколишнє повітря; яркостная температура спочатку зростає (рис. ділянка г д), досягає максимуму, рівного 8 - 10 тис. К, а потім зменшується; світло випромінюється не тільки поверхнею світиться області, а й усім її обсягом.
У міру остигання світиться області її світіння припиняється, пари конденсуються, вона перетворюється в хмару вибуху, що представляє собою клубочилася масу повітря, перемішану з отверділим частинками продуктів вибуху, оксидами азоту повітря, краплями води і частинками ґрунтової пилу.
На другу фазу припадає основна частка енергії світлового випромінювання (до 98%).
Форма світиться області в другій фазі залежить від висоти вибуху. При високому повітряному вибуху вона близька до сфери.
Світлове випромінювання ядерного вибуху за своєю природою є в основному тепловим і проявляє себе як потужний вражаючий фактор.
При атомному і звичайному термоядерному вибухах в повітрі в світлове випромінювання трансформується близько 35% їх енергії.
Повітряна ударна хвиля, що виникла при розвитку світиться області, поширюється з надзвуковою швидкістю. Вона є одним з основних вражаючих чинників ядерного вибуху.
В повітряну ударну хвилю трансформується приблизно 50% енергії повітряного вибуху атомного та звичайного термоядерного заряду.
Утворене в результаті збільшення і охолодження світиться області хмара вибуху спочатку має червоний або червонувато-коричневий колір, потім, у міру збільшення кількості крапель води, він стає білим. Із зростанням висоти підйому хмара вибуху за рахунок залучення в себе навколишнього повітря і дії аеродинамічних сил збільшується за розмірами і масою, зі сфери воно перетворюється в вихровий тороид. У міру підйому відбуваються вирівнювання щільності і температури всередині і поза хмари, підйомна сила зникає і його підйом припиняється.
Максимальна висота підйому хмари при ядерних вибухах середньої потужності 8-12 км. На цій висоті горизонтальний розмір хмари досягає 5-9 км. Хмара сверхкрупного термоядерного вибуху може піднятися в стратосферу на висоту 25 км, його горизонтальний розмір в цьому випадку може досягти десятків кілометрів.
Хмара вибуху радіоактивно. При підйомі і після стабілізації висоти підйому хмара під дією повітряних течій переноситься на велику відстань і розсіюється. Під час руху хмари містяться в ньому радіоактивні продукти, змішавшись з пилом і краплями води, поступово випадають і викликають радіоактивне зараження атмосфери і місцевості.
Оскільки хмара ядерного вибуху радіоактивно і, крім того, може надавати аеродинамічний, теплове і ерозійне (абразивний) дію на літальні апарати, а також ускладнювати роботу радіолокаційних станцій, його розглядають як вражаючий фактор ядерного вибуху.
В результаті впливу на грунт світлового випромінювання, ударної хвилі і повітряних потоків, що настають за нею, а також повітряних потоків, що з'являються внаслідок підйому спочатку світиться області, а потім хмари вибуху, утворюється приземний запилений шар атмосфери.
Приземний запилений шар існує десятки хвилин. Його максимальний діаметр залежить від потужності і висоти вибуху, властивостей грунту, характеру місцевості і рослинного покриву в районі епіцентру вибуху. Одночасно з приземним запилених шаром атмосфери внаслідок всмоктуючого ефекту, що виникає в районі епіцентру вибуху в результаті підйому спочатку світиться області, а потім хмари вибуху, а також конвективного теплообміну повітря з нерівномірно нагрітої світловим випромінюванням поверхнею землі, утворюється пиловий стовп - висхідний потік повітря з частинками грунту . Пиловий стовп має темно-коричневий колір - колір грунту в районі епіцентру вибуху.
Під час вибуху на висоті (Н ≤
Пилові освіти (приземний запилений шар атмосфери і пиловий стовп) можуть надавати аеродинамічний, теплове і ерозійне (абразивний) дію на літальні апарати, ускладнювати роботу радіолокаційних станцій, виводити з ладу фільтровентіляціонние системи. Тому пилові освіти розглядають як вражаючий фактор ядерного вибуху.
До кінця свого розвитку зовнішня картина повітряного ядерного вибуху набуває грибоподібний вид.
Вражаючими факторами повітряного ядерного вибуху є: повітряна ударна хвиля, світлове випромінювання, проникаюча радіація, електромагнітний імпульс, хмара вибуху, іонізація і радіоактивне зараження атмосфери. Крім того, при повітряному вибуху над сушею можуть виникати пилові освіти, слабке радіоактивне зараження місцевості, а також слабкі механічні коливання грунту (сейсмовзривние хвилі), що утворюються в результаті впливу на нього повітряної ударної хвилі.
Повітряний ядерний вибух призначений головним чином для ураження наземних і надводних цілей.