Пункт 1.2 Термоядерний синтез
Реакції термоядерного синтезу з виділенням енергії можливі тільки серед елементів з невеликою атомною масою, що не перевищують приблизно атомну масу заліза. Вони не носять ланцюгового характеру і можливі тільки при високому тиску і температурах, коли кінетичної енергії стикаються атомних ядер досить для подолання кулонівського бар'єру відштовхування між ними, або для помітної ймовірності їх злиття за рахунок дії тунельного ефекту квантової механіки. Для можливості цього процесу необхідно зробити роботу для розгону вихідних атомних ядер до високих швидкостей, але якщо вони зіллються в нове ядро, то виділилася при цьому, буде більше, ніж витрачена. Поява нового ядра в результаті термоядерного синтезу як правило супроводжується утворенням різного роду елементарних частинок і високоенергетичних квантів електромагнітного випромінювання. Поряд зі знову утворився ядром всі вони мають велику кінетичну енергію, тобто в реакції термоядерного синтезу відбувається перетворення внутрішньоядерній енергії сильного взаємодії в теплову. Як наслідок, в результаті результат виявляється той же, що і в разі ланцюгової реакції поділу - в обмеженому обсязі утворюється згусток високотемпературної плазми, розширення якого в навколишньому щільному середовищі має характер вибуху.
Пункт 1.3 Явища при ядерному вибуху
ядерний вибух потужність наслідок
Супутні ядерного вибуху явища варіюють від місцезнаходження його центру. Нижче розглядається випадок атмосферного ядерного вибуху в приземному шарі, який був найбільш частим до заборони ядерних випробувань на землі, під водою, в атмосфері і в космосі. Після ініціювання реакції поділу або синтезу за дуже короткий час порядку часткою мікросекунд в обмеженому обсязі виділяється величезна кількість променевої та теплової енергії. Реакція зазвичай закінчується після випаровування і розльоту конструкції вибухового пристрою внаслідок величезної температури (до 107 К) і тиску (до 109 атм.) В точці вибуху. Візуально з великої відстані ця фаза сприймається як дуже яскрава крапка, що світиться.
Світловий тиск від електромагнітного випромінювання при реакції нагріває і витісняє навколишнє повітря від точки вибуху - утворюється вогненна куля і починає формуватися стрибок тиску між повітрям, стисненим випромінюванням, і необуреним, оскільки швидкість переміщення фронту нагріву спочатку багаторазово перевершує швидкість звуку в середовищі. Після затухання ядерної реакції енерговиділення припиняється і подальше розширення відбувається за рахунок різниці температур і тисків в області вогненної кулі і навколишнього повітря.
Відбуваються в заряді ядерні реакції служать джерелом різноманітних випромінювань: електромагнітного в широкому спектрі від радіохвиль до високоенергічних гамма-квантів, швидких електронів, нейтронів, атомних ядер. Це випромінювання, зване проникаючою радіацією, породжує ряд характерних тільки для ядерного вибуху наслідків. Нейтрони і високоенергійні гамма-кванти, взаємодіючи з атомами навколишнього речовини, перетворять їх стабільні форми в нестабільні радіоактивні ізотопи з різними шляхами і періодами напіврозпаду - створюють так звану наведену радіацію. Поряд з осколками атомних ядер розщеплюється речовини або продуктами термоядерного синтезу, що залишилися від вибухового пристрою, знову вийшли радіоактивні речовини піднімаються високо в атмосферу і здатні розсіятися на великій території, формуючи радіоактивне зараження місцевості після ядерного вибуху. Спектр утворюються при ядерному вибуху нестабільних ізотопів такий, що радіоактивне зараження місцевості здатне тривати тисячоліттями, хоча інтенсивність випромінювання падає з часом.
Високоенергійні гамма-кванти від ядерного вибуху, проходячи через навколишнє середовище, іонізують її атоми, вибиваючи з них електрони і повідомляючи їм чималу енергію для каскадної іонізації інших атомів, аж до 30000 іонізації на один гамма-квант. В результаті під епіцентром ядерного вибуху залишається «пляма» позитивно заряджених іонів, які оточені величезною кількістю електронного газу; така змінна в часі конфігурація носіїв електричних зарядів створює дуже сильне електромагнітне поле, яке зникає після вибуху разом з рекомбінацією іонізованих атомів. В процесі рекомбінації породжуються сильні електричні струми, службовці додатковим джерелом електромагнітного випромінювання. Весь цей комплекс явищ називається електромагнітним імпульсом, і хоча в нього йде менше третини десятимільярдної частки енергії вибуху, відбувається він за дуже короткий час і виділяється при цьому потужність може досягати 100 ГВт.
Наземний ядерний вибух на відміну від звичайного також має свої особливості. При хімічному вибуху температура грунту, що примикав до заряду і залученого в рух відносно невелика. При ядерному вибуху температура грунту зростає до десятків мільйонів градусів і велика частина енергії нагріву в перші ж миті випромінюється в повітря і додатково йде в освіту теплового випромінювання і ударної хвилі, чого при звичайному вибуху не відбувається. Звідси велика відмінність у впливі на поверхню і ґрунтовий масив: наземний вибух хімічного вибухової речовини передає в грунт до половини своєї енергії, а ядерний - лічені відсотки. Відповідно розміри воронки і енергія сейсмічних коливань від ядерного вибуху в рази менше їх від однакового по потужності вибуху ВВ. Однак при заглибленні зарядів це співвідношення згладжується, так як енергія перегрітої плазми менше йде в повітря і йде на здійснення роботи над грунтом.
Починаючи з певного моменту швидкість переміщення стрибка тиску (фронту ударної хвилі) стає більше швидкості розширення вогненної кулі, ударна хвиля повністю сформувалася і відривається від вогняної кулі, несучи значну частку енергії ядерного вибуху. Каверна, що утворилася в результаті світлового тиску, схлопивается, вогненна куля перетворюється в хмару починає підніматися вгору, захоплюючи з собою з поверхні пил, грунт, предмети. Починається процес конвективного вирівнювання температур і тисків в місці вибуху з навколишнім середовищем. Вихор піднятою пилу і частинок грунту з землі прагне до вогняного кулі, утворюючи ніжку «ядерного гриба». Розвивається грибоподібну хмару, що продовжує зростати в висоту і в діаметрі. Після вирівнювання температур і тисків підйом пилу і частинок з землі припиняється, ніжка «гриба» зупиняється і осідає на землю, «капелюшок» перетворюється в темне хмара, що випадає опадами і розмиває вітрами.
При висотному ядерному вибуху «гриб» не утвориться, а при екзоатмосферном немає і хмари - за відсутності атмосфери йому нема з чого утворюватися. Ефекти при наземному ядерному вибуху схожі з ефектами атмосферного ядерного вибуху в приземному шарі, але світиться область матиме форму півсфери, а не кулі, навіть при незначному заглибленні підривного пристрою в землю можливе утворення кратера значних розмірів. Ефекти при підземному ядерному вибуху залежать від потужності заряду, глибини його залягання і характеру гірських порід в місці вибуху. Після вибуху може утворитися як порожнину без видимих наземних змін ландшафту, так і курган, кратер або кальдера. Наземний і підземний ядерні вибухи супроводжуються суттєвим землетрусом.
Описані вище ефекти характерні для будь-якого вибуху великої потужності, наприклад яскравий спалах і високу грибоподібну хмару з'явилися після вибуху навантаженого вибухівкою (до 3-4 кілотонн тротилу і ПІКРАТ в сумі) військового транспорту «Монблан» в канадському Галіфаксі в 1917 році.