2. Підземний ядерний вибух 4
2.1. Вражаючі фактори підземного ядерного вибуху 6
Дія ядерної зброї заснована на використанні енергії, що виділяється при ядерних перетвореннях. Залежно від принципів використання цієї енергії розрізняють три види ядерних боєприпасів: атомні. термоядерні і комбіновані.
При вибухах атомних боєприпасів в результаті ланцюгової реакції поділу ядер атомів важких елементів (плутонію, ізотопів урану) виділяється енергія. Реакція полягає в тому, що при бомбардуванні урану-235 вільниминейтронами виникають елементи середньої частини періодичної системи Менделєєва.
Дія термоядерних боєприпасів засноване на використанні енергії, що виділяється при реакції синтезу ядер легких елементів (дейтерію і тритію) в умовах надзвичайно високих температур. Термоядерна реакція - реакція синтезу легких ядер у важчі. Такі реакції відбуваються в надрах зірок, на сонце і т. Д. При таких температурах речовина існує тільки у вигляді плазми. Але створення високої температури необхідно тільки в перший момент часу, щоб «запалити» реакцію, а потім вона існує сама за рахунок виділення енергії при синтезі ядер.
В основу дії комбінованих боєприпасів покладено властивість атомів природного урану (уран-238) ділиться під дією швидких нейтронів, що утворюються при термоядерної реакції.
Вид ядерного вибуху характеризується розташуванням центру вибуху по відношенню до поверхні землі (води). Виходячи з цього, розрізняють кілька їх видів, що розрізняються за своїм вражаючій дії:
1) Висотні вибухи. До них прийнято відносити вибухи, проведені на висоті більше 30 кілометрів від поверхні землі (води). При цьому радіоактивного зараження місцевості може не бути зовсім, це обумовлюється тим, що пиловий стовп ( «ніжка») і хмара ( «капелюшок») не контактують.
2) Повітряні вибухи. До них відносяться вибухи, проведені на висоті, меншій 30 кілометрів, але при цьому утворюється вогненна куля не стикається з поверхнею землі (води). Радіоактивне зараження місцевості найчастіше обмежується районом ядерного вибуху. У радіоактивна хмара потрапляє значно менше грунту в порівнянні з наземними (надводними) і підземними (підводними) вибухами.
3) Наземні (надводні) вибухи. Вибухи, при яких світиться область стикається з поверхнею землі (води). За такого вибуху утворюється світиться півсфера, радіус якої приблизно в 1,3 рази перевищує радіус вогняної кулі повітряного вибуху тієї ж потужності. У вогненна куля залучається значна кількість грунту та інших матеріалів. Частина грунту випаровується, а більша частина оплавляється, утворюючи величезну кількість радіоактивних частинок, з яких згодом конденсуються радіоактивні продукти вибуху. У районі ядерного вибуху спостерігаються сильні потоки повітря, що спрямовувалися до центру вибуху і вгору слідом за хмарою. Захоплюється цими потоками частинки грунту разом з конденсувався на них радіоактивними речовинами потрапляють в хмару ядерного вибуху, так як в цьому випадку пилової стовп ( «ніжка») з моменту його утворення з'єднаний з хмарою ( «капелюшком»).
2. Підземний ядерний вибух.
Підземними ядерними вибухами називають вибухи, для ко-торих середовищем, навколишнього зону реакції, є грунт.
В результаті впливу рентгенівського випромінювання на ок-ружа зону реакції грунт його тонкий сферичний шар сильно прогрівається і перетворюється на розпечений газ, випромі-чення цього шару перетворює в розпечений газ наступного тонкий шар грунту і т. Д.
Таким чином, в грунті в результаті його пошарового про-Гревьє утворюється розпечений обсяг. Процес розширення цього обсягу в невозмущенном грунті називається теплової хвилею в грунті.
Всередині розжареного обсягу внаслідок великих градієнтів тиску на його кордоні виникають механічні возму-щення. У міру збільшення цього обсягу і зменшення тим-ператури середовища в ньому швидкість поширення теплової віл-ни зменшується швидше, ніж швидкість поширення хутра-нічних збурень. Починаючи з певного моменту часу, швидкість поширення механічних збурень на-чина перевищувати швидкість теплової хвилі і в навколишньому розпеченому обсязі грунту відбувається стрибкоподібне увели-чення тиску, щільності, температури і швидкості його дві-вання до максимальних значень. Процес поширення цих збурень називається ударною хвилею в грунті.
На відміну від вибуху в повітрі при ядерному вибуху в грун-ті ударна хвиля існує лише в самій ближній зоні.
Зі збільшенням відстані від центру вибуху збільшення давши-лення та інших збурень в грунті до максимальних зна-ний стає все більш плавним. Процес поширення плавно збільшуються тиску та інших збурень в грунті до їх максимальних значень називається хвилею сжа-ку.
Отже, на початковій стадії розвитку підземного ядерного вибуху в грунті виникають і поширюються теплова хвиля, ударна хвиля та хвиля стисла. В результаті їх воздейст-вия на навколишнє зону реакції грунтову середу в довкіл-ності вибуху виникають механічні коливання, звані сейсмовзривние хвилями, які поширюються Наболее-шие відстані.
Процеси розвитку підземного ядерного вибуху залежать від глибини закладення заряду в грунті.
Якщо підземний ядерний вибух відбувається на великій глибині, розширення знаходяться в невеликому обсязі під високим тиском розпечених газів і продуктів, утворивши-шихся в результаті термічних перетворень грунту, призводить до виникнення вибуховою порожнини, зон механічного руйнуючої-ня грунту, тріщин, пластичних деформацій і механічного -скіх коливань грунту.
Для більшості ґрунтових середовищ вибухова порожнина не стійка: відбувається обвалення покрівлі та вона заповнюється об-ломками породи.
При підземному ядерному вибуху на великій глибині прони-розкаювана радіація і газовий потік повністю поглинаються грунтом, радіоактивні продукти вибуху залишаються в порожнині і в товщі зруйнованої породи.
Підземні ядерні вибухи, при яких не відбувається розкриття грунтового купола і відсутній прямий вихід про-дуктів вибуху з його порожнини в атмосферу, називаються камуфлетного. Мінімальна глибина, починаючи з якої не спостерігається викид грунту, залежить від потужності вибуху і виду грунту. Орієнтовно вона становить м.
Вражаючими факторами камуфлетного ядерного вибуху є: сейсмовзривние хвилі і місцеву дію на грунт (порожнину і зони руйнування грунту, залишкові деформації в грунті, спучування, відколи і просідання грунту).
Якщо вибух відбувається на невеликій глибині, спочатку відбуваються ті ж процеси, що і при вибуху на великій глибині. Потім в результаті розширення вибуховий порожнини на поверхні землі виростає грунтовий купол, який тут же розкривається. Через розкрився купол з порожнини вириваючи-ються газоподібні продукти, внаслідок чого в повітрі обра-ся повітряна ударна хвиля і хмара вибуху. Вирвали-ся назовні гази піднімають з собою в атмосферу велику ко-личество грунту. У грунті утворюється воронка, навколо неї-навал грунту; виникають пилові освіти. Разом з га-зами і грунтом в атмосферу викидаються радіоактивні продукти, які, змішавшись з частинками пилу, в після-дме випадають і створюють сильне радіоактивне заражені-ня місцевості і повітря.
Підземні ядерні вибухи, при яких відбувається рас-криті купола і прорив газоподібних продуктів назовні з викидом в атмосферу грунту, називаються вибухами з викидом грунту. Відмінною особливістю таких вибухів є-ється освіту воронки в грунті і навала грунту навколо воронки.
Вражаючими факторами підземного ядерного вибуху з викидом грунту є: сейсмовзривние хвилі, місцеву дію вибуху (воронка, зони руйнування, спучування і на-вал грунту, каменепад), сильне радіоактивне зараження ме-стності і атмосфери, хмара вибуху, пилові освіти.
Проникаюча радіація і газовий потік при підземному ядерному вибуху на невеликій глибині практично повністю поглинаються грунтом.
2.1. Вражаючі фактори підземного ядерного вибуху
Основними вражаючими факторами підземного ядерного вибуху є: сёйсмовзривние хвилі, місцеву дію вибуху на грунт і радіоактивне зараження місцевості (при вибуху з викидом грунту).
Джерелом сейсмовзривних хвиль при підземному вибуху є передача енергії грунту безпосередньо в центрі вибуху. При цьому в грунті утворюється хвиля стиснення.
Хвиля стиснення-основний вражаючий фактор підземного ядерного вибуху, що визначає його дію на котлованні і підземні споруди; вона більш інтенсивна, ніж епіцентральная хвиля при наземному вибуху.
Параметрами сейсмовзривних хвиль, які характеризують-ють їх нищівну силу на заданій відстані від епіцентру вибуху, є: тиск (напруга), зміщення, швидкість зміщення і прискорення (перевантаження) грунту.
Під час вибуху з викидом грунту в районі епіцентру утворюється воронка. Близько 30-50% піднятого вибухом грунту падає назад у воронку, зменшуючи її глибину до так називає-мій видимої глибини воронки; інша частина грунту падає за межами воронки і утворює зону навала, яка через сильної радіоактивності і розпушеності грунту може ока-тися непрохідною для військ. Ширина зони навала склад-ляет два-три радіуса воронки, а максимальна висота гріб-ня навалу - 0,1 радіуса воронки.
Розміри воронки при підземних ядерних вибухах визна-ляють потужністю і глибиною вибуху і видом грунту. При збільшенні глибини вибуху до м розміри воронки і обсяг викинутого грунту збільшуються, а при подальшому заглибленні починають зменшуватися і при глибині більше м. Викид грунту не спостерігається.
Значення радіуса та глибини воронки при підземних вибухо-вах різної потужності в м'яких грунтах наведено в табл. 5.1. Ці значення дані для глибини вибуху м, що відповідає максимальному радіоактивному зараженню місцевості, і для глибини вибуху м, при якій по-Ронка має найбільші розміри. У скельних грунтах розмі-ри воронки на 10-20% менше, ніж в м'яких.
Значення радіуса та глибини воронки при підземному ядерному вибуху в м'якому грунті, м
При підземному вибуху з викидом грунту утворюється так-же повітряна ударна хвиля, параметри якої зменшуються зі збільшенням глибини вибуху. Під час вибуху на глибині м і більше повітряна ударна хвиля як вражаючий фактор практичного значення не має.
Вражаюча дія сейсмовзривних хвиль на заглиблений-ні споруди обумовлюється тим, що прихід хвилі в дан-ву точку викликає різке зміщення грунту, а разом з ним і споруд. Грунт і споруди зазнають тиску і де-формації. В результаті руйнуються або пошкоджуються споруди, виводяться з ладу озброєння та обладнання з-оружений, а також знаходиться в них особовий склад навіть в тих випадках, коли самі споруди не пошкоджуються. Крім того, можуть руйнуватися наземні промислові і цивільні будівлі в результаті коливань їх підстав.
При підземних вибухи з викидом грунту відбувається сильне радіоактивне зараження місцевості.
При вибухах на глибині м значна частина. радіоактивних речовин і велика кількість неактивного грунту викидаються в атмосферу. Грунт, змішуючись з ра-радіоактивними речовинами, утворює радіоактивний пил. Загальна кількість такої пилу при неглибоких підземних вибухах значно більше, ніж при наземних, що обумовлює підвищення ступеня зараження місцевості при цих вибухах в порівнянні з наземними. Форма заражених ділянок в райо-ні неглибокого підземного вибуху і на сліді, характер рас-пределеніе потужностей доз випромінювання на осі сліду і уменьше-ня їх у часі такі ж, як і при наземних вибухах.
У табл. 2 і 3 для прикладу наведені значення потужно-стей доз випромінювання в районі (з навітряного боку) і на осі сліду хмари підземного ядерного вибуху на глибині м, що відповідає максимальному радіоактивному зараженню місцевості.
У міру збільшення глибини вибуху кількість радіоактивних-тивних речовин, що викидаються в атмосферу, зменшується. У зв'язку з цим зменшується і ступінь зараження місцевості. При камуфлетних вибухах зараження місцевості в районі вибуху і на сліді хмари не відбувається. При цих вибухах в епіцентрі можливий тільки поступовий вихід в атмосферу радіоактивних газів (в основному радіоактивних ізотопів криптону і ксенону) через тріщини в грунті. Вихід радіоактивними-тивних газів може початися відразу, а при великій глибині через 10-20 годин після вибуху і тривати кілька діб. Радіоактивні гази можуть поширюватися в приземному шарі атмосфери на відстань до кількох сотень кілометрів від епі-центру вибуху.
Підземний ядерний вибух використовується в тих випадках, коли необхідно впливати на земні породи з метою перешкоди просуванню військам противника. Радіоактивне зараження при камуфлетном вибуху практично відсутня, хоча можливі викиди радіоактивного газу в атмосферу через тріщини в грунті. Світлове випромінювання також майже відсутня. Таким чином основним вражаючим фактором підземного ядерного вибуху є зміна сейсмічної структури місцевості.
Значення потужностей доз випромінювання радіоактивного зараження місцевості в районі підземного ядерного вибуху з навітряної сторони на 1 годину після вибуху, рад / год
епіцентру вибуху, м
10 20 50 100 200 500
50 465 1020 2600 4550 6050 8830