Килотонны ужаса или что такое ядерный взрыв?

Вариации пусков

Управляемые ракеты — главный носитель ядерного оружия. Ракеты межконтинентальной дальности с ядерными боевыми частями — наиболее грозная составляющая ядерных арсеналов. Боеголовка (боевой блок) доставляется к цели за минимальное время, при этом представляет собой трудно поражаемую цель. С ростом точности попадания МБР превратились в средство поражения хорошо защищенных целей, включая жизненно важные объекты военного и гражданского назначения. Существенно повысили эффективность ракетно-ядерного оружия разделяющиеся боеголовки. Так, 20 боеприпасов по 50 кт по эффективности аналогичны одному в 10 Мт. Разделившиеся головки индивидуального наведения легче прорывают систему противоракетной обороны (ПРО), чем моноблочная. Разработка маневрирующих боевых блоков, траекторию которых противник не может просчитать, еще более затруднила работу ПРО.

МБР наземного базирования сейчас устанавливают либо в шахты, либо на мобильные установки. Шахтная установка — наиболее защищенная и готовая к немедленному пуску. Американская ракета шахтного базирования «Минитмэн-3» может доставить на дальность до 13 000 км разделяющуюся боеголовку с тремя блоками по 200 кт каждый, российская Р-36М — на 10 000 км боеголовку из 8 блоков мегатонного класса (возможна и моноблочная боевая часть). «Минометный» пуск (без яркого факела двигателя), мощный комплекс средств преодоления ПРО усиливают грозный облик ракет Р-36М и Н, названных на Западе SS-18 «Сатана». Но шахта стационарна, как ее ни прячь, и со временем ее точные координаты окажутся в полетной программе боевых блоков противника. Другой вариант базирования стратегических ракет — мобильный комплекс, с помощью которого можно держать противника в неведении о месте пуска. Например, боевой железнодорожный ракетный комплекс, замаскированный под обычный состав с пассажирскими и рефрижераторными вагонами. Пуск ракеты (например — РТ-23УТТХ с 10 боевыми блоками и дальностью стрельбы до 10 000 км) можно произвести с любого участка пути железной дороги. Тяжелые вездеходные колесные шасси позволили разместить пусковые установки МБР и на них. Скажем, российская универсальная ракета «Тополь-М» (РС-12М2 или SS-27) с моноблочной боевой частью и дальностью полета до 10 000 км, поставленная на боевое дежурство в конце 1990-х, предназначена для шахтных и мобильных грунтовых установок, предусмотрено ее базирование и на подводные лодки. Боевая часть этой ракеты при весе 1,2 тонны имеет мощность 550 кт, то есть каждый килограмм ядерного заряда в данном случае эквивалентен почти 500 тоннам взрывчатки.

Основной способ повысить внезапность удара и оставить противнику меньше времени на реакцию — сократить подлетное время, разместив пусковые установки ближе к нему. Этим противостоящие стороны занимались весьма активно, создавая оперативно-тактические ракеты. Договор, подписанный М. Горбачевым и Р. Рейганом 8 декабря 1987 года, привел к сокращению ракет средней (от 1 000 до 5 500 км) и меньшей (от 500 до 1 000 км) дальности. Причем по настоянию американцев в Договор включили комплекс «Ока» с дальностью не более 400 км, не попадавший под ограничения: уникальный комплекс пошел «под нож». Но ныне уже разработан новый российский комплекс «Искандер».

Попавшие под сокращение ракеты средней дальности достигали цели всего за 6—8 минут полета, в то время как оставшиеся на вооружении межконтинентальные баллистические ракеты обычно находятся в пути 25—35 минут.

В американской ядерной стратегии уже лет тридцать важная роль отводится крылатым ракетам. Их достоинства — высокая точность, скрытность полета на малых высотах с огибанием рельефа, малая радиолокационная заметность и возможность нанесения массированного удара с нескольких направлений. Крылатая ракета «Томагавк», запускаемая с надводного корабля или подводной лодки, может донести ядерную или обычную боеголовку на дальность до 2 500 км, преодолевая это расстояние примерно за 2,5 часа.

Наземный ядерный взрыв

Такой взрыв происходит непосредственно на поверхности нашей планеты. Результатом такого взрыва является формирование светящейся области в виде полусферы, которая как бы лежит на поверхности земли. Также при таком взрыве наблюдается образование в грунте большой воронки, которая окружена валом земли. Габариты воронки могут быть разными и зависят от мощности взрыва. К примеру, диаметр воронки иногда достигает нескольких сотен метров.В случае наземного взрыва формируется огромное пылевое облако, а также столб пыли. Примечательно, что они больше, чем при воздушном взрыве. Отметим, что столб пыли соединяется с облаком еще в момент взрыва, вследствие чего в облако попадает огромный объем грунта, придающий ему темную окраску. В процессе перемешивания с радиоактивными соединениями, грунт приводит к тому, что они интенсивно выпадают из облака. Наземный взрыв приводит к радиоактивному заражению местности около места взрыва. и по следу движения облака значительно сильнее, чем при воздушном.

Прямое энергетическое действие.

Действие ударной волны.

Через долю секунды после взрыва от огненного шара распространяется ударная волна – как бы движущаяся стена горячего сжатого воздуха. Толщина этой ударной волны значительно больше, чем при обычном взрыве, и поэтому она дольше воздействует на встречный объект. Скачок давления причиняет ущерб из-за увлекающего действия, приводящего к перекатыванию, обрушению и разметыванию объектов. Сила ударной волны характеризуется создаваемым ею избыточным давлением, т.е. превышением нормального атмосферного давления. При этом пустотелые структуры легче разрушаются, нежели сплошные или армированные. Приземистые и подземные сооружения в меньшей мере подвержены разрушительному действию ударной волны, чем высокие здания. Тело человека обладает удивительной стойкостью к ударной волне. Поэтому прямое воздействие избыточного давления ударной волны не приводит к значительным людским потерям. Большей частью люди гибнут под обломками обрушивающихся зданий и получают травмы от быстро движущихся предметов. В табл. 1 представлен ряд различных объектов с указанием избыточного давления, вызывающего серьезные повреждения, и радиуса зоны, в которой наблюдается серьезное повреждение при взрывах мощностью 5, 10 и 20 кт тротилового эквивалента.

Действие светового излучения.

Как только возникает огненный шар, он начинает испускать световое излучение, в том числе инфракрасное и ультрафиолетовое. Происходят две вспышки светового излучения: интенсивная, но малой длительности, при взрыве, обычно слишком короткая, чтобы вызвать значительные людские потери, а затем вторая, менее интенсивная, но более длительная. Вторая вспышка оказывается причиной почти всех людских потерь, обусловленных световым излучением. Световое излучение распространяется прямолинейно и действует в пределах видимости огненного шара, но не обладает сколько-нибудь значительной проникающей способностью. Надежной защитой от него может быть непрозрачная ткань, например палаточная, хотя сама она может загореться. Светлоокрашенные ткани отражают световое излучение, а поэтому требуют для воспламенения большей энергии излучения, чем темные. После первой вспышки света можно успеть спрятаться за тем или иным укрытием от второй вспышки. Степень поражения человека световым излучением зависит от того, в какой мере открыта поверхность его тела. Прямое действие светового излучения обычно не приводит к большим повреждениям материалов. Но поскольку такое излучение вызывает возгорание, оно может причинять большой ущерб вследствие вторичных эффектов, о чем свидетельствуют колоссальные пожары в Хиросиме и Нагасаки.

Проникающая радиация.

Начальная радиация, состоящая в основном из гамма-излучения и нейтронов, испускается самим взрывом в течение примерно 60 с. Она действует в пределах прямой видимости. Ее поражающее действие можно уменьшить, если, заметив первую взрывную вспышку, сразу спрятаться в укрытие. Начальная радиация обладает значительной проникающей способностью, так что для защиты от нее требуется толстый лист металла или толстый слой грунта. Стальной лист толщиной 40 мм пропускает половину падающей на него радиации. Как поглотитель радиации сталь в 4 раза эффективнее бетона, в 5 раз – земли, в 8 раз – воды, и в 16 раз – дерева. Но она в 3 раза менее эффективна, чем свинец. Остаточная радиация испускается длительное время. Она может быть связана с наведенной радиоактивностью и с радиоактивными осадками. В результате действия нейтронной составляющей начальной радиации на грунт вблизи эпицентра взрыва грунт становится радиоактивным. При взрывах на поверхности земли и на небольшой высоте наведенная радиоактивность особенно велика и может сохраняться длительное время. «Радиоактивными осадками» называется загрязнение частицами, выпадающими из радиоактивного облака. Это частицы делящегося материала самой бомбы, а также материала, затянутого в атомное облако с земли и ставшего радиоактивным в результате облучения нейтронами, высвобождающимися в ходе ядерной реакции. Такие частицы постепенно оседают, что приводит к радиоактивному загрязнению поверхностей. Более тяжелые из них быстро оседают неподалеку от места взрыва. Более легкие радиоактивные частицы, уносимые ветром, могут оседать на расстоянии многих километров, заражая большие площади на протяжении длительного времени. Прямые людские потери от радиоактивных осадков могут быть значительны вблизи эпицентра взрыва. Но с увеличением расстояния от эпицентра интенсивность радиации быстро уменьшается.

Что такое атомная бомба?

Принцип действия атомной бомбы основан на использовании энергии, возникающей в результате нарастающей цепной реакции, вызванной делением (расщеплением) тяжелых ядер плутония или урана-235 с последующим образованием более легких ядер.

Сам процесс называют однофазным, и протекает он следующим образом:

После детонации заряда вещество, находящееся внутри бомбы (изотопы урана или плутония), переходит в стадию распада и начинает захват нейтронов.

Процесс распада нарастает, как снежная лавина. Расщепление одного атома приводит к распаду нескольких. Возникает цепная реакция, ведущая к разрушению всех атомов, находящихся в бомбе.

Начинается ядерная реакция. Весь заряд бомбы превращается в единое целое, и его масса переходит свою критическую отметку. Причем вся эта вакханалия длится очень недолго и сопровождается мгновенным выделением огромного количества энергии, что в конечном итоге и приводит к грандиозному взрыву.

Кстати, эта особенность атомного однофазного заряда – быстро набирать критическую массу – не позволяет бесконечно увеличивать мощность данного вида боеприпаса. Заряд может быть мощностью сотни килотонн, но чем ближе он к мегатонному уровню, тем меньше его эффективность. Он просто не успеет полностью расщепиться: произойдет взрыв и часть заряда так и останется неиспользованной – ее разметает взрывом. Эта проблема была решена в следующем виде атомного боеприпаса – в водородной бомбе, которая также называется термоядерной.

Что происходит при ядерном взрыве?

После начала реакции в течение короткого периода времени и в очень ограниченном объеме выделяется значительное количество тепловой и лучистой энергии. В результате в центре ядерного взрыва до огромных значений возрастает температура и давление. Издалека эта фаза воспринимается, как очень яркая светящаяся точка. На этом этапе большая часть энергии превращается в электромагнитное излучение, в основном в рентгеновской части спектра. Оно называют первичным.

Окружающий воздух нагревается и вытесняется с точки взрыва со сверхзвуковой скоростью. Формируется облако и образуется ударная волна, которая от него отрывается. Это происходит примерно через 0,1 мсек после начала реакции. По мере остывания облако увеличивается и начинает подниматься, увлекая за собой зараженные частицы грунта и воздух. В эпицентре образуется воронка от ядерного взрыва.

Ядерные реакции, происходящие в это время, становятся источником целого ряда различных излучений, от гамма-лучей и нейтронов до высокоэнергетических электронов и атомных ядер. Так возникает проникающая радиация ядерного взрыва – один из главных поражающих факторов ЯО. Кроме того, это излучение воздействует на атомы окружающего вещества, превращая их в радиоактивные изотопы, которые заражают местность.

Единственная защита от атомных бомб — атомные бомбы

Каждый новый способ уничтожения людей встречал противодействие в виде адекватного ответа. Так было всю историю человечества. Например, ответом на кавалерию были воины с пиками, а на огнестрельное оружие отреагировали различными видами брони.

Но это не сработало с атомным оружием, ведь противостоять ему по сути нечем. Здесь не спасет даже противоракетная оборона, ведь она, какой бы совершенной ни была, не способна остановить множество боеголовок.

Так что единственным способом защиты от атомной бомбардировки на сегодняшний момент являются собственные атомные бомбы. Только гарантированное взаимное уничтожение останавливает политиков от желания забомбить все в каменный век.

5. Существует страна, которая добровольно отказалась от атомного оружия

В то время, как многие страны мечтают получить в свои руки хотя бы одну боеголовку и средства доставки, чтобы диктовать миру или, по крайней мере, региону свою волю, на планете есть одно государство, которое добровольно отказалось от этого оружия при том, что самостоятельно его разработало, — ЮАР. Да, та самая небогатая страна в Южной Африке была одной из немногих, кто разработал и имел собственные бомбы в количестве шести штук. Они были уничтожены с окончанием апартеида в начале 1990-х годов.

6. 90% всех ядерных бомб находятся в России и США, но все их размещать нельзя

Когда говорят про «Ядерный клуб», то есть про страны, у которых есть ядерное оружие, а их всего девять, можно подумать, что количество бомб распределено более-менее равномерно с небольшим перевесом в сторону России и США. Но на самом деле у России 6,2 тысячи боеголовок, а у США 5,5. Следующая по списку Великобритания обладает всего 225 бомбами и ракетами.

Интересно то, что разместить сразу все эти тысячи боеголовок нельзя. По международным договорам, одновременно разместить разрешается не более 1550 на каждую страну, а остальные находятся на консервации.

7. Первая атомная бомба могла упасть на Москву, Лондон или Вашингтон

Возможно, ты слышал об атомном проекте Нацистской Германии

Вкратце, немцы были достаточно близки к разработке атомного оружия, но, ввиду множества ошибок в экспериментах, диверсий как со стороны ученых, понимавших, к чему это приведет, так и шпионов антигитлеровской коалиции, а также благодаря действиям партизан, особенно норвежских, которые уничтожили завод по производству тяжелой воды — важного вещества для атомных реакторов, у них ничего не получилось

И это хорошо, ведь нацисты создали средство эффективной доставки такого оружия на дальние расстояния — ракеты Фау-2. В отличие от обычных снарядов, которыми снабжались данные ракеты, ядерный не требовал высокой точности, так что, ударь нацисты несколькими по тому же Лондону, это привело бы к катастрофическим последствиям.

8. Часть энергии на АЭС вырабатывается из переработанных атомных бомб

Радиоактивный материал для создания ядерных бомб вырабатывается на атомных установках определенного типа, в некоторых случаях на специальных АЭС. Получается, что из мирного атома делают военный. Но есть и обратная ситуация, когда средство, созданное для убийства людей, служит на благо человечества.

В 1987 году СССР и США подписали договор о разоружении, который предусматривал сокращение ядерного арсенала примерно на 80%. Страны действительно начали массово уничтожать ядерные ракеты, но появилась проблема — было слишком много урана и плутония, который просто расточительно закапывать в бочках в подземных хранилищах. Тогда некогда военный атом пустили в мирное русло, и теперь около 10% ядерной энергии в России и США создается на радиоактивных материалах, когда-то стоявших в бомбах.

9. Существует ядерный взрыв, ответственность за который не взяла на себя ни одна страна

22 сентября 1979 года американский спутник «Vela» зарегистрировал вспышку, характерную для ядерного взрыва, на островах Принс-Эдуард, расположенных в Индийском океане. Началось расследование, которое так и не пришло к однозначному выводу. Более того, никто не взял на себя ответственность за этот взрыв, и он и по сей день является единственным испытанием ядерного оружия, о котором никто не заявил. Предполагается, что это было совместное испытание ядерного оружия ЮАР и Израиля либо только Израиля.

10. США планировали взорвать ядерную бомбу на Луне

В 1958 году правительство США обратилось к физику Леонарду Рейфелю, чтобы тот просчитал несколько вариантов по осуществлению амбициозного плана — взрыва атомной бомбы на Луне. Рейфель подготовил восемь отчетов, которые впоследствии были уничтожены. Проект разрабатывался только с одной целью — показать СССР военную мощь США в самом разгаре Холодной войны.

Замечание о бесконечности Вселенной

Вам может показаться, что когда вселенная возникает из области ограниченного размера, то, хотя она всегда и расширяется, она остается конечной. Это не так. Давайте рассмотрим расширение пузыря ложного, сверхплотного вакуума и превращение его в обычный:

Ложный вакуум начинает распадаться по центру картинки, и это явление распространяется в стороны быстрее света (оно не связано каузально, просто в других местах этот процесс немного отстает). Дальше у нас идут эпохи развития вселенной (масштаб неправильный), которые, из-за того что наш вакуум образовался в разное время, искривлены, так как несут память о начальном отставании. Любая горизонтальная прямая (срез) вселенной на определенный момент «времени» покажет, что вселенная конечна и немного неоднородна — есть центр, наиболее старый, и «края», которые продолжают расширяться.

Но как это воспримет наблюдатель внутри вселенной (frog’s view в терминологии Макса Тегмарка?)

В пространстве не развешаны часы, показывающие время, поэтому внутренний наблюдатель делает свои выводы по состоянию материи — насколько далеко прошла она от распада ложного вакуума. Изгиб начального пузыря очень мал и не наблюдаем. Поэтому кривые для внутреннего наблюдателя становятся прямыми, а Вселенная — бесконечной

То есть бесконечно расширяющееся конечная Вселенная предстает для внутреннего наблюдателя бесконечной. Происходит ре-интерпертация бесконечного времени (где происходит расширение) в бесконечность пространства.

Факторы поражения

Атомное оружие имеет несколько типов поражения:

• световое излучение,
• радиоактивное заражение,
• ударная волна,
• проникающая радиация,
• электромагнитный импульс.

Ядерный взрыв сопровождается яркой вспышкой, которая образуется из-за высвобождения большого количества световой и тепловой энергии. Сила этой вспышки во много раз выше, чем мощность солнечных лучей, поэтому опасность поражения светом и теплом распространяется на несколько километров.

Еще одним очень опасным фактором воздействия ядерной бомбы является радиация, образующаяся при взрыве. Она действует только первые 60 секунд, но обладает максимальной проникающей способностью.

Ударная волна имеет большую мощность и значительное разрушающее действие, поэтому в считанные секунды причиняет огромный вред людям, технике, строениям.

Проникающая радиация опасна для живых организмов и является причиной развития лучевой болезни у человека. Электромагнитный импульс поражает только технику.

Все эти виды поражений в совокупности делают атомную бомбу очень опасным оружием.

Надводный и подводный ядерные взрывы

Надводный взрыв по внешним признакам похож на наземный. Отличается он лишь тем, что грибовидное облако надводного взрыва имеет в своем составе плотный радиоактивный туман или водяную пыль. Основной характеристикой данного взрыва является образование поверхностных волн. Световое излучение ослаблено в результате процесса экранирования большим объемом водяного пара.Радиоактивное поражение всей акватории, берега и объектов наблюдается в результате выпадения радиоактивных соединений из облака взрыва. Такие взрывы производятся с целью ликвидации крупных надводных кораблей и объектов военно-морских баз, портов.Подводный взрыв осуществляется, соответственно, под водой. Отличительной особенностью такого взрыва можно назвать отсутствие вспышки и светящейся области. Если взрыв проводится на небольшой глубине, то над поверхностью воды наблюдается формирование полого столба воды, высота которого больше километра. Спустя несколько секунд после взрыва наблюдается разрушение водяного столба и в его основании формируется облако, которое называют базисной волной. Такая волна в своем составе имеет радиоактивный туман. Для нее характерно быстрое распространение все стороны от эпицентра взрыва. Также наблюдается выпадение радиоактивного дождя. В воде формируется ударная волна, а на ее поверхности – поверхностные волны, которые расходятся во все стороны. Высота волны составляет несколько десятков метров. Страшные последствия ядерного взрыва:

Выбор целей для атомного удара

Решившись на применение атомного оружия, американцами был образован специальный комитет. Члены комитета должны были выбрать японские города, на которые впоследствии должны быть сброшены бомбы. Главными критериями при выборе целей стали:

• Обязательное присутствие гражданских объектов вокруг выбранной мишени;
• Высокая значимость объекта, разрушение которого вызвало бы большой резонанс в обществе;
• Города не должны быть повреждены предыдущими бомбардировками, чтобы можно было точно оценить разрушительную мощность атомного оружия;
• Разрушение выбранного объекта должно нести с собой не только экономические потери, но и психологические.

Потенциальные города для бомбардировки

Среди потенциальных городов, на которые планировалось сбросить бомбы, были Киото, Хиросима, Иокогама и Кокура. В этих четырех мегаполисах располагались военные предприятия, а также индустриальные объекты, играющие важную роль в экономике страны.

Существует мнение, что одним из двух городов изначально должен был стать Киото, однако военный министр США Стимсон отверг данное предложение. Он объяснил это тем, что в Киото находилось множество разных достопримечательностей и исторических памятников.

Интересен факт, что бомбардировки Хиросимы и Нагасаки не рассматривались участниками комиссии всерьез. Точнее говоря, вторым атакуемым городом должен был быть Кокура, однако, в конечном счете, атомные бомбы были сброшены на Хиросиму и Нагасаки.

Согласно имплозивной схеме

При достаточном сближении ядер легких элементов между ними начинают действовать ядерные силы притяжения, что делает возможным синтез ядер более тяжелых элементов, который, как известно, продуктивнее распада. Полный синтез в 1 кг смеси, оптимальной для термоядерной реакции, дает энергии в 3,7—4,2 раза больше, чем полный распад 1кг урана 235 U. К тому же для термоядерного заряда не существует понятия критической массы, а именно это ограничивает возможную мощность ядерного заряда несколькими сотнями килотонн. Синтез позволяет достичь уровня мощности в мегатонны тротилового эквивалента. Но для этого ядра надо сблизить на такое расстояние, при котором проявятся сильные взаимодействия — 10 -15 м. Сближению препятствует электростатическое отталкивание между положительно заряженными ядрами. Чтобы преодолеть этот барьер, надо разогреть вещество до температуры в десятки миллионов градусов (откуда и название «термоядерная реакция»). При достижении сверхвысоких температур и состояния плотной ионизированной плазмы вероятность начала реакции синтеза резко повышается. Наибольшие шансы имеют ядра тяжелого (дейтерий, D) и сверхтяжелого (тритий, T) изотопов водорода, поэтому первые термоядерные заряды и именовали «водородными». При синтезе они образуют изотоп гелия 4 Нe. Дело остается за малым — достичь таких высоких температур и давления, какие бывают внутри звезд. Термоядерные боеприпасы делят на двухфазные (делениесинтез) и трехфазные (делениесинтез-деление). Однофазным делением считается ядерный или «атомный» заряд. Первая схема двухфазного заряда была найдена в начале 1950-х Я.Б. Зельдовичем, А.Д. Сахаровым и Ю.А. Трутневым в СССР и Э. Теллером и С. Уламом в США. В основе лежала идея «радиационной имплозии» — метода, при котором нагрев и обжатие термоядерного заряда происходят за счет испарения окружающей его оболочки. В процессе получался целый каскад взрывов — обычная взрывчатка запускала атомную бомбу, а атомная бомба поджигала термоядерную. В качестве термоядерного топлива тогда использовали дейтерид лития-6 (6 LiD). При ядерном взрыве изотоп 6 Li активно захватывал нейтроны деления, распадаясь на гелий и тритий, образуя необходимую для реакции синтеза смесь дейтерия и трития.

22 ноября 1955 года была взорвана первая советская термоядерная бомба проектной мощностью около 3 Мт (за счет замены части 6 LiD на пассивный материал мощность снизили до 1,6 Мт). Это было более совершенное оружие, нежели громоздкое стационарное устройство, взорванное американцами тремя годами ранее. А 23 февраля 1958 года уже на Новой Земле испытали следующий, более мощный заряд конструкции Ю.А. Трутнева и Ю.Н. Бабаева, ставший основой для дальнейшего развития отечественных термоядерных зарядов.

В трехфазной схеме термоядерный заряд окружен еще и оболочкой из 238 U. Под воздействием нейтронов высоких энергий, образующихся при термоядерном взрыве, происходит деление ядер 238 U, которое вносит дополнительный вклад в энергию взрыва.

Детонацию ядерных боеприпасов обеспечивают сложные многоступенчатые системы, включающие блокировочные устройства, исполнительные, вспомогательные, дублирующие узлы. Свидетельством их надежности и прочности корпусов боеприпасов может служить то, что ни одна из многих аварий с ядерным оружием, случившихся за 60 лет, не вызвала взрыва или радиоактивной утечки. Бомбы горели, попадали в авто- и железнодорожные катастрофы, отрывались от самолетов и падали на землю и в море, но ни одна при этом не взорвалась самопроизвольно.