Классификационный
Классификационная структура
Ядерные боеприпасы. Источником энергии в ядерных боеприпасах является самоподдерживающаяся цепная реакция деления тяжелых ядер на тепловых нейтро-нах. Самоподдерживающейся цепной реакцией деления ядер называется реакция, ко-
5 Решетников В.М. Каф. 23 «Радиационной и химической защиты»
32
торая, начавшись делением одного или нескольких тяжелых ядер, продолжается в веществе без внешнего воздействия.
Изучение процесса деления урана показало, что под действием тепловых нейтронов делятся только уран-235, уран-233 и плутоний-239, а уран-238 поглощает тепловые нейтроны без деления.
Для инициирования самоподдерживающейся реакции деления теоретически необходим только один внешний нейтрон на всю массу ядерного заряда, причем лю-бой энергии. Захват нейтрона ядром урана-235 приводит к появлению возбужденного составного ядра 236 92U*, которое разделится на два осколка с выделением нейтронов и большого количества энергии (1.1).
| 235 92 U + 1 0 n = 236 92 U* → осколки + К n + E | (1.1) |
Способность урана или плутония при своем делении испускать несколько нейтронов лежит в основе получения цепной ядерной реакции. Сущность ее состоит в следующем. Каждое деление ядра урана-235 на 2 осколка (2 новых радиоактивных ядра) сопровождается появлением 2-3 свободных (вторичных) нейтронов. Условимся, что при каждом делении ядра урана появляется 2 вторичных нейтрона, которые пол-ностью используются для последующего деления ядер.
Тогда, сталкиваясь с двумя другими ядрами урана и вызывая их деление, обра-зуется уже 4 свободных нейтрона. Те, в свою очередь, вызывают деление четырех ядер, при этом появляются уже 8 вторичных нейтронов и так далее (рис. 1.1). Таким образом, число разделившихся ядер все время возрастает по закону геометрической прогрессии с освобождением колоссальной энергии без какого-либо внешнего воз-действия. Необходимым условием поддержания цепной реакции деления является то, чтобы на каждое разделившееся ядро приходилось в среднем не менее одного вто-ричного нейтрона, вызывающего деление следующего ядра. Число вторичных нейтронов, приходящееся в среднем на одно разделившееся ядро, называется коэф-фициентом развития цепной ядерной реакции деления Кn.
Рис.1.1. Цепная реакция деления урана-235
33
При коэффициенте развития реакции, превышающем единицу, число делящихся ядер лавинообразно нарастает, и реакция приобретает характер взрыва. Такое состоя-ние системы принято называть надкритическим (сверхкритическим). При коэффициен-те развития реакции деления меньше единицы, цепная ядерная реакция невозможна. Такое состояние системы принято называть подкритическим (докритическим).
Если коэффициент развития реакции равен единице, то цепная реакция проте-кает при постоянной скорости. Такое состояние системы принято называть критиче-ским. Оно возможно не в любой массе делящегося вещества, а в строго определенной.
Наименьшее количество делящегося вещества, в котором возможна цепная ядерная реакция с постоянной скоростью, называется критической массой.
Ядро урана-238 делится при захвате только быстрых нейтронов с энергией, превышающей 1,5 МэВ. Поглощение быстрого нейтрона ураном-238 дает возбужден-ное составное ядро, которое разделится на осколки с выделением нейтронов и энер-
гии (1.2)
| 238 92 U + 1 0 n ® 239 92 U* →осколки+К n+E | (1.2) |
Е >1,5МэВ
Однако последующий захват этих нейтронов ядрами урана-238 вызывает уже не деление, а реакцию радиационного захвата и цепная ядерная реакция прекращает-ся, для её поддержания необходима постоянная «подпитка» реакции быстрыми нейтронами.
В ядерном заряде так называемого пушечного типа ядерное взрывчатое веще-ство до момента взрыва разделено на несколько частей, масса каждого из которых меньше критической. Для быстрого перевода ядерного заряда в надкритическое со-стояние применяется взрыв обычных взрывчатых веществ. В момент взрыва этих ве-ществ все части ядерного заряда соединяются в единое целое, так что масса деляще-гося вещества становится больше критической. На рис. 1.2. представлена принципи-альная схема ядерных боеприпасов с зарядами данного типа.
Рис. 1.2. Схема устройства ядерного заряда пушечного типа
34
В момент взрыва ВВ плотность
До взрыва ВВ плотность ЯВВ нор-
ЯВВ выше нормальной, масса
мальная, масса меньше критиче-
больше критической
ской
Детонатор 
ЯВВ
Источник
заряд ВВ
отражатель
корпус
Рис. 1.3. Ядерный заряд имплозивного типа
В ядерном заряде имплозивного типа (рис. 1.3) делящееся вещество до момента взрыва представляет единое целое, но размеры и плотность его таковы, что система находится в подкритическом состоянии. Вокруг ядерного заряда расположены заряды обычного ВВ, при одновременном подрыве которых делящееся вещество подвергает-ся сильному обжатию, плотность его возрастает и заряд переходит в надкритическое состояние, происходит взрыв.
Термоядерные боеприпасы. Источником энергии в термоядерных боеприпасах является термоядерная реакция. Ядерные реакции, в которых кинетическая энергия
взаимодействующих ядер, необходимая для их слияния (синтеза), приобретается разогревом, называются термоядерными реакциями.
Для слияния атомных ядер необходимо преодолеть кулоновские силы отталки-вания, действующие между одинаково заряженными частицами. Сблизить ядра на та-кие расстояния, на которых начинают действовать ядерные силы притяжения, воз-
можно при высокой температуре реагирующей смеси, когда подвижность ядер значи-тельно возрастает, а, следовательно, и увеличивается вероятность протекания реакций синтеза. Реакции синтеза легких ядер протекают при температурах порядка десятков
миллионов и более градусов, создаваемых в результате самоподдерживающейся цеп-ной реакции деления атомного детонатора из урана-235.
В качестве исходного вещества для термоядерной реакции можно использовать твердое соединение дейтерида лития (LiD). При взрыве атомного детонатора заряд дейтерида лития нагревается до температуры 20…30 млн ºС. Одновременно с этим из зоны цепной реакции деления испускаются нейтроны, часть которых взаимодействует
с ядрами лития по схеме
| 6 3 Li + 1 0 n ® 4 2 Не + 3 1 Н + 4,8 МэВ | (1.3) |
Образовавшийся при этом тритий 3 1Н немедленно вступает в реакцию с дейте-рием 2 1Н
| 3 1 Н + 2 1 Н ® 4 2 Не + 1 0 n + 17,6 МэВ | (1.4) |
Образуется замкнутый цикл реакций с воспроизводством трития из лития, в ко-тором появляются нейтроны, имеющие энергию Е » 14 МэВ
35
| 6 3 Li 1® 4 2 | 1 Н |
| 3 1 Н + 2 | + 1 0 n |
Этот цикл обеспечивает высокоэффективное термоядерное взаимодействие и в то же время не требует введения трития извне.
Общее количество энергии, выделяющееся при реакции синтеза в 1 кг дейтери-ево-тритиевой смеси, примерно равно энергии взрыва 80 т тротила, что в 4 раза пре-восходит энерговыделение при реакции деления 1 кг урана.
Отношение количества энергии, выделившейся в результате реакции синтеза gтя к общей энергии взрыва g, называется коэффициентом термоядерности
| h тя | = | g тя | ×100 % | (1.5) | |
| g | |||||
Главными элементами ядерного заряда, основанного на реакции синтеза, явля-ются делящееся вещество (ЯВВ) и заряд для реакции синтеза, искусственный источник нейтронов, заряд обычного ВВ, отражатель нейтронов. Такой боеприпас называют термоядерным типа деление-синтез, схема такого боеприпаса представлена на рис. 1.4.
Ядерный детонатор
Заряд для реакции синтеза
LiD
Оболочка боеприпаса
Рис. 1.4. Схема устройства термоядерного заряда типа «деление-синтез»
Комбинированные боеприпасы. Образующиеся при термоядерных реакциях нейтроны, как уже говорилось, обладают очень большой энергией и могут вызвать деление ядер U-238. Это обстоятельство позволило создать комбинированные заряды, в которых реакция синтеза используется как мощный источник быстрых нейтронов, обусловливающих деление большого числа ядер U-238. Таким образом протекают три стадии реакций: сначала деление, потом синтез и снова деление. Количество выде-лившейся энергии становится еще больше, такие боеприпасы называют комбиниро-ванными типа деление-синтез-деление.
Нейтронные боеприпасы. Нейтронный боеприпас представляет собой малога-баритный термоядерный заряд мощностью не более 10 тыс. т, у которого основная доля энергии выделяется за счет реакции синтеза ядер дейтерия и трития.
36
источники
нейтронов
детонатор
смесь дейтерия
и трития
D + Т
заряд ВВ
| отражатель | заряд 239Рu | |
| нейтронов | ||
Рис. 1.5. Схема устройства нейтронного боеприпаса
3 1 H + 2 1 H ® 4 2 H e + 1 0 n + 17,6 МэВ (1.6)
Нейтронная составляющая проникающей радиации и будет оказывать основное поражающее действие на личный состав.
В отличие от термоядерных боеприпасов большой мощности в нейтронных бо-еприпасах считается предпочтительным использовать смесь дейтерия с тритием. По-лучать тритий в ходе ядерных реакций считается невыгодно, так как это связано со значительным расходом образовавшихся нейтронов, взаимодействующих с литием.
Разнообразие устройства и калибров ядерных зарядов позволяет использовать
их различными способами.
Ядерное оружие может быть применено для двух различных целей. Во-первых,
оно может быть использовано для непосредственного воздействия на войска и техни-ку противника на поле боя. Во-вторых, ядерное оружие может быть применено для нанесения мощных ударов по важнейшим промышленным, транспортным и полити-ческим центрам противника.
В соответствии с решаемыми задачами ядерное оружие подразделяют на так-тическое и стратегическое.
Тактическое ядерное оружие может быть различных калибров и иметь троти-ловые эквиваленты примерно от 1000 до 50 000 т. Заряды наименьших калибров мо-гут быть применены по переднему краю противника, в зенитной артиллерии для по-ражения самолетов противника, а также в воздушном бою. Возможно широкое при-менение ядерных зарядов в морских боеприпасах: в морских торпедах, минах, глу-бинных бомбах. Они могут применяться также для создания заграждений на суше и для ведения различных взрывных работ в грунтах и горных породах.
Способами доставки ядерных зарядов к целям могут быть неуправляемые и управляемые реактивные снаряды (ракеты) с разными дальностями стрельбы, самоле-ты, а также ствольная артиллерия более крупных калибров.
Средствами доставки ядерных боеприпасов могут являться баллистические ра-кеты, крылатые и зенитные ракеты, авиация. Ядерные боеприпасы применяются для снаряжения авиабомб, фугасов, торпед, артиллерийских снарядов.
37
1.1.2. Средства и способы защиты от поражающих факторов ядерного взрыва 6
В процессе развития физических явлений, сопровождающих ядерный взрыв в воздухе, возникают воздушная ударная волна, световое излучение, проникающая ра-диация, электромагнитный импульс, а также создается радиоактивное загрязнение местности и объектов.
Воздушная ударная волна поражает людей, разрушает боевую технику, воору-жение и различные сооружения.
Световое излучение способно вызвать возгорание различных материалов, иму-щества, боевой техники и сооружений. У людей и животных оно вызывает ожоги ко-жи, поражение глаз и временное ослепление.
Проникающая радиация, воздействуя на людей и животных, вызывает у них специфическое заболевание – лучевую болезнь. Действуя на оптику, проникающая радиация может вызвать ее потемнение. Светочувствительные фотоматериалы под действием проникающей радиации становятся непригодными к использованию.
Радиоактивное загрязнение местности и объектов оказывает на людей и живот-ных такое же поражающее действие, как и проникающая радиация.
Электромагнитный импульс при отсутствии специальных мер защиты может повреждать аппаратуру управления и связи, нарушать работу электрических устройств, подключенных к протяженным наружным линиям.
Ударная волна представляет собой область резкого и значительного по величине сжатия среды, распространяющуюся от центра взрыва со сверхзвуковой скоростью.
Она может распространяться в воздухе, воде и грунте. В связи с этим ее назы-вают воздушной ударной волной, ударной волной в воде или сейсмовзрывной волной в грунте.
Большинство разрушений и повреждений вооружения, боевой техники и со-оружений обусловлено воздействием ударной волны. Заметим, что защищать различ-ного рода сооружения и объекты от воздействия ударной волны достаточно трудно. Это дает право считать ударную волну одним из главных поражающих факторов.
На достаточно большом расстоянии от центра взрыва ударная волна представ-ляет собой двухслойную сферическую область сильно сжатого и разреженного возду-ха, распространяющуюся от центра взрыва со сверхзвуковой скоростью (рис. 1.6).
Рис. 1.6. Структура ударной волны
6 Решетников В.М. Каф. 23 «Радиационной и химической защиты»
38
В наружном слое давление воздуха выше атмосферного (зона сжатия). В зоне сжатия воздух движется в направлении от центра взрыва, а в зоне разрежения – в об-ратном направлении. На рис. 1.7 приведена кривая изменения давления во времени при прохождении ударной волны через фиксированную точку безграничного воздуш-ного пространства.
P
Рф
Рф
А
Р0
t
Θ τ+ τ-
Рис. 1.7. Изменение давления во времени при прохождении ударной волны через фиксированную точку пространства
В точку А (рис. 1.7.) пространства ударная волна приходит спустя некоторое время после взрыва. До прихода фронта ударной волны в данной точке имеет место атмосферное давление Ро, а в момент прихода давление резко возрастает до величины давления во фронте ударной волны – Рф. Разность давлений во фронте ударной волны и атмосферного (Рф - Ро = DРф) называется избыточным давлением во фронте удар-ной волны. За фронтом ударной волны давление быстро падает и через некоторое время после прихода ударной волны становится меньше атмосферного, а затем вос-станавливается до первоначального значения. Аналогичным образом изменяются плотность воздуха и его температура.
Время t+, в течение которого давление в ударной волне сохраняется выше ат-мосферного, называется фазой сжатия, а время t-, в течение которого давление оста-ется ниже атмосферного, – фазой разрежения.
К основным параметрам поражающего действия ударной волны относятся: из-быточное давление во фронте ударной волны, время действия ударной волны, ско-ростной напор.
Избыточное давление является основной характеристикой фазы сжатия, кото-рая определяет поражающее действие ударной волны на объекты. Величина избыточ-ного давления во фронте ударной волны при ее распространении в однородной без-граничной атмосфере зависит от мощности взрыва и расстояния до его центра. Изме-ряется избыточное давление в кгс/см2 (Па).
Время действия ударной волны определяется длительностью действия фазы сжатия. При увеличении мощности взрыва и расстояния до его центра время действия фазы сжатия увеличивается. Измеряется в секундах.
39
Скоростной напор (DРск ) – это динамическое давление движущихся масс воз-духа во фронте ударной волны. Он является горизонтальной нагрузкой и характери-зуется метательным действием ударной волны. Измеряется скоростной напор в кгс/см2 (Па).
Характер и степень поражения людей и различного рода объектов ударной волной ядерного взрыва зависит в основном от величины избыточного давления во фронте ударной волны, а также от условий расположения войск и населения, степени их укрытости в момент взрыва. При прохождении ударной волны люди и различные объекты испытывают поражающее воздействие избыточного давления и метательное действие скоростного напора.
Поражающее действие ударной волны может быть непосредственным и кос-венным (движущимися обломками и отдельными предметами). Часто поражения бу-дут вызываться совместным воздействием как непосредственных, так и косвенных факторов.
Наибольшую опасность косвенные поражения людей будут представлять при их нахождении в лесу и населенных пунктах. Поэтому в этих условиях необходимо предусматривать защиту населения от обломков и других движущихся предметов.
Непосредственное поражение людей ударной волной является следствием рез-кого повышения давления вокруг организма и одностороннего воздействия движуще-гося воздуха. При подходе ударной волны в результате воздействия давления отраже-ния тело человека испытывает мгновенный удар и в тканях тела возникает волна сжа-тия, вызывающая повреждение внутренних органов.
Поскольку размеры человека невелики (относительно ударной волны), то удар-ная волна быстро охватывает тело человека и сжимает его со всех сторон. Сильное сжатие и последующее разрежение вызывают кровоизлияния, разрывы барабанных перепонок и органов брюшной и грудной полостей. Особенно уязвимы легкие. При значительных давлениях воздух может попадать в легочные вены, а через них – в сердце и артерии. При этом смерть может быстро наступить от воздушной эмболии в сосудах сердца и мозга или от удушья при отеке легких или кровоизлияния в них.
Одновременно скоростной напор создает большое одностороннее направленное давление, которое может отбросить человека. Поражения при отбрасывании человека наиболее вероятны в момент его удара о твердую преграду. Действие скоростного напора на человека зависит от его положения к моменту подхода ударной волны. Например, при давлении 0,5 кгс/см2 на человека в положении лежа действует сила скоростного напора, равная 50…100 кг, а в положении стоя сила давления скоростно-го напора может возрасти до 1000 кг. В последнем случае человек может быть от-брошен с большой (до 8…10 м/с) скоростью по направлению движения ударной вол-ны на расстояние в несколько десятков метров. Тяжесть поражения человека опреде-ляется параметрами ударной волны, условиями его расположения, степенью укрытия
и др. факторами. В зависимости от этих условий возможны легкие, средние, тяжелые
и крайне тяжелые (смертельные) поражения. В табл. 1.2. показана ориентировочная зависимость степени поражения от величины избыточного давления во фронте удар-ной волны при открытом расположении людей на местности.
При тяжелых поражениях наблюдаются травмы головного мозга, повреждения органов грудной и брюшной полости, переломы костей, кровотечение из носа и ушей. Пострадавшие с такими поражениями нуждаются в немедленной госпитализации и продолжительном (более 3 мес.) лечении. В процессе лечения возможны смертельные исходы.
40
При поражении средней тяжести могут быть ушибы тела, разрывы барабанных перепонок и другие повреждения. После травмы длительное время наблюдаются го-ловные боли, нарушается память, возникают расстройства речи и слуха, кровотечение из ушей и носа. Такие пораженные нуждаются в госпитализации на различные сроки (до 3 мес.). В большинстве случаев лечение заканчивается выздоровлением.
| Таблица 1.2. | |||
Дата: 2019-02-25, просмотров: 350. 
Материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления пользователям Интернета и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав.
© 2018 - 2024
| |||