Характеристика источников чрезвычайных ситуаций

Характеристика основных видов оружия массового поражения

В жизни очень часто новейшие открытия, в т. ч. и радиоактивности, используются против человека. 1896 г. - француз Анри Беккерель обнаружил следы каких-то излучений от минерала, содержащего уран. 1898 г. - супруги Кюри обнаружили, что уран после излучения превращается в др. химические элементы, которые были названы полонием и радием. Пробирка с радием, положенная в карман Беккереля, вызвала ожог кожи. Атом стал объектом исследования ученых.

Энергия, выделяющаяся при делении ядер тяжелых элементов, названная ядерной энергией (ЯЭ), была использована в атомных бомбах, сброшенных американцами на Хиросиму (6 августа 1945 г.) и Нагасаки (9 августа 1945 г.). При делении U-235 и Pu-239 образуются радионуклиды (РН), 2-3 тепловых нейтрона, гамма-лучи и ЯЭ.

Ядерное оружие (ЯО) - это оружие массового поражения (ОМП) взрывного действия, основанное на использовании ядерной энергии, выделяющейся при цепных реакциях деления тяжелых ядер некоторых изотопов урана (U-233, 235) и плутония (Pu-239) и при термоядерных реакциях синтеза легких изотопов водорода (дейтерия D и трития Т) в более тяжелые (например, ядра изотопов гелия Не).

Таким образом, внутриядерная энергия выделяется при делении тяжелых ядер некоторых изотопов урана и плутония, а также при соединении (термоядерных реакциях синтеза) легких ядер - изотопов водорода (дейтерия и трития).

Важнейшей характеристикой цепной ядерной реакции деления является коэффициент развития реакции (Крр), который определяет отношение числа делений ядер в данном цикле к числу делений в предыдущем цикле реакции. Если Крр > 1, то реакция развивается с ускорением, при Крр = 1 - с постоянной скоростью, а если Кр - затухающая.

Количество ядерного взрывчатого вещества (ЯВВ), в котором протекает самоподдерживающаяся реакция деления, с Крр = 1 называется критической, с Крр > 1 - надкритической, а Кр - подкритической массой. Критическая масса зависит от содержания делящегося изотопа в ЯВВ (%), среднего количества нейтронов, образующихся в одном акте деления ядра (U-235 2,47 нейтрона, Pu-239 3,09), плотности вещества, геометрической формы заряда, наличия отражателя нейтронов.

Ядерные боеприпасы бывают двух типов - пушечного и имплозивного.

В ядерных боеприпасах (ЯБ) пушечного типа несколько кусков ЯВВ с подкритической массой (Крр < 1) взрывом обычных взрывчатых веществ (ВВ) соединяются в один с надкритической массой (Крр > 1). В ЯБ имплозивного типа сферический заряд ЯВВ подкритического состояния (малой плотности) с помощью взрыва обычных ВВ обжимается и уплотняется до надкритического состояния. Начинается лавинообразная цепная реакция деления ядер ЯВВ под воздействием тепловых нейтронов и происходит ядерный взрыв. Мощность боеприпасов деления ("атомных" бомб) ограничена значением " 100 кт.

Термоядерная реакция (при синтезе дейтерия Д и трития Т) происходит по следующей схеме:

D + T ₂He⁴ + n + 17,6 МэВ;

₂He⁴ + n + 3,25 МэВ;

D + D

+ ₁Н¹ + 4 МэВ;

Т + Т ₂He⁴ + 2n + 11,3 МэВ.

Вышеприведенные реакции синтеза возможны при температуре в несколько миллионов градусов. В связи с этим в качестве детонатора для начала реакции синтеза легких элементов в термоядерных боеприпасах ("водородная" бомба) используются ЯВВ (U-233, U-235, Pu-239). В последующем эта реакция поддерживается за счет собственной энергии.

Реакция соединения D и Т обеспечивает максимальное выделение энергии и испускание нейтронов с высокой энергией, способных вызвать деление ядер изотопа U-238, которого в природном уране содержится более 99%.

В качестве термоядерного горючего используется дейтерид лития ₃Li⁶D. При взрыве детонатора (ЯВВ) свободные нейтроны вступают в реакции с изотопом лития (₃Li⁶) по схеме:

₃Li⁶ + n T + ₂He⁴ + 4,8 МэВ.

Образовавшийся дорогой тритий (1 г трития в 500 раз дороже 1 г плутония) вступает в основную термоядерную реакцию, при которой выделяется до 70% энергии.

Изготавливая корпус термоядерного боеприпаса из относительно дешевого U-2, создают трехфазные (деление-синтез-деление) боеприпасы неограниченной мощности.

Мощность ядерного взрыва принято характеризовать тротиловым эквивалентом, т. е. массой обычного ВВ (тринитротолуола в тоннах, килотоннах, мегатоннах), энергия взрыва которого эквивалентна энергии взрыва данного ядерного боеприпаса. 1 килотонна ТНТ - это 4-этажный дом, сложенный из толовых шашек, при взрыве выделяет энергию 109 калорий.

По мощности ядерные боеприпасы подразделяются на сверхмалые (менее 1 кт), малые (1-10 кт), средние (10-100 кт), крупные (100-1000 кт) и сверхкрупные (более 1000 кт).

Разновидностью ядерного оружия являются нейтронные боеприпасы - малогабаритные термоядерные боеприпасы мощностью не более 10 кт, у которых основная доля энергии выделяется за счет реакций синтеза дейтерия и трития.

Тритий и дейтерий в состав заряда могут входить в виде твердого вещества - гидрида металла или содержаться в сжатом газообразном состоянии. Для нейтронного боеприпаса с тротиловым эквивалентом 2 кт необходимо 25 г смеси дейтерия и трития (D + Т) и 15 г трития (Т).

Поражающие факторы ядерного оружия

При взрыве ядерного боеприпаса за миллионные доли секунды в ограниченном объеме выделяется колоссальное количество энергии. Температура повышается до нескольких миллионов градусов, а максимальное давление расширяющегося воздуха может достигать миллиардов атмосфер. За счет высокой температуры формируется шаровая светящаяся область, излучающая мощный поток фотонов - световое излучение.

Мощный поток нейтронов и g-квантов, особенно при взрыве термоядерных боеприпасов, образует проникающую радиацию. В результате взаимодействия гамма-излучений с атомами воздуха образуется поток быстрых электронов, который приводит к возникновению электромагнитного импульса (ЭМИ). Область повышенного давления, распространяясь со сверхзвуковой скоростью, формирует ударную волну.

При наземном ядерном взрыве под воздействием высокой температуры значительное количество грунта плавится, испаряется, перемешивается с радиоактивными веществами и вовлекается восходящими потоками воздуха в пылевой столб характерной грибовидной формы. Радиоактивное облако перемещается по направлению ветра, а выпадающие из него частицы формируют след облака - радиоактивное заражение местности.

Таким образом, поражающими факторами ядерного взрыва являются световое излучение, проникающая радиация, электромагнитный импульс, ударная волна и радиоактивное заражение.

Воздействие поражающих факторов на людей и объекты зависит от типа ядерных боеприпасов и их мощности, а также от среды, в которой произведен ядерный взрыв (вида взрыва). Возможные виды взрыва: подземный, наземный, воздушный - до 10 км, высотный > 10 км, подводный, надводный.

Условно считают, что при воздушном ядерном взрыве 50% поражений наносится ударной волной, 30% - световым излучением, 15% - радиоактивным заражением и 5% - проникающей радиацией и ЭМИ. При взрыве нейтронного боеприпаса до 70% энергии расходуется на проникающую радиацию.

Световое излучение

Под световым излучением ядерного взрыва (СИЯВ) понимают электромагнитное излучение оптического диапазона в видимой, ультрафиолетовой и инфракрасной областях спектра. Источником светового излучения является светящаяся область взрыва, состоящая из нагретых до высокой температуры (максимум 8000-10 000 и минимум 1800 °С) паров конструкционных материалов боеприпаса и воздуха, а при наземных взрывах - и испарившегося грунта.

Продолжительность светового излучения (t_св) зависит от мощности (q, кт) и вида ядерного взрыва и может достигать десятков секунд.

t_св = ³q ,c.

При воздушном ядерном взрыве боеприпаса мощностью 10 Мт световое излучение продолжается 23 секунды, а 1 Мт - 10 сек.

Основным поражающим параметром светового излучения является световой импульс (U).

Световой импульс - количество (плотность потока) энергии светового излучения, падающей за все время излучения на единицу площади неподвижной неэкранированной поверхности, расположенной перпендикулярно к направлению прямого излучения, без учета отраженного излучения. Световой импульс измеряется в джоулях на квадратный метр (Дж/м²) или в калориях (внесистемная единица измерения) на квадратный сантиметр (кал/см²). 1 кал/см² 4,2 x 104 Дж/м². Световой импульс зависит от мощности и вида взрыва, расстояния от центра взрыва и ослабления светового излучения в атмосфере, а также от экранирующего воздействия дыма, пыли, растительности, неровностей местности и т. д.

Для воздушного ядерного взрыва, если излучение распространяется равномерно во всех направлениях, световой импульс может быть рассчитан по формуле:

где Е_изл - энергия светового излучения ядерного взрыва, равная примерно 1/3 полной энергии взрыва (для мощности взрыва в 1 кт полная энергия равна 108 кал или 4,18 x 1012 Дж);

К - коэффициент пропускания (изменяется в зависимости от расстояния до центра взрыва R и состояния атмосферы).

Тяжесть поражения людей световым излучением определяется не только степенью ожога, но и площадью - размерами обожженных участков кожи.

Потеря работоспособности персонала объектов экономики и населения будет наблюдаться при ожогах открытых участков кожи второй и третьей степени или при ожогах второй степени под одеждой (не менее 3% поверхности тела).

Световое излучение вызывает три вида поражений глаз: временное ослепление, которое может длиться до 30 мин.; ожоги глазного дна, возникающие при фиксированном взгляде на светящуюся область взрыва; ожоги роговицы и век, возникающие на тех же расстояниях, что и ожоги кожи.

Степень воздействия светового излучения на элементы объектов экономики зависит от свойств и конструкционных материалов и может вызвать оплавление, обугливание и воспламенение различных материалов, в результате чего возникают пожары. Обычно критическое значение светового импульса для древесины и ткани составляет около 400 кДж/м².

Радиоэлектронная, особенно полупроводниковая, аппаратура весьма чувствительна к температурному режиму. При повышении температуры она может снижать технические характеристики и даже выходить из строя.