Ядерный взрывЯ́дерный взрыв — неуправляемый процесс высвобождения большого количества тепловой и лучистой энергии в результате цепной ядерной реакции деления или реакции термоядерного синтеза за очень малый промежуток времени. По своему происхождению ядерные взрывы являются либо продуктом деятельности человека на Земле и в околоземном космическом пространстве, либо природными процессами на некоторых видах звёзд. Искусственные ядерные взрывы — мощное оружие, предназначенное для уничтожения крупных наземных и защищённых подземных военных объектов, скоплений войск и техники противника (в основном тактическое ядерное оружие), а также полное подавление и уничтожение противоборствующей стороны: разрушение больших и малых населённых пунктов с мирным населением и стратегической промышленности (Стратегическое ядерное оружие). Ядерный взрыв может иметь мирное применение: - перемещение больших масс грунта при строительстве;
- обрушение препятствий в горах;
- дробление руды;
- увеличение нефтеотдачи нефтяных местрождений;
- перекрывание аварийных нефтяных и газовых скважин;
- поиск полезных ископаемых сейсмическим зондированием земной коры;
- движущая сила для ядерных и термоядерных импульсных космических аппаратов, например нереализованный проект корабля "Орион" и проект межзвёздного автоматического зонда "Дедал");
- научные исследования: сейсмология, внутреннее строение Земли, физика плазмы и многое другое.
- В последнее время рассматривается возможность разрушения или изменения орбиты одного из астероидов, угрожающих столкновением с Землёй, путём ядерного взрыва в его окрестности.
Содержание- 1 Физические основы
- 1.1 Цепная реакция деления
- 1.2 Термоядерный синтез
- 2 Классификация ядерных взрывов
- 2.1 Классификация по мощности
- 2.2 Классификация по нахождению центра взрыва
- 3 Явления при ядерном взрыве
- 3.1 Специфичные только для ядерного взрыва
- 3.2 Характерные для сильного взрыва вообще
- 4 Применение ядерных взрывов
- 5 Природные ядерные взрывы
- 6 Примеры эффектов ядерного взрыва на различных расстояниях
- 6.1 Время взрыва
- 6.2 Воздушный взрыв
- 6.3 Наземный контактный взрыв
- 6.4 Взрыв у входа в тоннель
- 6.5 Подземный взрыв
- 7 См. также
- 8 Примечания
- 9 Источники
|
Физические основыЦепная реакция деленияАтомные ядра некоторых изотопов химических элементов с большой атомной массой (например урана или плутония) при их облучении нейтронами определённой энергии теряют свою устойчивость и распадаются с выделением энергии на два меньших и приблизительно равных по массе осколка — происходит реакция деления атомного ядра. При этом наряду с осколками, обладающими большой кинетической энергией, выделяются ещё несколько нейтронов, которые способны вызвать аналогичный процесс в соседних таких же атомах. В свою очередь, нейтроны, образовавшиеся при их делении, могут привести к делению дополнительного количества атомов расщепляющего материала — реакция становится цепной, приобретает каскадный характер. В зависимости от внешних условий, количества и чистоты расщепляющегося материала её течение может происходить по-разному. Если вследствие вылета нейтронов из зоны деления или их поглощения атомными ядрами без последующего деления число расщеплённых ядер в последующей стадии цепной реакции меньше чем в предыдущей, то происходит её затухание. При равном числе расщеплённых ядер в обеих стадиях цепная реакция становится самоподдерживающейся, а в случае превышения количества расщеплённых ядер в каждой последующей стадии в реакцию вовлекаются всё новые атомы расщепляющегося вещества. Если такое превышение является многократным, то в ограниченном объёме за очень короткий промежуток времени образуется большое количество атомных ядер-осколков деления, электронов, нейтронов и квантов электромагнитного излучения с очень высокой кинетической энергией. Единственно возможной формой их существования является агрегатное состояние высокотемпературной плазмы, в сгусток которой превращается весь расщепляющийся материал и любое другое вещество в его окрестности. Этот сгусток не может быть сдержан в своём первоначальном объёме и стремится перейти в равновесное состояние путём расширения в окружающую среду и теплообмена с ней. Поскольку скорость упорядоченного движения составляющих сгусток частиц много выше скорости звука как в нём, так и в окружающей его среде (если это не вакуум), расширение не может иметь плавного характера и сопровождается образованием ударной волны — то есть носит характер взрыва. Термоядерный синтезВ отличие от атомных реакций деления, реакции термоядерного синтеза с выделением энергии возможны только среди элементов с небольшой атомной массой, не превышающих приблизительно атомную массу железа. Они не носят цепного характера и возможны только при высоких температурах, когда кинетической энергии сталкивающихся атомных ядер достаточно для преодоления кулоновского барьера отталкивания между ними, либо для заметной вероятности их слияния за счёт действия туннельного эффекта квантовой механики. Чтобы сделать возможным такой процесс, необходимо совершить работу для разгона исходных атомных ядер до высоких скоростей, но если они сольются в новое ядро, то выделившаяся при этом энергия будет больше, чем затраченная. Появление нового ядра в результате термоядерного синтеза как правило сопровождается образованием различного рода элементарных частиц и высокоэнергетичных квантов электромагнитного излучения. Наряду со вновь образовавшимся ядром все они имеют большую кинетическую энергию, то есть в реакции термоядерного синтеза происходит преобразование внутриядерной энергии сильного взаимодействия в тепловую. Как следствие, в итоге результат оказывается тот же, что и в случае цепной реакции деления — в ограниченном объёме образуется сгусток высокотемпературной плазмы, расширение которого в окружающей плотной среде имеет характер взрыва. Классификация ядерных взрывовИскусственные ядерные взрывы обычно классифицируют по двум признакам: мощности заряда, инициировавшего взрыв, и местоположению точки нахождения заряда в момент подрыва (центр ядерного взрыва). Проекция этой точки на поверхность земли называется эпицентром ядерного взрыва. Мощность ядерного взрыва измеряется в так называемом тротиловом эквиваленте — массе тринитротолуола, при химическом взрыве которого выделяется столько же энергии, сколько при оцениваемом ядерном. Наиболее часто используемыми единицами измерения мощности ядерного взрыва служат 1 килотонна (кт) или 1 мегатонна (Мт) тротилового эквивалента. Классификация по мощности- Сверхмалую (менее 1 кт);
- Малую (от 1 до 10 кт) — на движущейся картинке справа (около 10 кт);
- Среднюю (от 10 до 100 кт);
- Большую (от 100 кт до 1 Мт);
- Сверхбольшую (более 1 Мт);
Взрыв мощностью 20 кт даёт зону полных разрушений радиусом около 1 км, 20 Мт — уже 10 км. По расчётам, при взрыве мощностью 100 Мт зона полного разрушения будет иметь радиус около 35 км, сильных разрушений — около 50 км, на расстоянии около 80 км незащищённые люди получат ожоги третьей степени. Практически одним таким взрывом может быть полностью уничтожен любой из самых крупных городов Земли. Наиболее мощным искусственным ядерным взрывом был атмосферный взрыв в приземном слое советской 58-мегатонной термоядерной бомбы АН602, прозванной Царь-Бомба, на полигоне на Новой Земле. Причём испытана на неполную мощность, в так называемом чистом варианте. Полная проектная мощность с урановой оболочкой-отражателем нейтронов могла бы составить порядка 100 мегатонн тротилового эквивалента. Классификация по нахождению центра взрываПриведённая высота (глубина) заряда в метрах на тонну тротилового эквивалента (в скобках пример для взрыва мощностью 1 мегатонна)[лит 1] (С. 146, 232, 247, 522, 751): - космический, экзоатмосферный или магнитосферный: свыше 100 км
- атмосферные:
- высотный: более 10—15 км, но чаще считается на высотах 40—100 км
- высокий воздушный: свыше 15—20 м/т1/3, когда форма вспышки близка к сферической (свыше 1,5—2 км)
- низкий воздушный: от 3,5 до 15—20 м/т1/3 — огненная сфера касается земли и усекается снизу (350—1500 м)
- наземный: 0—3,5 м/т1/3, — вспышка принимает форму полусферы (0—350 м)
- наземный с образованием вдавленной воронки без значительного выброса грунта: ниже 0,5 м/т1/3 (ниже 50 м)
- наземный контактный: 0—0,3 м/т1/3 — когда грунт из воронки выбрасывается и попадает в светящуюся область (0—30 м)
- подземный: на глубине более 1,5 м/т0,3[лит 2] (С. 276) (глубже 12 м)(?)
- на выброс (выброс грунта и кратер в разы больше, чем при наземном взрыве)
- взрыв рыхления — в глубине образуется полость или столб обрушения, а на поверхности колцеобразный вывал грунта (холм вспучивания), в центре которого провальная воронка
- камуфлетный: глубже 7—10 м/т1/3 — в глубине остаётся замкнутая (котловая) полость или столб обрушения; если столб обрушения достигает поверхности, то образуется провальная воронка без холма вспучивания (глубже 700—1000 м)
- наводный — происходит испарение воды
- подводный:
- на малой глубине: менее 0,3 м/т1/3 — вода испаряется до поверхности и столб воды (взрывной султан) не образуется (менее 30 м)
- с образованием взрывного султана и облака султана: 0,25—2,2 м/т1/3 (25—220 м)
- глубоководный: глубже 2,5 м/т1/3 — когда образующийся пузырь выходит на поверхность без образования облака султана.
Подземный взрыв на малой глубине Кратер после подземного взрыва на малой глубине Проседание поверхности после подземных взрывов на большой глубине
Знание обоих этих факторов необходимы для оценки последствий ядерного взрыва в различного рода условиях.
Явления при ядерном взрывеСпецифичные только для ядерного взрываСопутствующие ядерному взрыву явления варьируют от местонахождения его центра. Ниже рассматривается случай атмосферного ядерного взрыва в приземном слое, который был наиболее общим до запрета ядерных испытаний на земле, под водой, в атмосфере и в космосе. После инициирования реакции деления или синтеза за очень короткое время порядка долей микросекунд в ограниченном объёме выделяется огромное количество лучистой и тепловой энергии. Реакция обычно заканчивается после испарения и разлёта конструкции взрывного устройства вследствие огромной температуры (до 107 К) и давления (до 109 атм.) в точке взрыва. Визуально с большого расстояния эта фаза воспринимается как очень яркая светящаяся точка. Световое давление от электромагнитного излучения при реакции начинает нагревать и вытеснять окружающий воздух от точки взрыва — образуется огненный шар и начинает формироваться скачок давления между воздухом, сжатым излучением, и невозмущённым, поскольку скорость перемещения фронта нагрева изначально многократно превосходит скорость звука в среде. После затухания ядерной реакции энерговыделение прекращается и дальнейшее расширение происходит уже не за счёт светового давления, а за счёт разницы температур и давлений в области эпицентра и в окружающем его воздухе. Эта фаза характеризуется превращением светящейся точки в растущий в размерах огненный шар, постепенно теряющий свою яркость. Происходящие в заряде ядерные реакции служат источником разнообразных излучений: электромагнитного в широком спектре от радиоволн до высокоэнергичных гамма-квантов, быстрых электронов, нейтронов, атомных ядер. Это излучение, называемое проникающей радиацией, порождает ряд характерных только для ядерного взрыва последствий. Нейтроны и высокоэнергичные гамма-кванты, взаимодействуя с атомами окружающего вещества, преобразуют их стабильные формы в нестабильные радиоактивные изотопы с различными путями и полупериодами распада — создают так называемую наведённую радиацию. Наряду с осколками атомных ядер расщепляющегося вещества или продуктами термоядерного синтеза, оставшимися от взрывного устройства, вновь получившиеся радиоактивные вещества поднимаются высоко в атмосферу и способны рассеяться на большой территории, формируя радиоактивное заражение местности после ядерного взрыва. Спектр образующихся при ядерном взрыве нестабильных изотопов таков, что радиоактивное заражение местности способно длиться тысячелетиями, хотя интенсивность излучения падает со временем. Высокоэнергичные гамма-кванты от ядерного взрыва, проходя через окружающую среду, ионизуют её атомы, выбивая из них электроны и сообщая им достаточно большую энергию для каскадной ионизации других атомов, вплоть до 30000 ионизаций на один гамма-квант. В результате под эпицентром ядерного взрыва остаётся «пятно» положительно заряженных ионов, которые окружены гигантским количеством электронного газа; такая переменная во времени конфигурация носителей электрических зарядов создаёт очень сильное электромагнитное поле, которое исчезает после взрыва вместе с рекомбинацией ионизированных атомов. В процессе рекомбинации порождаются сильные электрические токи, служащие дополнительным источником электромагнитного излучения. Весь этот комплекс явлений называется электромагнитным импульсом, и хотя в него уходит менее трети десятимиллиардной доли энергии взрыва, происходит он за очень короткое время и выделяющаяся при этом мощность может достигать 100 ГВт. Наземный ядерный взрыв в отличие от обычного также имеет свои особенности. При химическом взрыве температура грунта, примыкавшего к заряду и вовлечённого в движение относительно невелика. При ядерном взрыве температура грунта возрастает до десятков миллионов градусов и большая часть энергии нагрева в первые же мгновения излучается в воздух и дополнительно идёт в образование теплового излучения и ударной волны, чего при обычном взрыве не происходит. Отсюда резкое различие в воздействии на поверхность и грунтовый массив: наземный взрыв химического взрывчатого вещества передаёт в грунт до половины своей энергии, а ядерный — считанные проценты. Соответственно размеры воронки и энергия сейсмических колебаний от ядерного взрыва в разы меньше оных от одинакового по мощности взрыва ВВ. Однако при заглублении зарядов это соотношение сглаживается, так как энергия перегретой плазмы меньше уходит в воздух и идёт на совершение работы над грунтом. Характерные для сильного взрыва вообщеНачиная с определённого момента скорость перемещения скачка давления становится больше скорости расширения огненного шара, ударная волна полностью сформировалась и отрывается от огненного шара, унося значительную долю энергии ядерного взрыва. Каверна, образовавшаяся в результате светового давления, схлопывается, нагретый до чудовищных температур воздух в районе угасающего огненного шара начинает подниматься вверх, увлекая с собой с поверхности пыль, грунт, предметы. Начинается процесс конвективного выравнивания температур и давлений в месте взрыва с окружающей средой. Вихрь поднятой пыли и частиц грунта с земли стремится к огненному шару, образуя ножку «ядерного гриба». В считанные минуты развивается полное грибовидное облако, продолжающее расти в высоту и в диаметре; огненный шар исчезает. После выравнивания температур и давлений подъём пыли и частиц с земли прекращается, ножка «гриба» истончается и исчезает, его «шляпка» превращается в тёмное облако, которое после своего охлаждения может выпасть осадками и окончательно исчезнуть. «Ядерный гриб» представляет собой сильно развитое кучево-дождевое облако необычной формы с очень большим вертикальным развитием (вершина достигает высоты 15-20 км и более). Из «ядерных» кучево-дождевых облаков выпадают сильные ливневые дожди, которые тушат значительную часть наземных пожаров, возникших в результате взрыва. При высотном ядерном взрыве «гриб» не образуется, а при экзоатмосферном нет и облака — в отсутствие атмосферы ему не из чего образовываться. Эффекты при наземном ядерном взрыве схожи с эффектами атмосферного ядерного взрыва в приземном слое, но светящаяся область будет иметь форму полусферы, а не шара, даже при незначительном заглублении подрывного устройства в землю возможно образование кратера значительных размеров. Эффекты при подземном ядерном взрыве зависят от мощности заряда, глубины его залегания и характера горных пород в месте взрыва. После взрыва может образоваться как полость без видимых наземных изменений ландшафта, так и курган, кратер или кальдера. Наземный и подземный ядерные взрывы сопровождаются существенным землетрясением. Описанные выше эффекты характерны для любого взрыва большой мощности, например очень яркая вспышка и высокое грибовидное облако появились после взрыва гружёного взрывчаткой (до 3—4 килотонн тротила и пикратов в сумме) военного транспорта «Монблан» в канадском Галифаксе в 1917 году. Однако ядерный взрыв в дополнение к ним обладает целым рядом специфичных только для него явлений и следствий. Применение ядерных взрывовВоенноеОсновная статья: Ядерное оружие Огромная разрушительная мощь ударной волны и светового излучения от ядерного взрыва сразу же привлекла к нему внимание военных. Всего лишь одно взрывное устройство оказалось способным уничтожить город-мегаполис с практически всем населением, крупные группировки незащищённых войск противника, важные объекты в его тылу (электростанции, отстоящие от городов военные базы и заводы, узлы коммуникаций). Нанесение нескольких ядерных ударов способно непоправимо нарушить экономику противника, необратимо подорвать его волю к сопротивлению и заставить его принять любые условия капитуляции. Однако непредсказуемый характер радиоактивного заражения при ядерном взрыве способен также нанести непоправимый ущерб атакующему, особенно в непосредственной близости от противника, что несколько сдерживает желание применить ядерное оружие в бою. Более серьёзным оказалось ядерное сдерживание, когда противостоящая сторона также имеет возможность нанести ядерный удар по агрессору; этот фактор послужил залогом выживания человечества во второй половине XX века — страх перед адекватным и неизбежным возмездием за применение ядерного оружия послужил и служит сейчас достаточным основанием для его неиспользования в военных целях. Ядерное оружие существенным образом изменило культурное восприятие глобальной войны и политическую расстановку сил. Страна, обладающая ядерным оружием и подтвердившая его наличие тестовым ядерным взрывом сильно снижает угрозу внешней агрессии, что является для многих национальной безопасностью. Вместе с тем, возможность случайного возникновения конфликта в результате аварии, недоразумения, ошибки или диверсии пока недостаточно изучена. В истории человечества ядерное оружие в боевых военных целях применялось дважды — 6 и 9 августа 1945 года США нанесли последовательно два ядерных удара по японским городам Хиросима и Нагасаки, уничтожив в общей сложности свыше 200 000 человек и инфраструктуру этих городов, практически полностью сокрушив любые иллюзии населения и, особенно, руководства Японии о военном успехе во Второй мировой войне. В США и СССР впоследствии неоднократно проводились войсковые учения с производством ядерных взрывов. В результате были выработаны методики и поставлена на вооружение техника, которая позволяет войскам успешно выполнять боевые задачи в условиях применения ядерного оружия. Однако объекты внутренней инфраструктуры стран вследствие своего роста, постоянно растущей зависимости от энергоснабжения и управляющей электроники с тех пор стали только уязвимее для ядерного оружия. Также и психологические последствия обмена ядерными ударами на гражданское население и вооружённые силы не вполне изучены. Так, в печати встречаются мнения, что совершенно нет необходимости уничтожать крупные города мощными, либо многократными ядерными бомбардировками — возникшая в результате применения даже маломощного ядерного заряда в современном мегаполисе неразбериха и паника по разрушительному воздействию на средства коммуникации, снабжения и управления сравнима с тем, как если бы они были уничтожены физически. МирноеЯдерный взрыв нашёл и несколько мирных ниш применения. Принято считать, что в общей сложности в США было проведено 27, а в СССР, в период с 1965 по 1988 годы — 135 ядерных взрывов невоенной направленности (из них 124 — непосредственно по программе ядерных взрывов в мирных целях, остальные — испытательные) с целью изучения возможностей по такому применению[1]. В специальной литературе [2] можно встретить и другие количества. В частности, для США 33 МЯВ и для СССР 169 МЯВ (возможно, в публикациях имеется путаница с терминами «количество взрывов» и «количество экспериментов» — часть экспериментов не сопровождалась ядерными взрывами). Основные сферы применения ядерных взрывов в мирных целях следующие: - Быстрое рытьё крупных котлованов для искусственных водохранилищ. Котлован создаётся с помощью подповерхностного подземного ядерного или термоядерного взрыва «на выброс». Достоинства метода: получившаяся ёмкость имеет большую глубину, оплавленные стенки и небольшую поверхность зеркала водоёма. Всё это минимизирует потери воды на испарение и фильтрацию в грунт. Предполагалось использовать такие искусственные резервуары в засушливых районах для хранения воды для нужд сельского хозяйства.
- Создание подземных ёмкостей (в частности, газохранилищ и резервуаров для захоронения опасных отходов). Одним взрывом создаётся полость объёмом в десятки тысяч кубических метров.
- Тушение масштабных пожаров на газовых месторождениях.
- Выемка грунта и разрушение препятствий при строительстве крупномасштабных сооружений на местности (каналы).
- Интенсификация добычи полезных ископаемых: дробление руд, воздействие на породы в районах месторождений для повышения продуктивности добычи и для снижения опасности аварий.
- Сейсморазведка — изучение внутреннего строения Земли путём регистрации ударных волн от ядерных взрывов. Применялось в том числе и для поиска месторождений полезных ископаемых.
На первоначальном этапе (в 1950-е — 1960-е годы) с промышленным использованием ядерных взрывов связывали большие надежды, существовали проекты, где предполагалось использование сотен таких взрывов[3] (проекты соединения Мёртвого моря с Красным или Средиземным, канала через Панамский перешеек, канала через полуостров Малакка в Юго-Восточной Азии, обводнение впадины Каттара (Египет), соединение течения Лены с Охотским морем и проект поворота северных рек в СССР). Реализация таких проектов потребовала создания так называемых «чистых» ядерных зарядов, при взрыве которых выделяется минимум радиоактивности. В данной области были достигнуты определённые успехи, хотя полной «чистоты» добиться не удалось. На практике использование ядерных взрывов в народном хозяйстве имело место только в СССР. Результаты советской серии экспериментов сложно оценить во всей полноте. Полные официальные данные о результатах испытаний не опубликованы, сведения о радиоактивном заражении местности неполны и нередко противоречивы. В случаях глубоких взрывов, после которых вся радиоактивность осталась под землёй, высказываются опасения о возможности последующего попадания радионуклидов на поверхность с грунтовыми водами и добываемыми полезными ископаемыми. Кроме того, в радиологии крайне слабо изучено воздействие радиоактивности, превышающей естественный фон в десятки раз, в некоторых случаях сохраняющаяся в местах взрывов. Таким образом, вопрос об экологической опасности и оправданности промышленных ядерных взрывов остаётся открытым. Под вопросом остаётся и экономический эффект — хотя изначально промышленные ядерные взрывы рассматривались именно как средство удешевления крупномасштабных работ, в действительности неясно, окупает ли достигнутая экономия все непрямые издержки (в том числе расходы на постоянный мониторинг радиологической обстановки и ликвидацию последствий последующего распространения радионуклидов, если таковое будет). В последнее время нагнетаемый прессой страх перед последствиями столкновения астероида с Землёй (что само по себе эквивалентно сверхмощному ядерному взрыву без радиоактивного заражения) привёл к появлению проектов, использующих ядерные взрывы для ликвидации или отклонения опасных астероидов. Природные ядерные взрывыВ природе существуют объекты, происходящие на которых процессы можно охарактеризовать как ядерный взрыв. В первую очередь к ним относятся новые, новоподобные и переменные эруптивного типа звёзды, которые резко увеличивают свою светимость в десятки тысяч раз за очень малый промежуток времени. В характерном случае новая звезда является тесной двойной системой, в которой главный компонент является звездой с сильным звёздным ветром, а второй — карликом низкой светимости. Вещество (в основном водород) с первой звезды перетекает на вторую, пока не образуется критическая масса перенесённого вещества, в которой на поверхности звезды зажигается термоядерная реакция синтеза водорода в гелий. В отличие от спокойного течения этой реакции в звёздном ядре, на поверхности она приобретает взрывной характер и резко увеличивает светимость звезды и сбрасывая запас накопленного перенесённого с более массивного компаньона вещества. Через определённое время этот процесс способен повториться вновь. Примеры эффектов ядерного взрыва на различных расстоянияхТаблицы составлены на основе статьи Г. Л. Броуда «Обзор эффектов ядерного оружия»[лит 3] (русский перевод[лит 4]), монографий «Физика ядерного взрыва»[лит 1][лит 5][лит 6], «Действие ядерного оружия»[лит 2][лит 7] и таблиц параметров ударной волны в источниках[лит 8] (С. 183), [лит 9] (С. 191), [лит 10] (С. 16), [лит 11] (С. 398), [лит 12], а также информация из многих других источников. Данные в разных источниках могут иногда не совпадать и противоречить друг другу. Время взрываВремя взрыва — период от начала ядерных реакций до начала расширения вещества заряда[лит 2] (С. 21). С началом расширения цепные реакции быстро прекращаются и заканчивается основной выход энергии, вклад остаточных реакций незначителен. Самое короткое время взрыва будет у одноступенчатого ядерного заряда с управляемым усилением деления (до 1 десятой доли микросекунды), а самое длинное, в десятки и сотни раз больше, у многоступенчатых термоядерных зарядов большой мощности (несколько микросекунд)[лит 1] (С. 17, 18). Для примера рассмотрим взрыв заряда в дизайне Теллера-Улама, вариант с пенополистирольным заполнением: Teller-Ulam device.png Первая ступень (праймер, триггер): Взрывчатое вещество для обжатия "Толкатель" и отражатель нейтронов из урана-238 Вакуум с подвешенным в нём зарядом Газообразный тритий, рабочее вещество источника нейтронов для усиления деления Пустотелый шар из плутония-239 или урана-235 Вторая ступень: Пенополистироловое заполнение камеры заряда "Толкатель" второй ступени: корпус из урана-238 Дейтерид лития — термоядерное топливо, в процессе превращается в дейтерий и тритий "Cвеча зажигания" из плутония или урана-235 Корпус с внутренним абляционным покрытием, отражающим излучение, может состоять из урана-238. Третья ступень — это уран-238: материал "толкателя" и наружной оболочки заряда; в более чистом варианте третьей ступени может не быть и тогда уран-238 заменяется на свинец.
Термоядерный взрыв мощностью 0,5—1 Мт в тротиловом эквиваленте | Условия в бомбе: темп-ра давление | Время | Процесс |
---|
Сапёр зажигает запал 288 К | −10−4 с Цвет корпуса бомбы | Teller-Ulam device 3D.svg Инициация взрыва ядерного детонатора (триггер, праймер или первая ступень) мощностью в несколько килотонн: система выдаёт сигналы электродетонаторам нескольких особым образом устроенных зарядов химического ВВ, разнобой между сигналами не превышает 10−7 сек[лит 13] (С. 39). | 288— 5000 К 0,1— 20000 МПа | −10−4— −10−6 c | Implosion bomb animated.gif U.S. Swan Device.svg One-Point Safety Test.svg Направленные взрывы этих зарядов создают сферическую детонационную волну, сходящуюся внутрь со скоростью 1,95 км/с[лит 13] (С. 35),[лит 14] (С. 507), которая своим давлением обжимает толкатель. Газы взрывчатки, имели бы они время расшириться, могли бы разорвать бомбу и почти безвредно раскидать ядерные топлива[лит 15] (С. 47) (что и происходит при отказе или "холостом выстреле"), но в норме последующие события настолько быстры, что эти газы не успевают пройти и несколько миллиметров. На рисунке сверху сферическая конструция, использованная в зарядах Тринити, Толстяк и РДС-1, а внизу — более совершенный и компактный "лебединый" дизайн с наружным зарядом ВВ овальной формы. Будучи подожжённым с двух сторон, такой заряд даёт внутри ровную сферическую ударную волну, которая со всех сторон детонирует шарообразный внутренний заряд ВВ. | ~20000— 500 000 МПа | −n×10-6 c | Толкатель налетает на пустотелый шар делящегося вещества (например плутоний Pu-239) и затем удерживает его в зоне реакции, не давая преждевременно развалиться. За несколько микросекунд плутониевый шар схлопывается, приобретая давление в 5 млн. атмосфер, ядра его при уплотнении сближаются и приходят в надкритическое состояние[лит 13] (С. 30)[лит 14] (С. 508). | ~500 000 МПа | ~−1×10-6 c | Приводится в действие вспомогательный источник нейтронов (нейтронный запал, внешний инициатор, на рисунках не показан) — ионная трубка или малогабаритный ускоритель, на который в момент наибольшего обжатия плутония из бортового источника подаётся электрический импульс напряжением в несколько сотен киловольт и он за счёт разгона и соударения небольшого количества дейтерия и трития "высекает" нейтроны и посылает их в зону реакции[лит 16] (С. 42). | ~500 000 МПа | 0 c | Момент начала бомбардировки ядер плутония нейтронами из вспомогательного источника, ядра приходят в возбуждение и затем делятся. | ~500 000 МПа | ~10−14 c | Момент первого ядерного деления в триггере.[лит 17] (С. 7). Делящиеся ядра плутония сами испускают нейтроны, попадающие в другие ядра и так далее, развивается цепная ядерная реакция и выделяется энергия. | 500 000— 108 МПа | ~10−8 c | Самостоятельное образование второго поколения нейтронов, они разбегаются по массе плутония, сталкиваются с новыми ядрами, часть вылетает наружу, бериллиевая поверхность толкателя отражает их обратно[лит 2] (С. 20, 23). В плутониевой массе быстро растёт температура и давление, стремящееся её расширить и разнести (сделав реакцию неполной), но обжимающее давление волны детонации некоторое время перевешивает и плутоний успевает прореагировать на несколько десятков %. | св. 100 млн К
~108 МПа[лит 18] | ~10−7 c | Окончание ядерных реакций в триггере, регистрируемый приборами импульс излучений длится (0,3—1)×10-7 c[лит 1] (С. 449). За время реакций рождается несколько поколений нейтронов (соответственно последовательных реакций деления с геометрическим ростом числа образуемых нейтронов), основная часть энергии (99,9 %) при любой мощности ядерного заряда выделяется в последние 0,07 микросекунды на последних семи поколениях нейтронов (0,04 мкс в случае плутония)[# 1]. Плутоний при этом вступает в ~40 разных типов реакций (суммарно 1,45×1024 реакций распада или 560 г вещества из общей массы на 10 килотонн) и распадается примерно на 280 радиоактивных изотопов 36 химических элементов.[лит 2] (С. 19—21, 25),[лит 19] (С. 3)[лит 1] (С. 449) | св. 100 млн К ~108 МПа[лит 18] | 10−7— 1,5×10-6 c | Teller-Ulam device firing sequence.png TellerUlamAblation.png Радиационная имплозия. 70% энергии ядерного детонатора выделяется в виде рентгеновских лучей[лит 2] (С. 31), они расходятся внутри заряда и испаряют пенополистироловое заполнение камеры заряда (№3 на первом рис.); в другом (абляционном) варианте исполнения лучи отражаются от наружного корпуса, нагревают и испаряют поверхность оболочки-"толкателя" термоядерной части (№3 на втором рис.). Испарения при температуре в десятки миллионов градусов расширяются со скоростями несколько сот км/с, развивая давление ~109 МПа, сдавливают толкатель и уплотняют термоядерный заряд (№4 на рис.). А нейтроны взрыва триггера зажигают длинную плутониевую "свечу" в центре заряда (по сути второй ядерный взрыв). Естественно, наружный корпус не выдерживает и тоже испаряется, но несколько медленнее благодаря абляционному покрытию и теплоизолирующим свойствам урана-238 и микросекундной разницы хватает, чтобы всё успело произойти; тем временем продукты реакции триггера пересилили давление газов взрывчатки и начали расширяться в камере заряда. К моменту начала термоядерных реакций тепловая волна ядерного взрыва триггера прожигает часть отражающего корпуса (№5 на рис.), но она потратила энергию внутри бомбы и далеко уйти не успевает. | | | Перерыв между взрывами первой и второй ступени, во время которого идёт радиационное обжатие, может составлять до нескольких микросекунд, например при мощности 0,5 Мт регистрируемый интервал между пиками всплесков гамма-излучения от взрыва триггера и взрыва второй ступени 1,5 мкс, амплитуда 2-го всплеска в 15 раз больше 1-го[лит 1](С. 17, 18, 112). Радиационная имплозия значительно эффективнее обычной взрывной, обжимающее основной заряд давление на несколько порядков больше и ядра веществ сближаются сильнее, а потому последующие более сложные и многообразные реакции второй и третьей ступени происходят даже быстрее, чем относительно простой взрыв триггера. Вторая и третья ступени напоминают упрощённую "слойку" типа РДС-6с, в которой вместо десятка сферических слоёв только два слоя, окружающих ядерный запал ("свеча"): слой дейтерида лития и наружный цилиндр урана-238. | до 1 млрд K | ~1,5—1,6 мкc | Начало и ход термоядерных реакций (вторая ступень): плутониевая "свеча" взрывается и испускает большое количество быстрых нейтронов, бомбардирующих ещё более сдавленный цилиндр из дейтерида лития (главная начинка бомбы). Нейтроны свечи превращают литий в тритий и гелий (Li + N = T + He + 4,8 МэВ). Образовавшийся тритий и свободный дейтерий в условиях большого давления реагируют между собой и превращаются в гелий и нейтроны (D + T = He + N + 17,6 МэВ - основная реакция)[лит 17](С. 16, 17): зона термоядерного "горения" проходит ударной волной в веществе заряда со скоростью порядка 5000 км/с (106—107 м/с)[лит 20] (С. 320, 606). Параллельно вступает в реакцию третья ступень — оболочки из урана-238, до этого служившие толкателем, теплоизолятором и отражателем низкоэнергетичных нейтронов ядерного распада, под бомбардировкой более энергичных нейтронов термоядерных реакций превращается в плутоний, последний под действием тех же нейтронов сразу распадается и добавляет до 50 % в общий энергетический котёл. В ходе реакций выделяется около 6×1025 гамма-частиц и 2×1026 нейтронов (по (1—3)×1023 нейтронов ядерного и по (1,5—2)×1023 нейтронов термоядерного происхождения на 1 килотонну)[лит 1](С. 18, 49), из них около 90 % поглощается веществом бомбы, оставшиеся 10 % с энергией до 14,2 МеВ вылетают наружу в виде нейтронного излучения. До окончания реакции вся конструкция бомбы нагрета и полностью ионизована. | Условия в бомбе: темп-ра давление | Время | Процесс |
---|
- Примечания
- ↑ Длительность реакции можно узнать из уравнения:
N ~ N0·en,
где N — число нейтронов без учёта потерь, требуемое для взрыва определённого энерговыделения и, соответственно число реакций деления; например для 10 кт это 1,45×1024 нейтронов и реакций; N0 — число нейтронов, изначально вступающих в реакцию; n — количество поколений нейтронов, длительность одного поколения ~10-8с (5,6×10-9 с для плутония при энергии нейтронов 2 МэВ) Например, максимально длительный процесс с энерговыделением 10 кт, вызванный одним нейтроном (N0 = 1), пройдёт в ~56 поколений и продлится 3,14×10-7 с. Такая продолжительность может оказаться неприемлемой, т.к. не хватит времени детонационного обжатия и плутоний разлетится без взрыва. Использование вспомогательного источника нейтронов позволяет значительно сократить потребное количество поколений и ускорить процесс: например, "впрыск" в зону реакции 1015 нейтронов сокращает время до 1,2×10-7 с, а 1021 нейтронов — до 0,4×10-7 с.
Список литературы в конце таблицы о подземном взрыве. |
Воздушный взрывДля удобства рассмотрения и экономии места предполагается, что до расстояния 1,5—2 километра взрыв низкий воздушный, при котором огненная сфера соприкасается с поверхностью земли. А далее — воздушный взрыв на наиболее «выгодной» высоте примерно 1,5—2 км для мегатонной мощности, кроме отдельно пояснённых примеров; при этом условии совместная прямой и отражённой головная ударная волна разрушительной силы расходится на максимально возможные расстояния и достигается гораздо бо́льшая площадь поражения световым излучением и проникающей радиацией по-сравнению с наземным взрывом из-за отсутствия затемнения вспышки клубами пыли и экранирования зданиями и рельефом поверхности. Время в первом столбике — момент прихода границы огненной сферы на ранних стадиях, воздушной ударной волны в дальнейшем и, соответственно, звука взрыва. До этого момента картина вспышки и растущего ядерного гриба для далёкого наблюдателя разворачивается в тишине, а приход ударной волны на безопасном расстоянии воспринимается как пушечный выстрел и последующий рокот длительностью несколько секунд[лит 21] (С. 474). Если подрыв заряда произведён на очень небольшой высоте (несколько десятков метров над поверхностью, когда ударные волны взрыва в несколько сотен килотонн — мегатонну способны вырыть заметную воронку и вызвать сейсмические волны), то на расстояниях до нескольких десятков километров до прихода ударной волны может ощущаться продолжительное сотрясение почвы и подземный гул [лит 22] (С. 44, 45). Этот эффект ещё более значителен при наземном контактном и подземном взрыве. Вообще, взрыв в воздухе на маленькой высоте (ниже 350 м для 1 Мт), формально является наземным, а ниже 30 м даже наземным контактным[лит 1] (С. 146), но примеры воздействия таких взрывов на поверхность земли и объекты мы рассмотрим здесь, так как следующая таблица покажет эффекты наземного взрыва только при падении бомбы на землю и срабатывании контактного взрывного устройства ("клевок")[лит 15] (С. 147). Действие воздушного ядерного взрыва мощностью 1 Мт в тротиловом эквиваленте | Условия в сфере: темп-ра давление плотность пробег света [# 1] | Время [# 2]
Ярк-ть и цвет вспыш- ки [# 3] | Рассто- яние [# 4] Радиа-ция [# 5] Световой импульс [# 6] | УСЛОВИЯ Темпера- тура [# 7] Пробег света Звук [# 8] | УДАРНОЙ Давление фронта/ напора [# 9] Плотность фронта [# 10] | ВОЛНЕ Скорость фронта [# 11] Скорость напора Время+ [# 12] | Примечания[# 13] |
---|
-10−4 Внутри бомбы темно:) 288 К | Цвет корпуса бомбы | | | | | W76.gif Бомба (боеголовка) подходит к заданной высоте. Высотомер выдаёт сигнал системе подрыва. | | 0 c | 0 м | | | | Формальное начало отсчёта времени — где-то в начале процесса термоядерных реакций (через ~10−4 от запуска системы и через ~1,5 мкс от момента взрыва триггера), когда в пространстве бомбы начинает накапливаться основное количество энергии. | 108—n×107 МПа | 10−9 — 10−6c | 0 м | | | | До 80 % и более энергии реагирующего вещества трансформируется и выделяется в виде невидимых мягкого рентгеновского и частично жёсткого УФ излучений с энергией до 80—100 кэВ (около 1 млрд К)[лит 1] (С. 24), эти излучения в свою очередь в воздухе преобразуются в тепловую и световую энергию (трансфер радиационной энергии [лит 23] (С. 36)). Рентгеновское излучение формирует тепловую волну, которая нагревает бомбу, выходит наружу и начинает прогревать окружающий воздух[лит 1] (С. 25); в начале выхода тепла бомба ещё не начала разлёт (скорость выхода излучения в 1000 раз больше скорости разлёта вещества), и в ней продолжают идти реакции. | ~n×107 K до 108 МПа ~50 м | ~0,7×10−7 c Цвет сферы | 0 м | | | | Время выхода тепловой волны термоядерного взрыва из пределов бомбы, она быстро нагоняет и поглощает вышедшую первой волну взрыва первой ступени. Далее плотность вещества в этой точке пространства за 0,01 сек падает до 1 % плотности окружающего воздуха, а через ~5 сек. со вторжением в сферу воздуха из эпицентра повышается до нормальной; температура за 1—1,5 сек с расширением падает до 10 тыс.°C, ~5 секунд снижается до ~4—5 тысяч с выходом светового излучения, и дальше снижается с уходом вверх нагретой области; давление через 0,075 мсек падает до 1000 МПа, к моменту 0,2 мс повышается до ~10 000 МПа, а через 2—3 сек падает до 80 % атмосферного и затем несколько минут выравнивается, пока поднимается гриб (см. ниже). | | | 2 м | | пары бомбы ~107 МПа в момент 0,001мс | | Бомба сразу исчезает из виду и на её месте появляется яркая светящаяся сфера нагретого воздуха (огненный шар), маскирующая разлёт заряда. Скорость роста сферы на первых метрах близка к скорости света[лит 1] (С. 25). | 7,5×106 K 1 ρ0 30 м | 0,9×10−7 c ~104К | 7,5 м | | | до 3×108 м/с | В промежутке от 10−8 до ~0,001 с идёт изотермический радиационный рост сферы и начальная фаза её свечения. Расширение видимой сферы до ~10 м идёт за счёт свечения ионизованного воздуха под рентгеновским излучением из недр бомбы. | 6×106 K 1 ρ0 | 1,1×10−7 c ~104К | 10 м | | внутренний скачок 104—105 МПа ~4 ρ0 в момент 0,01-0,034 мс | 2,5×108 м/с | Реакции окончены, идёт разлёт вещества бомбы. Подвод энергии от заряда прекращается и огненная сфера далее расширяется посредством радиационной диффузии самого нагретого воздуха. Энергия квантов излучения, покидающих термоядерный заряд такова, что их свободный пробег до захвата частицами воздуха 10 м и более и вначале сравним с размерами сферы; фотоны быстро обегают всю сферу, усредняя её температуру и со скоростью света отлетают из неё на несколько метров, ионизуя всё новые слои воздуха, отсюда одинаковая температура и околосветовая скорость роста. Далее, от захвата к захвату, фотоны теряют энергию и длина их пробега сокращается, рост сферы замедляется. | 5×106 K 1 ρ0 20 м | 1,2×10−7 c ~104К | 12 м | | | 2,2×108 м/с | Продукты реакции и остатки конструкции заряда — пары бомбы — ещё не успели отойти от центра взрыва (в пределах полуметра) и движутся со скоростью несколько тысяч км/с, в сравнении с начальной почти световой скоростью роста сферы они почти стоят на месте. На этом расстоянии они будут в момент 0,034 мсек. Давление этих паров зависит от конструкции и массы заряда. Удар паров современного относительно лёгкого заряда 1 Мт разрушительно воздействует на поверхность земли только до расстояний ~10 м[лит 1] (С. 196) | 4×106 K 1 ρ0 | 1,4×10−7 c ~104К | 16 м | | | 1,9×108 м/с | Хотя в начальной фазе свечения внутри сферы огромная температура, наблюдаемая снаружи температурная яркость невелика и лежит в пределах 10—17 тыс. К[лит 8] (С. 473, 474),[лит 1] (С. 24) из-за особенностей пропускания света нагретым ионизованным воздухом. Росселандов пробег света (эдакая дальность видимости в плазме) в воздухе на уровне моря составляет при температуре 10 тыс.°C ~0,5 м, 20 тыс.°C 1 см 105К 1 мм, 300 тыс.°C 1 см, а 1 млн. К — 1 м. Видимый свет излучает наружный, только начавший нагреваться слой с температурой порядка 10 тыс. К, толщина его мала и пробега в полметра хватает, чтобы свет вырвался наружу. Идущий следом слой в 20—100 тыс. К поглощает и своё и внутреннее излучение, тем самым сдерживая и растягивая во времени его распространение. Пробег света ещё уменьшается с ростом плотности нагретой среды, а с уменьшением плотности увеличивается, приближаясь к бесконечности в условиях космоса. Этот эффект ответственен за необычность свечения вспышки в два импульса, большую продолжительность свечения, а также за образование ударной волны. Без него почти вся энергия взрыва быстро ушла бы в пространство в виде излучений, не успев как следует разогреть воздух вокруг остатков бомбы и создать сильную ударную волну, что и происходит при высотном взрыве[лит 2] (С. 84). | 3×106 K 1 ρ0 10 м | 1,7×10−7 c ~104К | 21 м | | внутренний скачок св.10 ГПа в момент 0,08 мс | 1,7×108 м/с | Пары бомбы в виде клубов, плотных сгустков и струй плазмы как поршень сжимают впереди себя воздух и формируют ударную волну внутри сферы — внутренний скачок (1 м от центра), отличающийся от обычной ударной волны неадиабатическими, почти изотермическими свойствами и при тех же давлениях в несколько раз большей плотностью: сжимающийся скачком воздух сразу излучает бо́льшую часть энергии в прозрачный для излучений шар. На первых двух-трёх десятках метров окружающие предметы перед налётом на них огневой сферы с околосветовой скоростью практически не успевают нагреться (свет не дошёл), а оказавшись внутри сферы под потоком излучения подвергаются взрывному испарению. Нагретый объём воздуха начал расширяться и формируется поток его частиц от центра взрыва. При взрыве на высоте до 30 м слой грунта толщиной до 10—20 см и диаметром несколько десятков м нагревается тепловой волной до 10 млн К и полностью ионизуется[лит 1] (С. 29). В дальнейшем этот слой начинает быстрое взрывное расширение (быстрее продуктов обычного взрыва) и производит воронку с выбросом грунта (см. выше классификацию по высоте взрыва). | 2×106 K 1 ρ0 10 млн. МПа 1 ρ0 2—10 м | 0,001 мc ~104К | 34 м | | 0 МПа 13000 МПа | 2×106 м/с 1000 м/с | Облако паров бомбы: радиус 2 м, температура 4 млн. К, давление 107 МПа, скорость 1000 км/с. Область горячего воздуха: радиус 34 м, температура 2×106 K, давление внутри сферы 13 000 МПа (на границе меньше), скорость движения воздуха от центра 1 км/с (не путать со скоростью расширения сферы)[лит 24] (С. 120). Внутренний скачок до 400 ГПа в радиусе 2—5 м. С ростом сферы и падением температуры энергия и плотность потока фотонов снижаются и их пробега (порядка метра) уже не хватает для околосветовых скоростей расширения огневого фронта. 30 м — максимальная высота взрыва 1 Мт, при которой в огненную сферу выбрасывается земля из воронки, выше её воронка образуется только от вдавливания грунта[лит 1] (С. 146). | 100000 МПа 1 ρ0 | ~0,01 мс ~104К | 37 м | | 0 МПа 10 тыс. МПа | | Тепловая волна в неподвижном воздухе замедляется[лит 1] (С. 151). Расширяющийся нагретый воздух внутри сферы наталкивается на неподвижный у её границы и где-то начиная с 36—37 м появляется волна повышения плотности — будущая внешняя воздушная ударная волна; до этого волна не успевала появиться из-за огромной скорости роста световой сферы и опережающего вовлечения всё новых масс воздуха в тепловое расширение. Внутренний скачок в радиусе ~10 м с давлением до 100 000 МПа[лит 1] (С. 152). | св. 1 млн. K 17000 МПа 1 ρ0 1 м | 0,034 мс ~104К | 40 м | 700 000 К 0,5 м | 0 МПа 2,5-5 тыс. МПа ~1,3 ρ0 | 5×105 м/с 16 000 м/с | Внутренний скачок и пары бомбы находятся в слое 8—12 м от места взрыва, пик давления до 17 000 МПа на расстоянии 10,5 м, плотность в ~4 ρ0, скорость ~100 км/с. Вещество паров бомбы начинает отставать от внутреннего скачка по мере того, как всё больше воздуха в нём вовлекается в движение. Плотные сгустки и струи сохраняют движение со скачком. Условия в эпицентре взрыва РДС-6с (400 кт на высоте 30 м)[# 14], при котором образовалась воронка диаметром около 40 м, глубиной 8 м с кривобережным озером и с множеством волновых гребней вокруг (её и сейчас можно видеть[4]). Правда, сильный удар по поверхности в этом случае в значительной степени обеспечило испарённое вещество стальной башни весом ~25 т[лит 25] (С. 36). В 15 м от эпицентра или в 5—6 м от основания башни с зарядом располагался железобетонный бункер со стенами толщиной 2 м (Ближний каземат «БК-2») для размещения научной аппаратуры[лит 20] (С. 559), [лит 26], сверху укрытый курганообразной насыпью земли толщиной 8 м[5] (разрушен?). | 900 000 K 0,9 ρ0 0,8 м | 0,075 мс ~104К | ? м | | 0 МПа 3000 МПа 1,5 ρ0 | | Основная масса паров бомбы, потеряв давление и отразясь от внутреннего скачка, останавливается и реверсирует обратно к центру, где в это время давление упало ниже порядка 1000 МПа. | 10000 МПа | 0,087 мс ~104К | до 50 м | | 0 МПа 4000 МПа 6,2-7 ρ0 | | Формируется наружная ударная волна: в радиусе ~40 м появляется сглаженный, но быстро нарастающий пик подъёма давления; пик давления внутреннего скачка ~10 000 МПа, находящийся в радиусе 25 м, напротив, выполаживается и сравнивается с внешним[лит 1](С. 151). 50 м — максимальная высота взрыва 1 Мт, при которой в земле образуется вдавленная воронка без выброса грунта (?)[лит 1](С. 232), при такой высоте в радиусе 100—150 м от эпицентра грунт прогревается нейтронным и гамма-излучением до глубины 0,5 м и затем начинает температурное расширение и разлёт[# 15]([лит 1]С. 211, 213) | | до 0,1 мс ~104К Сириус | ~50 м | ~0,5-1 млн. К 0,1 м | 2500 МПа от 2000 МПа 6,2-7 ρ0 | 120 000 м/с | Время образования внешней ударной волны или внешнего скачка[лит 1] (С. 152) с максимальным давлением 2500 МПа[лит 6] (С. 33) (?). Радиус места образования её в воздухе на уровне моря 47 м (+/-10 %), на бо́льших высотах ударная волна появляется дальше и позже (2,4 км на расстоянии 54 м, 6 км 66 м, 18 км 470 м), а в космосе не появляется вообще. До этого расстояния при надземном взрыве внутренний скачок и взрывное испарение поверхности земли сильнее воздействуют на защищённые объекты, чем поток нагретого воздуха. ~0,1—0,2 мс переход от радиационного к ударному расширению, ударный фронт в это время представляет собой ударную волну в плазме: впереди идёт тепловая волна, нагревающая и ионизирующая воздух (граница изотермической сферы), а следом её догоняет скачкообразное повышение давления, температуры и плотности. Ширина этой сверхкритической ударной волны от границы теплового прогрева до конца фазы сжатия при 750 000 К ~2 м, а при 500 000 К всего 40 см. Сейчас энергия излучения больше, чем энергия ударной волны[лит 8] (С. 398—420). Заодно это так называемая сильная ударная волна вплоть до давления 0,49 МПа[лит 2] (С. 107). | | | | 285—300 тыс. К 10−3—10−4м | 7,7 ρ0 | 85000 м/с 75000 м/с | Критическая температура во фронте ударной волны, при которой давление и плотность излучения примерно равно давлению и плотности вещества; зона прогрева перед фронтом имеет такую же температуру, как и фронт. Далее поток вещества (энергия ударной волны) будет всё более довлеть над потоком излучения — докритическая ударная волна в плазме; внешний скачок отделяется от фронта излучения, явление называется гидродинамическая сепарация[лит 8] (С. 415)[лит 3] (С. 76, 79). Плотность вещества в сфере падает, оно как бы выдавливается запертым излучением из изотермической сферы в ударную волну, увеличивая её плотность и ширину. Ударная волна всё меньше ионизирует воздух впереди себя и из-за ухода слоя ионизации, поглощающего свет перед фронтом, наблюдаемая температура шара быстро поднимается, наступает первая фаза свечения или первый световой импульс, длящийся ~0,1 с[лит 1] (С. 25),[лит 2] (С. 79). | | 0,2 мс ниже 50 000 К | 50—55 м | 160 000 К 3×10−5 м | 3500 МПа 8,5 ρ0 | 56000 м/с 50000 м/с | Рост светящейся сферы больше не может идти за счёт передачи энергии излучением[лит 1] (С. 151), окончательно сформировавшаяся ударная волна имеет температуру, близкую к 100 тыс. К, а высокотемпературная изотермическая сфера остаётся внутри и всё дальше отстаёт от внешней ударной сферы. Сфера светится только за счёт сжатия воздуха в ударной волне, а внутреннее излучение окончательно заперто. Пары бомбы, сойдясь в центре, создают давление порядка 10 тыс. МПа при среднем давлении в сфере 2—3 тыс. МПа[лит 1] (С. 152), затем они снова разойдутся и распределятся в изотермической сфере. | | 0,36 мс и далее | 58—65 м | | | | С этого момента характер ударной волны перестаёт зависеть от начальных условий ядерного взрыва и приближается к типовому для сильного взрыва в воздухе[лит 1] (С. 152), то есть дальнейшие параметры волны могли бы наблюдаться при взрыве большой массы обычной взрывчатки. Толщина фронта ударной волны очень мала и примерно равна длине пробега молекул воздуха, около 0,0001 мм[лит 18] (Т. 8, С. 355). | | 0,5 мс 67 000 К | 65 м | 100 000 К 10−5 м | 1600 МПа 8,9 ρ0 | 38420 м/с 34090 м/с | При температуре фронта 100 000 К эффективная (наблюдаемая) температура 67 000 К, а температура зоны прогрева перед волной 25 000 К[лит 8] (С. 415, 472). В момент 1,4 мс здесь пройдёт внутренний скачок с давлением ~400 МПа. | | 0,7 мс | 67 м | | | | [лит 2] (С. 35). Наблюдаемая яркостная температура приближается к температуре ударной волны. Пробег света внутри сферы сокращается до сантиметров[лит 11] (С. 454) и далее снова растёт, так как с расширением и уменьшением энергии падает плотность и концентрация ионов, поглощающих фотоны; изотермия сферы продолжается не столько обменом излучением, сколько равномерным её расширением. | | 1 мс 80 000 К | 90 м | 90 000 К 10−5 м | 1400 МПа 9,95 ρ0 | 35400 м/с 31400 м/с | Время максимума первого светового импульса[лит 4] (С. 44) с выходом ~1—2 % энергии излучения, большей частью в виде УФ-лучей и ярчайшего светового излучения, способного повредить зрение у далёкого наблюдателя без образования ожогов кожи[лит 2] (С. 49, 50, 313),[лит 22] (С. 26). При температуре фронта ударной волны ниже 90 000 К волна ионизационного нагрева (20 000 К) прекращает сильное экранирование фронта, наблюдаемая температура ~80 000 К[лит 8] (С. 467, 472). С этого момента яркостная температура недалеко от температуры в ударной волне и снижается вместе с ней. Визуально первый импульс воспринимается как мельком возникшая и сразу гаснущая вспышка, заливающая всё вокруг резким бело-голубым светом; этот эффект по скорости напоминает фотовспышка, а по излучаемому свету с большой натяжкой молния и электрическая дуга при сварке и коротком замыкании. Скорости роста и изменения яркости слишком велики, чтобы человек это заметил и регистрируются приборами и специальной киносъёмкой. Освещённость земной поверхности в эти мгновения на расстоянии 30—40 км может быть в 100 раз больше солнечной[лит 8] (С. 475)[# 14]. После быстротечного первого импульса немедленно возникает длительный второй, который и воспринимается человеком, как растущая огненная сфера, но об этом ниже. | 400 000 K 150 МПа 0,3ρ0 0,02 м | 1,4 мс 60 000 К | 110 м | 60 000 К 10−5 м | 700 МПа 9,2 ρ0 | 25500м/с 22750 м/с | Trinity tower.jpg Trinity-ground-zero-men-in-crater.jpg При температуре фронта 65 000 К наружный слой ионизации толщиной меньше 1 мм прогрет до 9000 К[лит 8] (С. 466, 671). Внутренний скачок с давлением ~400 МПа находится в ~70 м (?). Аналогичная ударная волна в эпицентре взрыва РДС-1 мощностью 22 кт на башне на высоте 30—33 м[# 14] сгенерировала сейсмический сдвиг, разрушивший имитацию тоннелей метро с различными типами крепления на глубинах 10 и 20 м (30 м?), животные в этих тоннелях на глубинах 10, 20 и 30 м погибли[лит 27] (С. 389, 654, 655). На оплавленной поверхности появилось малозаметное тарелкообразное углубление диаметром около 100 м, а в самом центре воронка диаметром ~10 м, глубиной 1-2 м[лит 14] (С. 641), от здания в 25 м от эпицентра остался мелкий щебень и следы фундамента. Сходные условия были в эпицентре взрыва «Тринити» 21 кт на башне 30 м: образовалась воронка диаметром 80 м и глубиной 2 м, а от башни с зарядом остались торчащие из земли остатки фундаментных железобетонных опор (см. рис.). | | 3,3 мc 30 000 К Акрукс | 135 м | 30 000 К 10−4 м | 275 МПа 10,7 ρ0 | 15880 м/с 14400 м/с | Максимальная высота воздушного взрыва 1 Мт для образования заметной воронки[лит 2] (С. 43) без выброса грунта. Внутренний скачок, пройдя всю изотермическую сферу, догоняет и сливается с внешним, повышая его плотность и образуя т. н. сильный скачок — единый фронт ударной волны. | | 6 мc 16 000 К Ахернар | 153 м | 16 000 К 10−3 м | 130 МПа 11,7 ρ0 | 10780 м/с 9860 м/с | Operation Upshot-Knothole - Harry.jpg Фронт ударной волны искривлён ударами плотных сгустков паров бомбы: на гладком и как бы блестящем фронте ударной волны образуются большие волдыри и яркие пятна (сфера как бы кипит). | 200 000 K 50 МПа 0,06ρ0 0,1 м | 7 мc 13 000 К | 190 м | 13—14 тыс. К 10−3 м | ~100 МПа до 12,2 ρ0 | 9500 м/с 8700 м/с | Hardtack II Lea 001.jpg В изотермической сфере диаметром ~150 м пробег излучения ~0,1—0,5 м[лит 8] (С. 241), на границе сферы порядка миллиметров[лит 8](С. 474, 480). Немассивные предметы испаряются за несколько метров до прихода огн. сферы («Канатные трюки», см. рис.); тело человека со стороны взрыва успеет обуглиться, а полностью испаряется уже с приходом ударной волны. | | 9 мс 11 000 К Ригель | 215 м | 11 000 К 0,01 м | 70 МПа 11,8 ρ0 | 8000 м/с 4300 м/с | Аналогичная воздушная ударная волна РДС-1 на расстоянии 60 м (52 м от эпицентра)[# 14] разрушила оголовки стволов, ведущих в имитации тоннелей метро под эпицентром (см. выше). Каждый оголовок представлял собой мощный железобетонный каземат на фундаменте большой опорной площади для удержания оголовка от вдавливания в ствол; сверху укрыт небольшой грунтовой насыпью. Обломки оголовков обвалились в стволы, последние затем раздавлены сейсмической волной[лит 27] (С. 654). | | 0,015 c 9500 К | 240 м | 9500 К 0,03 м | 50 МПа 11 ρ0 | 6700 м/с 6100 м/с | Сильное разрушение скальных пород (50-200 МПа)[лит 4] (С. 82). | | 0,02 c
| 275 м | 7500 К
| 30 МПа 9,7 ρ0 | 5200 м/с 4700 м/с | Сильное и полное разрушение долговременных железобетонных фортсооружений (ДОТ)[# 16] (РДС-6с 400 кт на дистанциях 200—500 м (1,5—30 МПа)[6][# 14][лит 22] (С. 76)). | 100 000 K 10 МПа 0,02ρ0 0,5 м | 0,028 c 5800 К Солнце | 320 м | 5800 К 1 м | 21 МПа 9,2 ρ0 | 4400 м/с 3900 м/с | Неровности на поверхности огненной сферы сглаживаются. Длина пробега квантов света в ударной волне при 6—8 тыс. К составляет 0,1—1 м[лит 8] (С. 480), в изотерм. сфере диаметром ~200 м десятки см [лит 11] (С. 450). Человек развеивается ударом и потоком плазмы. | | 0,03 с 5000 К | 330 м | 5000 К 1 м | 17 МПа 8,91 ρ0 | 3928 м/с 3487 м/с | Длина пробега видимого света в ударной волне при 5000 К вырастает до порядка 1 м, огненный шар перестаёт излучать как абсолютно чёрное тело и сжатый волной воздух больше не светится, сфера продолжает испускать свет от остаточного нагрева, а ударная волна теперь не в плазме. Но при температурах ниже 5000 К из атмосферных азота и кислорода при сжатии и нагреве образуются молекулы NO2, выходящие на первый план в испускании, поглощении света и экранировке внутреннего излучения; полная оптическая толщина слоя двуокиси возрастает и внешнее излучение прогрессирующе падает[лит 8] (С. 476, 480, 482, 484). | | ~0,03-0,2 с | | | | | Интересный момент: ударная волна вдруг теряет визуальную непрозрачность и через насыщенную окисью азота полупрозрачную ударную сферу, как через затемнённое стекло, частично видна внутренность огненного шара: | | 0,04 с
| 370 м | 4000 К
| 11,62 МПа 27 МПа 8,06 ρ0 | 3278 м/с 2871 м/с | Atombombentest Greenhouse-George.jpg видны клубы паров бомбы, яркие остатки плотных сгустков, разбившиеся в лепёшку и как бы прилипшие к поверхности ширящейся ударной сферы и более глубокие нагретые и непрозрачные слои; в целом огненный шар в это время похож на фейерверк. | | 0,06 с
| 420 м | 3000 К 2 м | 7,56 МПа
7,05 ρ0 | 2645 м/с 2269 м/с | Свободный пробег света в ударной волне при 3000 К около 2 м[лит 8] (С. 480),[лит 11] (С. 449). Радиус разрушения плотин из земли или камня внаброс[лит 6](С. 68—69). | 85 000 K 3 МПа 0,015ρ0 1-2 м | 0,06—0,08 c 2600 К | 435 м 1×106 Гр | 2600 К
| 6,1 МПа
6,67 ρ0 | 2400 м/с 2040 м/с | Температурный минимум излучения ударной волны, окончание 1-й фазы свечения[лит 2](С. 80, 81),[лит 8] (С. 484). В этот момент светимость огненного шара гораздо меньше эффективной температуры Солнца. Диаметр изотермической сферы ~320 м. На этом расстоянии в пределах 1,5 с нагрев до 30 000 °C и падение до 7000 °C, ~5 с удержание на уровне ~6.500 °C и снижение температуры за 10—20 с по мере ухода огненного шара вверх[# 17]. | | | | 2300 К 228 дБ | 5 МПа 11 МПа 6,3 ρ0 | 2200 м/с 1850 м/с | Убежище типа метро, облицованное чугунными тюбингами и монолитным железобетоном и заглублённое на 18 м, по расчёту способно выдержать без разрушения взрыв РДС-2 (38 кт) на высоте 30 м на минимальном расстоянии 150 м (давление ударной волны ~5 МПа)[# 14]; испытано на расстоянии 235 м (давление ~1,5 МПа), получило незначительные деформации, повреждения[лит 16] (С. 314, 315, 338). Вход в сооружение с поверхности не обычный павильон, а полузаглублённый железобетонный каземат со стенами и перекрытием ~2 м толщиной, узкими потернами (шириной ~1 м) и входом-сквозником для пропуска ударной волны мимо массивной двери. | 50 000 К 0,015ρ0 | 0,08—0,1 c | 530 м | 2000 К 227 дБ | 4,28 МПа
6,1 ρ0 | 2020 м/с 1690 м/с | Отрыв и уход вперёд фронта ударной волны от границы огненной сферы, скорость роста её заметно снижается. Полное разрушение шоссейных дорог с асфальтовым и бетонным покрытием (2—4 МПа[лит 28]; 4 МПа [лит 10] (С. 27)). На расстояниях 400—600 м электромагнитный импульс продуцирует напряжённость электрического поля на уровне ~100—1000 кВ/м, что при невысоком воздушном и наземном взрыве может вызвать разряды молний, бьющих в землю перед приходом границы огненной сферы[лит 29] (С. 5, 7). | 50 000 К —1800 К | 0,1 с—1 мин. | | ниже 2000 К | | | Новые молекулы NO2 во фронте больше не появляются, слой двуокиси азота постепенно исчезает и перестаёт экранировать внутреннее излучение[лит 8] (С. 484). По мере увеличения прозрачности и роста длины пробега света в плазме, интенсивность излучения возрастает и детали как бы снова разгорающейся сферы становятся не видны. Видимая температура снова возрастает, наступает 2-я фаза свечения, менее интенсивная, но в 600 раз более длительная с выходом 98—99 % энергии излучения взрыва в основном в видимом и ИК диапазоне спектра; во второй фазе, как и в первой, сфера светит почти как абсолютно чёрное тело [лит 2] (С. 50, 81), [лит 1] (С. 26). Процесс окончательного освобождения излучения напоминает окончание эры рекомбинации и рождение света во Вселенной через несколько сотен тысяч лет после Большого взрыва. | | 0,15 c | 580 м ~1×105 Гр | 1450 К 223 дБ | 2,75 МПа
5,4 ρ0 | 1630 м/с 1330 м/с | В течение 1 с нагрев до 15 000 °C и снижение до 5000 °C, ~5 с удержание и снижение T за 10—20 с[# 17]. На первых сотнях метров человек не успевает увидеть взрыв и погибает без мучений (время зрительной реакции человека 0,1—0,3 с, время реакции на ожог 0,15—0,2 с). | | 0,2 с | | | 2 МПа | | Сильное и полное разрушение заглублённых сводчатых бетонных защитных сооружений (1,52—1,93 МПа)[# 18][лит 2] (С. 165). Сводчатые перекрытия лучше держат удар, чем плоские при той же толщине и размере пролёта. | | 0,25 c | 630 м 4×104Гр | 1000 К 218 дБ | 1,5 МПа
4,6 ρ0 | 1200 м/с | Здесь через 0,25с будет граница роста изотерм. сферы. Нагрев: 0,7с до 4000 °C, 1—4с ~3000 °C, 7с 2000 °C, 10с 1000 °C, 20с 25 °C[# 17]. Человек превращается в обугленные обломки: ударная волна от 1,5 МПа вызывает травматические ампутации[лит 30] (С. 357), а догнавшая отброшенное тело огненная сфера обугливает останки. Полное разрушение танка 1—2 МПа[лит 31] (С. 31, 32). Полное разрушение подземных кабельных линий, водопроводов, газопроводов, канализации, смотровых колодцев[лит 28], [лит 10] (С. 11). Разрушение подземных ж/б труб диаметром 1,5 м, с толщиной стенок 0,2 м (1,2—1,5 МПа)[лит 9] (С. 27). Разрушение арочной бетонной плотины ГЭС [лит 6] (С. 68—69). Сильное разрушение долговременных железобетонных фортсооружений (ДОТ)[# 16] (РДС-6с 400 кт на дистанциях 200—500 м (1,5—30МПа)[# 14][лит 22] (С. 76)). Сильная деформация и повреждение заглублённых сводчатых бетонных защитных сооружений (1,1—1,52 МПа)[# 18][лит 2] (С. 165). Полное разрушение подземной выработки с деревянным креплением на глубине менее 14 м. Незначительные повреждения подземных сооружений метро (см. выше)[лит 16] (С. 314, 315, 338). | | 0,4 c | 800 м 20 000 Гр | 787 К 214 дБ | 1 МПа 1,5 МПа 3,94 ρ0 | 1040 м/с 772 м/с | Нагрев до 3000 °C[# 17]. Полное разрушение всех защитных сооружений гражданской обороны (убежищ)[лит 32][лит 28], разрушение защитных устройств входов в метро. Образование трещин в заглублённых сводчатых бетонных сооружениях[# 18], возможно повреждение входных дверей (0,83—1,1 МПа)[лит 2] (С. 165). Разрушение гравитационной бетонной плотины ГЭС [лит 6] (С. 68—69). ДОТы становятся небоеспособны (РДС-1 22кт на дистанции 250 м[# 14][лит 27] (С. 654). | 30 000 K 3 м | 0,51 c | 1000—1100 м 10 000 Гр ~20 000 кДж/м² | 650 К 211 дБ | 0,7 МПа 0,86 МПа 3,5 ρ0 | 888 м/с 630 м/с | Здесь будет граница роста огненной сферы[лит 2] (С. 81, 82)[лит 24] (С. 111),[лит 33] (С. 107),[лит 7] (С. 107) через ~1,5 с. Пустая полость изотермической сферы (~1 % ρ0) радиусом ~600 м с потерей тепловой энергии начинает схлопываться. Нагрев до 800—850 °C на 5 с[# 17].Человек превращается в сильно обгорелый и изломанный труп. Полное разрушение отдельно стоящих убежищ, рассчитанных на 0,35 МПа (близко к типу А-II или классу 2 0,3 МПа)[лит 32][лит 28]. Сильное повреждение ДОТ (РДС-6с 400 кт на дистанции 750 м)[лит 22] (С. 76))[# 14]. Полное разрушение артиллерии, вывод из строя танков (РДС-1 22кт на дистанции 250—300 м[# 14])[лит 27] (С. 654). | 17 000 K 0,2 МПа 0,01ρ0 10 м | 0,73 c | 1250 м ~5000 Гр | 552 К 208 дБ | 0,5 МПа 0,5 МПа 3,1 ρ0 | 772 м/с 518 м/с | Граница распространения сильной ударной волны: со снижением давления фронта ниже 0,49 МПа давление скоростного напора становится ниже давления фронта и далее ударная волна носит название "слабой"[лит 2] (С. 107), здесь также лежит граница резкого понижения плотности воздуха после прохода волны[лит 33] (С. 89). При падении температуры в огненном шаре ниже 20 000 К вещества паров бомбы соединяются с кислородом и образуют окислы[лит 17] (С. 32). При высоте взрыва 1200 м в летних условиях нагрев приземного воздуха перед приходом уд. волны в эпицентре до 600 °C, в 1 км 350 °C, в 2 км 100 °C[лит 5] (С. 154). Гибель собак от ударной волны (0,5 МПа)[лит 25] (С. 77). Разрушение убежищ, рассчитанных на 200 кПа (тип А-III или класс 3)[лит 32][лит 28]. Полное разрушение железобетонных ДОТов сборного типа (РДС-2 38 кт на дистанции 500 м[лит 16] по условиям наземного взрыва[# 14]). Полное разрушение железнодорожных путей[лит 10] (С. 27). Человек — 99%-я вероятность гибели только от действия ударной волны[# 19] (0,38—0,48 МПа)[лит 2] (С. 541) (0,5 МПа), контузия внутренних органов и ЦНС[лит 34] (С. 207). | | 0,9—1 c 8—10 тыс. К Сириус | 1350 м | 453 К 206 дБ | 0,4 МПа 0,36 МПа 2,82 ρ0 | 707 м/с 453 м/с | Максимум яркости второй фазы свечения сферы, радиус её в это время 875 м. К этому времени она отдала ~20 % световой энергии [лит 2] (С. 81, 351, 355). С выростом длины пробега света обнажаются всё более глубокие слои нагретой сферы, скопом высвечивающие свою оставшуюся энергию в пространство; то есть сияние исходит и снаружи и изнутри одновременно. После второго максимума сфера ещё немного подрастает, но яркостная температура её необратимо падает в течение ~1 мин. и сфера—облако меняет цвет к ярко-белому, золотисто-жёлтому, затем оранжевому, красному, вишнёвому цвету; это похоже на перемещение звезды из одного спектрального класса к другому. При давлении фронта ниже 0,35—0,4 МПа скорость напора становится ниже скорости звука в волне, уменьшается сопротивление обтекания встречных предметов[лит 10] (С. 35) и в дальнейшем падает отбрасывающая сила волны. Ударная волна 0,4 МПа разрушает ленточные фундаменты жилых зданий [лит 9] (С. 11) (не говоря уже о наземной их части). Сильное и полное разрушение наземных сводчатых стальных защитных сооружений (0,31—0,43 МПа)[# 20][лит 2] (С. 165). Слабое разрушение отдельно стоящих убежищ, рассчитанных на 0,35 МПа [лит 28]. Остов слоистого деревоземляного защитного сооружения[# 21] от ударной волны 0,41 МПа испытывает нагрузки в ~1,5 раза больше, чем от прямого попадания фугасной бомбы 100 кг[лит 35] (С. 43, 45). | 15 000 К 0,115 МПа | 1,13 с Альтаир | 1500 м | 455 К 204 дБ | 0,3 МПа 0,22 МПа 2,5 ρ0 | 635 м/с 378 м/с 1,75 с | Давление в сфере снижается до атмосферного. Условия по ударной волне близки к условиям в районе эпицентра взрыва в Хиросиме (~20 кт)[лит 36] (С. 28). 0,3 МПа — расчётное давление ударной волны для проектирования конструкций и защитных устройств подземных сооружений линий глубокого заложения метрополитена[лит 37]. Сильная деформация наземных сводчатых стальных защитных сооружений в виде выпучивания стенок внутрь (0,28—0,34 МПа)[# 20][лит 2] (С. 164, 165). Человек весом 80 кг в положении стоя — при взрыве 0,5 Мт отбрасывается ударной волной 0,3 МПа (не в эпицентре, волна идёт параллельно земле) на расстояние свыше 300 м с начальной скоростью свыше 575 км/ч, из них 100—150 м (0,3—0,5 пути) свободный полёт, а остальное расстояние — многочисленные рикошеты о грунт; в положении лёжа отброс свыше 190 м со скоростью 216 км/ч. Для сравнения, при взрыве 20 кт и 0,3 МПа отбрасывания меньше: стоя 130 м и 180 км/ч, лёжа 40 м и 61 км/ч[лит 5](С. 227—229). Ударная волна более мощного взрыва при том же перепаде давления обладает большей глубиной и успевает сильнее разогнать тела. Практически у всех людей будут порваны барабанные перепонки (0,28-0,31 МПа)[лит 2] (С. 541). Вероятность гибели от первичного действия ударной волны около 50%[# 19] (0,314—0,38 МПа)[лит 2] (С. 541)(0,32 МПа)[лит 34] (С. 307). | 12 000 K 0,015ρ0 20 м | 1,4 c | 1600 м 500 Гр | 433 К 202 дБ | 0,26 МПа 0,17 МПа 2,3 ρ0 | 605 м/с 350 м/с | Нагрев до 200 °C[# 17]. Многочисленные ожоги 3—4 степени до 60—90 % поверхности тела, тяжёлое лучевое поражение, сочетающиеся с другими травмами, летальность сразу или до 100 % в первые сутки, вероятность гибели от ударной волны ~10% (0,25 МПа)[лит 34] (С. 307). На расстоянии 1,6 км от воздушного взрыва (т. е. в эпицентре) человек в бетонном убежище с толщиной перекрытия 73 см получит смертельное лучевое поражение, безопасная толщина бетона должна быть 120 см или стали 30 см[лит 2] (С. 16, 364). При взрыве на небольшой высоте ударная волна отбрасывает танк на 10 м и повреждает[лит 16]. Полное резрушение металлических и железобетонных мостов пролётом 30—50 м[лит 28], [лит 10] (С. 27). Повреждение вентиляции и входных дверей у наземных сводчатых стальных защитных сооружений (0,21—0,28 МПа)[# 20][лит 2] (С. 165). | 0,1 МПа | 1,6 с | 1750 м 70 Гр | 405 К 200 дБ | 0,2 МПа 0,11 МПа 2,1 ρ0 | 555 м/с 287 м/с | Давление в сфере становится ниже 1 атм. Баротравма лёгких средней тяжести (0,15—0,2 МПа)[лит 34] (С. 206). Экипаж танка погибает в течение 2—3-х недель от крайне тяжёлой лучевой болезни[лит 31]. Полное разрушение[# 22] бетонных, железобетонных монолитных (малоэтажных) и сейсмостойких зданий (0,2 МПа), убежищ встроенных и отдельностоящих, рассчитанных на 100 кПа (тип А-IV или класс 4) (0,175—0,2 МПа)[лит 32][лит 28][лит 36] (С. 26), убежищ в подвальных помещениях многоэтажных зданий (0,17—0,3 МПа)[лит 9] (С. 11). | | 1,9 c 7000 К | 1900 м 50 Гр ~15 000 кДж/м² | 370 К 198 дБ | 0,15 МПа 0,06 МПа 1,88 ρ0 | 510 м/с 235 м/с | Опасные поражения человека ударной волной [# 19][лит 28][лит 9] (С. 12); человек весом 80 кг при взрыве 0,5 Мт в положении стоя отбрасывается волной на 260 м с начальной скоростью ок. 400 км/ч, лёжа соответственно 150 м и 180 км/ч[лит 5](С. 229). В случае падения телом (не головой) о твёрдое препятствие со скоростью 150 км/ч и выше — 100%-я гибель [лит 34] (С. 288). Молниеносная форма лучевой болезни[лит 28], 100 % летальность в течение 6—9 суток[лит 38](С. 69). Сильное разрушение[# 23] сейсмостойких зданий (0,15—0,2 МПа)[лит 28]. Огненная сфера в это время достигает максимальных размеров (D~2км), подминается снизу отражённой от земли ударной волной и начинает подъём, причём ценральная и более нагретая часть поднимается быстрее, а окраинные и холодные части медленнее; пустая изотермическая полость в сфере схлопывается преимущественно вверх, образуя быстрый восходящий поток в эпицентре — будущую ножку гриба. | | | 2000 м | | | | При высоте взрыва 2000 м в летних условиях перед приходом ударной волны нагрев воздуха у поверхности в эпицентре св. 1700 °C, в 1 км св. 700 °C, в 2 км ~150 °C. С дальнейшим ростом высоты эффект разогрева снижается[лит 1] (С. 180). Электромагнитный импульс имеет напряжённость электрического поля 12 кВ/м[лит 28]. | (~5000 К) 1—0,85 атм | 2,42 c | 2100 м 20 Гр | 365 К 196 дБ | 0,125 МПа 0,045 МПа | 480 м/с 200 м/с | Полное разрушение встроенных убежищ, рассчитанных на 50 кПа (0,125 МПа), слабое разрушение отдельно стоящих и встроенных убежищ, рассчитанных на 0,1 МПа (0,125—0,15 МПа)[лит 28]. Давление 0,12 МПа и выше — вся городская застройка плотная и разряжённая превращается в сплошные завалы (отдельные завалы сливаются в один сплошной), высота завалов может составлять 3—4 м[лит 10](С. 276), [лит 31] (С. 60). Некоторые люди внутри зданий при давлении ударной волны 0,1—0,14 МПа могут выжить (наблюдения в Хиросиме)[лит 2] (С. 612)[# 24] | (7 500 К)
0,02ρ0 ~100 м | 2,6 c | 2230 м ~10 Гр | 353 К 194 дБ | 0,1 МПа 0,03 МПа 1,63ρ0 | 460 м/с 174 м/с | Тяжёлые поражения[# 25] человека ударной волной[лит 28], [лит 9] (С. 12), разрыв лёгких ударной[лит 2] (С. 540) и звуковой волной[лит 39], 50%-я вероятность разрыва барабанных перепонок (0,1 МПа)[лит 34] (С. 206). Крайне тяжёлая острая лучевая болезнь, по сочетании травм 100 % летальность в пределах 1—2 недель [лит 38](С. 67—69),[лит 40][лит 28]. Безопасное нахождение в танке[лит 31], в укреплённом подвале с усиленным ж/б перекрытием[лит 9][лит 16](С. 238) и в большинстве убежищ Г. О. Разрушение грузовых автомобилей[лит 28]. 0,1 МПа — расчётное давление ударной волны для проектирования конструкций и защитных устройств подземных сооружений линий мелкого заложения метрополитена[лит 37]. | (4000 К) 0,9-0,8 атм | 3,23 c 5-6 тыс.К Солнце | 2550 м 3 Гр | 347 К 193 дБ | 0,09 МПа 0,025 МПа | 450 м/с 160 м/с | При высоте взрыва ~1,5 км у поверхности появляется совместная прямой и отражённой головная ударная волна — эффект или волна Маха. В это время в радиусе св. 1,5 км от центра давление снижается до 0,8 атм и несколько секунд держится на этом уровне, затем постепенно повышается; при наземном или невысоком воздушном взрыве этот эффект может отжать и открыть защитную дверь в убежище и даже поднять незакреплённое бетонное перекрытие толщиной 0,9 м без дополнительной засыпки[лит 4](С. 52, 53),[лит 24](С. 116). Полное разрушение[# 22] железобетонных зданий с большой площадью остекления 0,09-0,1 МПа[лит 28]. | | 3,8 c | 2800 м 1 Гр 8000 кДж/м² | 341 К 192 дБ | 0,08 МПа 0,02 МПа | 439 м/с 146 м/с 2,1 с | В мирных условиях и своевременном лечении неопасное лучевое поражение[лит 28][лит 9] (С. 67), но при сопровождающих катастрофу антисанитарии и тяжёлых физических и психологических нагрузках, отсутствии медицинской помощи, питания и нормального отдыха около половины оказавшихся вне укрытий и получивших дозу 1—1,6 Гр погибают только от радиации и сопутствующих заболеваний[лит 40] (С. 52), а по сумме повреждений (плюс травмы и ожоги) гораздо больше. Давление менее 0,1 МПа — городские районы с плотной застройкой превращаются в сплошные завалы[лит 10] (С. 28). Полное разрушение[# 22] подвалов без усиления конструкций (0,075 МПа), деревоземляных ПРУ, рассчитанных на 30 кПа (0,08 МПа); слабое разрушение встроенных убежищ, рассчитанных на 0,05 МПа (0,075 МПа). Среднее разрушение[# 26] сейсмостойких зданий (0,08—0,12) МПа.[лит 28] Сильные повреждения железобетонных ДОТов сборного типа (РДС-2 38 кт на дистанции 1000 м[лит 16][# 14]). Детонация пиротехнических средств (РДС-1 22 кт на дистанции 750 м[# 14])[лит 27] (С. 641). Электромагнитный импульс 6 кВ/м[лит 28]. | | 6 c | 3600 м ~0,05 Гр | 323 К 188 дБ | 0,05 МПа 0,008 МПа 1,33ρ0 | 404 м/с 99,2 м/с 2,4 с | Средние поражения[# 27] человека ударной волной[лит 28], [лит 9] (С. 12). Неопасная доза радиации[лит 28][лит 9]. Люди и предметы оставляют «тени» на асфальте[лит 2]. Полное разрушение[# 22] административных многоэтажных каркасных (офисных) зданий (0,05—0,06 МПа), укрытий простейшего типа; сильное[# 26] и полное разрушение массивных промышленных сооружений 0,05—0,1 МПа[лит 36](С. 26), [лит 9](С. 11), [лит 10] (С. 27), [лит 28]. Практически вся городская застройка разрушена с образованием местных завалов (один дом — один завал)[лит 10] (С. 246), отдельные обломки отбрасываются до 1 км. Полное разрушение легковых автомобилей. Полное уничтожение леса, район выглядит так, будто там ничто не росло[лит 31] (С. 60). Разрушения аналогичны землетрясению 10 бал. Сфера перешла в огненный купол, как пузырь всплывающий вверх, увлекая за собой столб из дыма и пыли с поверхности земли: начинает расти характерный взрывной гриб. Скорость ветра у поверхности к эпицентру ~100 км/ч. | | | 4300 м | 316 К 186 дБ | 0,04 МПа 0,0053 МПа | 392 м/с 82 м/с | Полное разрушение[# 22] складов, немассивных промышленных зданий 0,04—0,05 МПа; сильное разрушение[# 23] многоэтажных железобетонных зданий с большой площадью остекления 0,04-0,09 МПа и административных зданий 0,04—0,05 МПа[лит 28]. Радиус зоны сильного запыления после взрыва (широкого основания ножки «гриба») ~3—4 км. Радиус повреждения электромагнитным импульсом до 3 кВ/м линий электропередач и нечувствительных электроприборов (2—4 кВ/м)[лит 28]. | | | 4600 м 4000 кДж/м² | 313 К 185 дБ | 0,035 МПа 0,004 МПа | 386 м/с 73 м/с 2,7 с | Радиус начала повреждений барабанных перепонок ударной волной (0,035 МПа[лит 2] (С. 541), 0,034-0,045 МПа[лит 34] (С. 206)). В Хиросиме в радиусе давления 0,035 МПа (1,6 км) до 90% людей (учащиеся) на улице погибли и пропали без вести, а среди находившихся в разных укрытиях выжили 74 %. При высоте взрыва 2000 м на расстоянии 5 км от эпицентра высота фронта волны Маха 200 м. При давлении 0,035 МПа автомобиль получает большие вмятины, разбивание стёкол и выбивание дверей, но может остаться на ходу[лит 2] (С. 92, 247, 612). На первых километрах человек не услышит грохот взрыва из-за поражения слуха и сотрясения мозга ударной волной. | | 8—10 с
| | | | | Окончание эффективного времени второй фазы свечения, выделилось ~80 % суммарной энергии светового излучения[лит 2] (С. 355). Оставшиеся 20 % неопасно высвечиваются в течение около минуты с непрерывным понижением интенсивности, постепенно теряясь в клубах облака. Разрушение укрытий простейшего типа (0,035—0,05 МПа)[лит 9] (С. 11). После схлопывания пустой полости раскалённые газы облака заворачиваются в торообразный вихрь, сохраняющийся до конца подъёма гриба; горячие продукты взрыва локализуются в верхней части облака[лит 5]. Если высота мегатонного взрыва была выше 1 км, то столб завылённого воздуха (ножка гриба) не достаёт до облака[лит 1] (С. 454) и весь подъём тянется за ним отдельно, пыль с земли не смешивается с продуктами реакции. | ~3500 К | 10 с ~3000 К | 5300 м 3000 кДж/м² | 310 К 184 дБ | 0,03 МПа 0,003 МПа 1,21ρ0 | 380 м/с 63 м/с | Ожоги третьей-четвёртой степени в зимней одежде (2093 кДж/м² и выше) [лит 28]. Отброс ударной волной человека весом 80 кг стоя: 18 м с начальной скоростью 29 км/ч, лёжа: 1,3 м и 11 км/ч[лит 5](С. 229). В случае падения головой о твёрдое препятствие со скоростью 25 км/ч и выше 100%-я гибель, телом со скоростью 23 км/ч и выше — порог летальности[лит 34] (С. 287, 288). Полное разрушение[# 22] многоэтажных кирпичных домов 0,03—0,04 МПа, панельных домов 0,03—0,06 МПа, сильное разрушение[# 23] складов 0,03—0,05 МПа, среднее разрушение[# 26] каркасных административных зданий 0,03—0,04 МПа, слабое разрушение деревоземляных противорадиационных укрытий, рассчитанных на 0,03 МПа (0,03—0,05 МПа)[лит 9](С. 11), [лит 36](С. 26), [лит 10](С. 27), [лит 28]. Разрушения аналогичны землетрясению 8 баллов. Безопасно почти в любом подвале[лит 9]. Свечение огненного купола перестаёт быть опасным, он превращается в огненное облако, с подъёмом растущее в объёме; скорость подъёма ~300 км/ч [лит 2](С. 35) | | ~10 с— 1 мин. | | | | | Castle Bravo Blast.jpg В случае взрыва во влажной атмосфере, за фронтом ударной волны, в области разрежения и охлаждения появляются конденсационные облака (эффект камеры Вильсона)[лит 2](С. 52) в виде расширяющихся купола, кольца или системы колец, полос или просто облаков, окружающих растущий «гриб» и постепенно исчезающих. Эти образования являются позже максимума свечения и практически не ослабляют опасный световой импульс, а на ранней стадии, если они полностью закрывают взрыв, то из-за яркой внутренней подсветки могут быть приняты сторонним наблюдателем за огненный шар гораздо большего масштаба, чем есть на самом деле. | | | 6400 м 2000 кДж/м² | 307 К 182 дБ | 0,025 МПа 0,0021 МПа | 374 м/с 54 м/с 3 с | Ожоги второй—третьей степени в зимней одежде (1675—2093кДж/м²)[лит 6] (С. 238), без учёта ожога пламенем горящей одежды. Люди и предметы оставляют "тени" на вспузыренной окрашенной поверхности (до 1675 кДж/м²)[лит 2] (С. 335). Слабое разрушение[# 28] сейсмостойких зданий 0,025—0,035 МПа[лит 28]. В лесном массиве скоростной напор ~60 м/с валит до 90 % деревьев, район практически непроходим[лит 2] (С. 171). | | 16 с | 7500 м 1500 кДж/м² | 303 К 180 дБ | 0,02 МПа 0,0014 МПа | 367 м/с 44 м/с 3,25 с | Ожоги первой степени в зимней одежде (1465—1675 кДж/м²)[лит 6] (С. 238). Лёгкие поражения[# 29] человека ударной волной[лит 28], [лит 9](С. 12). Полное разрушение[# 22] деревянных домов (0,02—0,03 МПа), сильное разрушение[# 23] кирпичных многоэтажных домов (0,02—0,03 МПа), среднее разрушение[# 26] кирпичных складов (0,02—0,03 МПа), многоэтажных железобетонных 0,02—0,04МПа, панельных (0,02—0,03 МПа) домов; слабое разрушение[# 28] административных каркасных зданий (0,02—0,03 МПа), массивных промышленных сооружений (0,02—0,04 МПа), подвалов без усилений несущих конструкций[лит 9](С. 11),[лит 10](С. 27)[лит 36](С. 26),[лит 28]. Воспламенение автомобилей[лит 28]. Скоростной напор 40—45 м/с валит около 30 % деревьев, лесной массив проходим только пешеходами[лит 2] (С. 171). Разрушения аналогичны землетрясению 6 бал., урагану 12 бал. до 39 м/с. «Гриб» вырос до 3 км над центром взрыва, скорость подъёма 480 км/час[лит 2] (С. 38).[лит 2](С. 38) (истинная высота гриба больше на высоту взрыва боеголовки, примерно на 1,5 км), у него появляется «юбочка» из конденсата паров воды в потоке тёплого воздуха, веером затягиваемого облаком в холодные верхние слои атмосферы, а на огненном облаке появляются тёмные пятна. | | | 10 000 м 800 кДж/м² | 300 К 178 дБ | 0,015 МПа 0,0008 МПа | 360 м/с 33 м/с 3,43 с | Граница района многочисленных травм от падения и от летящих обломков и осколков стекла (0,014 МПа и более)[лит 2] (С. 624). Ожоги третьей—четвёртой степени в летней одежде (св. 630 кДж/м²)[лит 28], ожоги третьей степени в демисезонной одежде[лит 6] (С. 238). Среднее разрушение[# 26] малоэтажных кирпичных домов 0,015—0,025МПа[лит 28][лит 10](С. 27). Из-за скоростного напора 27—36 м/с лесной массив теряет немного деревьев и поломаны ветви, район проходим автотранспортом[лит 2] (С. 171). | | | 13 300 м 500кДж/м² | | | 3,45 с | Ожоги третьей степени открытой кожи (500 кДж/м² и выше), ожоги второй степени в летней и межсезонной одежде (420—630 кДж/м²)[лит 6] (С. 238),[лит 28]. Ударная волна 0,012 МПа может перевернуть дом-прицеп (жилой трейлер)[лит 2] (С. 215). | | 35 c | 14 300 м | 296 К 174 дБ | 0,01 МПа 0,00034МПа 1,07ρ0 | 354 м/с 23 м/с | Воспламеняется бумага, тёмный брезент. Зона сплошных пожаров, в районах плотной сгораемой застройки возможны огненный шторм, смерч (Хиросима, «Операция Гоморра»). Слабое разрушение[# 28] панельных зданий 0,01—0,02 МПа[лит 28]. Вывод из строя авиатехники и ракет 0,01—0,03 МПа. Разбиты 100% оконных стёкол (0,01 МПа и выше)[лит 41] (С. 195). Разрушения аналогичны землетрясению 4—5 баллов, шторму 9—11 балов V = 21—28,5м/с[лит 28]. «Гриб» вырос до ~5 км[лит 2] (С. 39); огненное облако светит всё слабее. | | | ~15 000м 375кДж/м² | | | | Ожоги второй—третьей степени открытых частей тела и под летней одеждой (375 кДж/м² и выше), первой степени в демисезонной одежде[лит 6] (С. 238),[лит 28]. | | Антарес | 17 000 м | 172 дБ | 0,008 МПа 0,00022МПа 1,06 ρ0 | 351 м/с 19 м/с | Среднее разрушение[# 26] деревянных домов 0,008—0,012 МПа. Слабое разрушение[# 28] многоэтажных кирпичных зданий 0,008—0,010 МПа[лит 28], [лит 10] (С. 27). | | | 20 000 м 250кДж/м² | 170 дБ | 0,006 МПа 0,00012МПа 1,042 ρ0 | 349 м/с 14 м/с ~5 с | Ожоги первой степени в летней одежде (250 кДж/м² и выше). Слабое разрушение[# 28] деревянных домов 0,006—0,008 МПа[лит 10] (С. 27,)[лит 28]. | | | 21 300 м 200кДж/м² | | | | Ожоги первой степени открытой кожи (200 кДж/м² и выше)[лит 28] — в пляжной одежде выход из строя и возможна гибель. Исписанный лист бумаги выгорает, в то время как чистый лист остаётся цел (210 кДж/м²).[лит 2] (С. 336, 554) | ~1800 К | 1 мин. | 22 400 м 150 кДж/м² | 293 К 168 дБ | ~0,005 МПа 9×10−5МПа 1,03 ρ0 | 347 м/с 12 м/с | Atomic blast Nevada Yucca 1951.jpg Разрушение армированного остекления[лит 28]. Корчевание больших деревьев (вне лесных массивов)[лит 30]. Зона отдельных пожаров. «Гриб» поднялся до 7 км от центра взрыва. На облаке исчезают последние светящиеся пятна[лит 22] (С. 56)[лит 2] (С. 35), а с падением температуры газов ниже 1800 К оно окончательно перестаёт излучать свет,[лит 8] (С. 477) и теперь может иметь красноватый или рыжеватый оттенок из-за содержащихся в нём окислов азота[лит 8] (С. 436),[лит 22] (С. 64), чем будет выделяться среди других облаков. | | 1,5 мин. | 32 км 60 кДж/м² | 291 К 160 дБ | ~0,002 МПа 1×10−5 МПа | 343 м/с 5 м/с | Максимальный радиус поражения незащищённой чувствительной электроаппаратуры электромагнитным импульсом[лит 28]. Разбиты почти все обычные и часть армированных стёкол в окнах[лит 28][лит 9] (С. 11) — актуально морозной зимой плюс возможность порезов летящими осколками. Вре́менная потеря слуха (0,002 МПа и более)[лит 34] (С. 206), 160 дБ — звук выстрела из ружья вблизи (не вплотную) от уха[лит 39] «Гриб» поднялся до 10 км, скорость подъёма ~220 км/час[лит 2] (С. 38). Выше тропопаузы облако развивается преимущественно в ширину[лит 2] (С. 39). | | 2,5 мин. | 40 км | 289 К 154 дБ | 0,001 МПа 3×10−6 МПа | 341 м/с 2,34 м/с | Среднее разрушение обычного остекления[лит 28]. Разбито 1 % остекления[лит 41] (С. 195). Звук ударной волны 150 дБ соответствует шуму при взлёте ракеты Сатурн-5 или Н-1 на расстоянии 100 м[лит 39]. | | 3 мин. | 48 км | 143 дБ | 0,00028 МПа | | Граница массовых выбиваний стёкол в окнах[лит 2] (С. 128, 621). Звук 140—150 дБ — шум рядом со взлетающим самолётом, 140 дБ — максимальная громкость на рок-концерте. | | 4 мин. | 85 км 40 кДж/м² | 289 К 130 дБ | менее 0,0001МПа | менее 341 м/с | С этого расстояния огненный шар похож на большое неестественно яркое Солнце у горизонта, а в момент первого максимума 0,001 с вспышка во много раз ярче полуденного светила[лит 2](С. 34), может вызвать ожог сетчатки глаз[лит 28], прилив тепла к лицу[лит 22](С. 423). Подошедшая через 4 минуты ударная волна ещё может сбить с ног человека и разбить отдельные стёкла в окнах. Далее она, за исключением случаев, когда её направление совпадает с ветром, окончательно теряет оглушающую и разрушающую силу и вырождается в громоподобный звук. «Гриб» поднялся свыше 16 км, скорость подъёма ~140 км/час[лит 2] (С. 38). | | 8 мин. | 165 км | 288 К | — | 340 м/с | Mike 1.jpg Вспышка не видна за горизонтом, зато видно сильное зарево и огненное облако. Общая высота «гриба» 18—24 км, облако 9 км в высоту и 20—30 км в диаметре[лит 2] (С. 39, 94), [лит 31] (С. 48), [лит 9] (С. 23), своей широкой частью оно «опирается» на тропопаузу[лит 2] (С. 41). Вес водяного пара, заброшенного в стратосферу, порядка нескольких десятков тысяч тонн[лит 17] (С. 31). Грибовидное облако выросло до максимальных размеров и наблюдается ешё около часа или более, пока не развеется ветрами и не перемешается с обычной облачностью[лит 2] (С. 40). | Условия в сфере: темп-ра давление плотность пробег света [# 1] | Время [# 2] Ярк. вспыш- ки Цвет [# 3] | Рассто- яние [# 4] Радиа-ция [# 5] Световой импульс [# 6] | УСЛОВИЯ Темпера- тура [# 7] Пробег света Звук [# 8] | УДАРНОЙ Давление фронта/ напора [# 9] Плотность фронта [# 10] | ВОЛНЕ Скорость фронта [# 11] Скорость напора Время+[# 12] | Примечания[# 13] |
---|
- Примечания
- ↑ 1 2 Условия внутри огненной сферы:
температура вещества в центральных областях в этот момент; давление в мегапаскалях: 0,1 МПа ~ 1 атм; плотность в единицах плотности атмосферы на уровне моря; свободный пробег квантов света внутри сферы. Цвет графы — примерная цветность излучения плазмы в этот момент; - ↑ 1 2 Время отмечает момент прихода ударной волны; до времени 0,1 мс — момент прихода границы огненной сферы;
- ↑ 1 2 Видимая со стороны яркостная температура светящейся области в этот момент. Для сравнения, яркостная температура Солнца 5578 К.
Цвет графы — примерный цвет вспышки в этот момент (восприятие цвета может быть искажено из-за большой яркости). - ↑ 1 2 Расстояние от центра взрыва: до 0,1 мс — расстояние до границы светящейся сферы; после — расстояние до фронта ударной волны;
- ↑ 1 2 Суммарная доза проникающей радиации на данном расстоянии от взрыва. ]])
- ↑ 1 2 Световой импульс (кДж/м²) — количество световой энергии на данном расстоянии от ядерного взрыва, падающей на освещаемую поверхность в виде электромагнитного излучения в ультрафиолетовой, видимой и инфракрасной областях спектра при прозрачности атмосферы до 100 км за всё время свечения огненного шара. При мегатонном взрыве 80% световой энергии выделяются в первые 10 с. Для сравнения: энергия солнечного излучения за 10 секунд составляет до 15 кДж/м². В случае неидеального городского воздуха цифру светового импульса надо умножать на коэффициент прозрачности атмосферы: при дальности видимости до 20 км 0,8; до 10 км 0,66; до 5 км 0,36; до 1 км 0,12.
- ↑ 1 2 Температура воздуха во фронте ударной волны в градусах Кельвина при начальной температуре воздуха 288 К (15 °C) без учёта теплового излучения вспышки; теоретическая температура нагрева встречных предметов дана отдельно в примечаниях.
- ↑ 1 2 Свободный пробег света в ударной волне, м.
Звуковое давление фронта ударной волны в децибелах (дБ). Звук фронта это резкий и быстрый звуковой удар вроде хлопка петарды или выстрела салюта, но гораздо сильнее. Сразу за фронтом уровень шума значительно меньше, поскольку это будет эхо звуковых отражений о препятствия и звук разрушений. - ↑ 1 2 Избыточное давление воздуха во фронте ударной волны в мегапаскалях (МПа), 1 МПа примерно равен 10 атмосфер. Оно определяет разрушающее действие ударной волны.
Максимальное давление скоростного напора воздуха за фронтом (МПа), определяет разгоняющее и отбрасывающее действие ударной волны; скорость напора дана в соседней графе. - ↑ 1 2 Плотность воздуха во фронте ударной волны в единицах плотности воздуха на уровне моря ρ0, например при 15 °C ρ0=1,225 кг/м³.
- ↑ 1 2 Скорость фронта: до времени 0,1 мс — скорость роста светящейся сферы; после — скорость движения фронта ударной волны.
- ↑ 1 2 Максимальная скорость движения воздуха за границей фронта, определяющая действие скоростного напора ударной волны, вроде ураганного ветра.
Время(+) — так называемая продолжительность положительной фазы ударной волны, или продолжительность скоростного напора от момента прихода фронта до остановки ветра от эпицентра; последующее обратное движение воздуха к эпицентру или отрицательная фаза ударной волны значительно слабее и длится около 10 с на всех расстояниях от мегатонного взрыва. - ↑ 1 2 При рассмотре в примечаниях последствий для людей, техники и строений учитывается только воздействие факторов самого взрыва в идеальных условиях и в незамутнённой безоблачной атмосфере. Последующие пожары и обрушения, выбросы вредных веществ и радиоактивное заражение, а также всевозможные отражения, наложения, экранирования света и радиации в основном не учитываются. Отражение ударной волны и образование слитной головной волны учтено. Объекты как бы находятся в чистом поле и не заслоняют друг друга. Усложняющие факторы могут как увеличить последствия, так и уменьшить их.
- ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 Рассчитано по формуле подобия параметров ударной волны для различных мощностей зарядов (М.А. Садовский):
R1/R2 = (q1/q2)1/3,
где R1 и R2 — расстояния на которых будет наблюдаться одинаковое давление ударной волны; q1 и q2 — мощности сопоставляемых зарядов. - ↑ При взрыве 1 Мт на высоте 50 м над поверхностью в обычном мягком грунте будут наблюдаться следующие явления:
- на глубине 10 м смещение грунтового массива ~15 м (что равносильно появлению здесь воронки) со скоростью свыше 200 м/с и давление ~400 МПа;
- на глубине 20 м смещение 10 м со скоростью 100 м/с и давление 200 МПа;
- на глубине 50 м смещение 7 м со скоростью 40 м/с и давление 50 МПа;
- на глубине 70 м смещение 5—6 м со скоростью 20 м/с и давление 25 МПа;
- на глубине 100 м смещение 3 м со скоростью 7—8 м/с и давление 10 МПа — всё ещё возможно разрушение подземных сооружений, а размер смещения не позволяет в них уцелеть людям;
- по радиусу от эпицентра на глубине 10 м (на глубине заложения прочного котлованного сооружения):
- на расстоянии 100 м смещение ~4 м со скоростью 40 м/с и давление 50—60 МПа;
- на расстоянии 300 м смещение 1 м со скоростью 5 м/с и давление 7—8 МПа;
- на расстоянии 400 м смещение 0,7 м со скоростью 2—2,5 м/с и давление 5 МПа — возможна постройка котлованного защитного сооружения;
- на расстоянии 1000 м смещение 0,15 м со скоростью до 0,5 м/с и давление ~0,5 МПа.
- ↑ 1 2 Поверхностные железобетонные монолитные бункеры типа долговременных огневых сооружений (доты) полностью разрушаются в области давлений 2—20 МПа.
- ↑ 1 2 3 4 5 6 Нагрев некоей неподвижной точки без учёта конвекции и расширения шара. Нагрев твёрдых материальных объектов, как-то: поверхность земли, металл техники, кожа человека, может сильно отличаться от указанной, в большую или в меньшую сторону. Поверхность, особенно тёмная — нагреется больше, глубинные неразрушенные слои сильно меньше и могут даже вообще не изменить свою температуру. Внутри огненной сферы (в областях давлений выше 0,7 МПа) нагрев предметов в большей степени определяется температурой газов сферы, чем её тепловым излучением и тепловым импульсом ударной волны.
- ↑ 1 2 3 Заглублённое бетонное сооружение со сводчатым перекрытием длиной пролёта 4,9 м, центральный угол 180°; толщина стенок 0,2 м, толщина грунта на перекрытии 1,2 м.
- ↑ 1 2 3 Опасные поражения (свыше 0,1 МПа) — крайне тяжёлые и смертельные поражения, кровоизлияния в мозг, возможны переломы тонких косточек глазниц и попадание их в пазухи.
Здесь и далее только первичное непосредственное действие фронта ударной волны без учёта возможности косвенного поражения из-за отброса ударной волной, падения обломков, порезов осколками стёкол. При мощностях взрыва свыше 10 кт вторичная травматичность от метательного действия и последующего падения может значительно превышать первичное действие ударной волны, но точно предсказать эти последствия невозможно. - ↑ 1 2 3 Лёгкое наземное сводчатое сооружение из волнистой стали без рёбер жёсткости, обсыпанное грунтом толщиной 1,5 м. Центральный угол 180°.
- ↑ Защитная толща такого деревоземляного котлованного сооружения тяжёлого типа, расчитанного на прямое попадание 100 кг бомбы, будет в следующей последовательности:
верхняя обсыпка 0,3 м; тюфяк шириной 8,7 м и толщиной 2 м из камня, уложенного насухо по сплошному ряду брёвен диаметром 0,2 м; воздушная прослойка 0,1 м; слой грунта толщиной 2,65 м для распределения давления от взрыва; остов — рама внутренним пролётом 1,9 м и внутренней высотой 1,9 м из сосновых брёвен диаметром 0,16—0,24 м. - ↑ 1 2 3 4 5 6 7 Полное разрушение — снос всего здания, обрушение большей части несущих конструкций и перекрытий, может быть повреждён подвал.
- ↑ 1 2 3 4 Сильное разрушение — снос кровли, всех ненесущих стен, частичное разрушение несущих стен (колонн) и перекрытий, разрушение верхних этажей, большие трещины и деформации стен, деформации перекрытий нижних этажей.
- ↑ В Хиросиме недалеко от эпицентра отдельные здания, оставшиеся не до конца разрушенными и где выжили некоторые люди, имели прочную сейсмостойкую конструкцию из монолитного железобетона, относительно небольшие окна и не более 3—4 этажей.
- ↑ Тяжёлые поражения (0,06—1 МПа) — сильная контузия всего организма, травмы головного мозга с длительной потерей сознания, повреждения внутренних органов, тяжёлые переломы конечностей.
- ↑ 1 2 3 4 5 6 Среднее разрушение — разрушение крыш, большей части внутренних перегородок, возможно обрушение чердачных перекрытий, стен верхних этажей, деформации несущих конструкций.
- ↑ Поражения средней тяжести (0,04—0,06 МПа) — сотрясение головного мозга с потерей сознания, кровотечение из ушей и носа, расстройство речи и слуха, переломы и вывихи конечностей. Возможны разрывы барабанных перепонок.
- ↑ 1 2 3 4 5 Слабое разрушение — ломаются или деформируются лёгкие перегородки, выбиваются двери и окна, частично повреждается кровля, возможны трещины в верхних этажах.
- ↑ Лёгкие поражения (0,02—0,04 МПа) — лёгкая контузия, звон в ушах, головокружение, головная боль, ушибы, вывихи.
Список литературы в конце таблицы о подземном взрыве. |
Наземный контактный взрывВ отличие от воздушного ядерного взрыва, имеющего двойное назначение (боевое и стратегическое: уничтожение легкобронированной военной техники полевой фортификации и живой силы на поверхности, а также разрушение городов, промышленности и убийство мирных граждан на максимальной площади), наземный взрыв имеет тактическое значение и предназначен для разрушения прочных и защищённых военных объектов — танков, пусковых установок, аэродромов, кораблей, укреплённых баз, хранилищ, командных пунктов и особо важных убежищ, а также для радиоактивного заражения территории глубоко в тылу[лит 42] (С. 7). Мирные граждане могут пострадать при таком взрыве опосредованно — от всех факторов поражения ядерного взрыва — если населённый пункт окажется недалеко от защищённых военных баз, или от радиоактивного заражения — на расстояниях вплоть до нескольких тысяч километров. Специфика наземного взрыва в том, что ударная волна разрушающей силы, поражаюшие световое излучение и проникающая радиация распространяются на меньшие расстояния, чем при взрыве в воздухе (несмотря на больший диаметр огненной полусферы) и охватывают, соответственно, гораздо меньшую площадь[лит 2] (С. 615—616). Но соприкасающиеся с поверхностью продукты взрыва и излучения высокой плотности и интенсивности вступают с веществами почвы в ядерные реакции (нейтронная активация грунта), создают большие массы радиоактивных изотопов, которые в виде испарившегося грунта, частиц земли и пыли уходят вместе с облаком высоко в атмосферу, а затем выпадают в виде осадков, долгосрочно заражая окрестности. При наземном взрыве в облако интенсивнее засасываются частички грунта с поверхности, на которых осаждаются испарённые радиоактивные вещества, и они быстро начинают выпадать на поверхность. В случае воздушного взрыва источником заражения служат в основном продукты взрыва (пары бомбы) и изотопы компонентов воздуха, которым не на чем осесть и масса которых мала для гигантской площади разноса осадков взрывного облака. Например, после бомбардировок Хиросимы и Нагасаки (оба взрыва воздушные на высотах около 600 м, огненные сферы не соприкасались с поверхностью) не было ни одного случая лучевой болезни от радиоактивного заражения местности, все пострадавшие получили дозы только проникающей радиации в зоне непосредственного действия взрыва[лит 2] (С. 44, 592). А если это воздушный взрыв сверхбольшой мощности (1 Мт и более), то до 99 % образовавшихся радионуклидов заносится облаком в стратосферу[лит 43] (С. 6) и они не скоро выпадут на поверхность. Также наземный контактный взрыв выкапывает большой котлован — воронку (напоминает метеоритный кратер), разбрасывая вокруг радиоактивный грунт и генерирует в грунтовой толще мощные сейсмовзрывные волны, недалеко от эпицентра на много порядков более сильные, чем при обычных землетрясениях. Действие сейсмических колебаний делает малоэффективными убежища повышенной защищённости, так как люди в них могут погибнуть или получить повреждения даже при сохранении убежищем своих защитных свойств от остальных поражающих факторов[лит 6] (С. 230), а недалеко от воронки не остаётся шансов уцелеть таким защищённым объектам, как тоннели и станции метро глубокого заложения и даже особо важным укрытиям и командным пунктам. Если только они не построены на глубине в несколько сотен метров — километры и желательно в материковой скальной породе (Ямантау, командный пункт NORAD). Так, например, ядерная бомба B53 (этот же заряд — боеголовка W-53 ракеты Титан-2, снята с вооружения) мощностью 9 мегатонн, по заявлению американских специалистов, при поверхностном взрыве была способна разрушать самые прочные советские подземные бункера. Большей разрушающей способностью к защищённым целям обладают только заглубляющиеся боеголовки, у которых гораздо больший процент энергии идёт на образование сейсмических волн: 300-килотонная авиабомба B61 при взрыве после ударного проникновения на глубину несколько метров, по сейсмическому воздействию может оказаться эквивалентной 9-мегатонной при взрыве на поверхности (теоретически)[лит 44]. Рассмотрим последовательность эффектов воздействия наземного взрыва на шахтную пусковую установку, рассчитанную на ударную волну давлением ~6—7 МПа и попавшую в эти самые тяжёлые для неё условия. Произошёл взрыв, практически мгновенно доходит радиация (в основном нейтронная, суммарно порядка 105—106 Гр или 107—108 рентген) и электромагнитный импульс, способный вызвать здесь короткие электрические разряды и вывести из строя неэкранированную электрическую аппаратуру внутри шахты. Через ~0,05—0,1 с бьёт по защитной крышке воздушная ударная волна и сразу накатывает вал огненной полусферы. Ударная волна генерирует в почве сейсмический удар, почти одномоментно с воздушной волной окатывающий всю шахту и смещающий её вместе с породами вниз, постепенно ослабляясь с глубиной; а вслед за ним через долю секунды приходят сейсмические колебания, образованные самим взрывом во время воронкообразования, а также отражённые волны от слоя скальных материковых пород и слоёв неоднородной плотности. Шахту около 3 секунд трясёт и несколько раз бросает вниз, вверх, в стороны, максимальные амплитуды колебаний могут доходить до полуметра и более, с ускорениями до нескольких сотен g; ракету от разрушения спасает специальная система амортизации. Одновременно сверху на крышу шахты в течение 3—10 секунд (время зависит от мощности взрыва) действует температура 5—6 тысяч, а в первые полсекунды до 30 тысяч градусов, затем довольно быстро падающая c подъёмом огненного облака и устремлением холодного наружного воздуха в сторону эпицентра. От температурных воздействий оголовок и защитная крышка скрипят и трещат, поверхность их оплавляется и частично уносится плазменным потоком. Через 2—3 с после взрыва давление плазмы в районе шахты снижается до 80 % от атмосферного и крышку несколько секунд пытается оторвать подъёмная сила до 2 тонн на квадратный метр. В довершение сверху обрушаются грунт и камни, выброшенные из воронки и продолжающие падать порядка минуты. Радиоактивный и разогретый до слипшести грунт образует нетолстый, но зато сплошной навал (кое-где с образованием озёр из расплавленного шлака), а крупные камни могут нанести крышке повреждения. Особо крупные обломки, как метеориты, при падении могут выкопать небольшие кратеры[лит 5](С. 27), но их относительно немного и вероятность попадания в шахту мала. Ни одна наземная постройка таких воздействий не переживёт и даже такие прочные сооружения, как мощные железобетонные казематы (ДОТы и форты времён Первой и Второй мировых войн) частично или полностью разрушаются и могут быть выброшены со своего места скоростным напором воздуха. Если ДОТ окажется достаточно прочным и устоит от разрушения, люди в нём всё равно получат травмы от колебаний с вибрациями, поражение слуха, контузии и смертельные лучевые поражения, а горячая плазма может проникнуть внутрь через амбразуры и незакрытые проходы. Давление волны на входе внутрь амбразуры или воздуховодного канала (давление затекания) в течение 0,1—0,2 с может составить около 1,5 МПа[лит 6](С. 34, 35). Помимо теории, эффектов и возможных разрушений в этой таблице затронуты вопросы защиты от ядерного взрыва. По источнику[лит 6](С. 34, 35) добавлено давление волны затекания в колодцеобразный вход в глубокое подземное сооружение с одним интересным явлением: чем выше давление ударной волны на поверхности, тем больше разница его и давления затекания. Явление объясняется тем, что более мощная ударная волна имеет больше скорость и быстрее проскакивает над входом, не успевая затечь в него в полную силу. Это в отдельных случаях позволяет не ставить на входе защитных устройств — давление упадёт само. Защитные двери понадобятся внутри, но уже менее прочные. Действие наземного ядерного взрыва мощностью 1 Мт в тротиловом эквиваленте | Время
[# 1] | Рассто- яние
[# 2] | Давление [# 3] Давление затекания [# 4] | Смеще- ние
[# 5] | Защита
[# 6] | Примечания |
---|
−10−4 c | 0 м | | | | Бомба (боеголовка) касается поверхности земли, срабатывает контактное взрывное устройство. За время от касания до термоядерного взрыва она успевает углубиться в грунт на несколько десятков сантиметров. | 0 с | 0 м | | | | Начало термоядерных реакций. | < 10−7 c | 0 м | ~108 МПа[лит 18] | | 200—300 /100 м | Окончание реакции, начало разлёта вещества бомбы. Глубина воронки в этом месте ~40—50 м, грунт необратимо деформируется на глубину ~100—200 м в зависимости от породы (3—4 глубины воронки)[лит 5] (С. 28, 227). Защитное сооружение под эпицентром возможно в (мягком) грунте на глубине от 300 до 900 м[лит 45] или в однородном граните на глубине 100—200 м в виде особо прочного сооружения[# 7][лит 24][лит 46] с амортизацией и 300—400 м в обычной горной выработке с креплением и без амортизации; в скальной породе но под слоем ~200 м мягкого грунта на глубине до 300 м[лит 5]. Радиоактивный фон на высоте 1 м в воронке и её окрестностях в первые 1—2 часа после взрыва составит около 0,01—0,25 Гр/с (1—25 рентген/с), снижающийся затем по закону радиоактивного распада: например в эпицентре взрыва 400 кт через 2 часа 0,1 Гр/с, через сутки 0,01, 2 сут. ~0,002, 5 суток 0,0002 Гр/с[лит 1] (С. 516, 517),[лит 16] (С. 340),[лит 47] (С. 59—60) | 10−7c | 12 м | | | 200—300 /100 м | Энергия взрыва в нижней части трансформируется в изотермическую полусферу испарившегося грунта радиусом 1,5—2 м[лит 23]. В грунт на начальном этапе передаётся ~7 % всей энергии взрыва, но в дальнейшем эта доля уменьшается до 2,5 % за счёт переизлучения большей части энергии в воздух и выброса нагретого грунта из эпицентральной области. (При взрыве обычного ВВ в грунт идёт ~50 % энергии)[лит 5](С. 23, 198). Разогретый до 10 млн. градусов грунт начинает взрывное испарение и разлёт. | 1,7×10-7 c | 25 м | | | 200—300 /100 м | Вторая стадия воздействия на грунт: пары бомбы ударяют по его поверхности со скоростями порядка 100—1000 км/с, температура в зоне контакта св. 10 млн °C[лит 5](С. 23). А на поверхности растёт изотермическая полусфера светящегося воздуха. | 10−6c | 34 м | 13 000 МПа | | | Полусфера: радиус 34 м, температура 2 млн. К, скорость воздуха ~1 км/с; облако паров бомбы на поверхности: радиус 2 м, температура 4 млн. К, давление 107МПа, скорость 1000 км/с[лит 24] (С. 120), толщина прогретого излучением грунта ~0,5—1,5 м, тепловая волна в грунте переходит в ударную волну[лит 5] (С. 196). | 10−6—10−3 c | | | | | Ударные явления в грунте описываются законами гидродинамики: грунтовую ударную волну давлением 50 000—107 МПа формируют испарённые и расширяющиеся массы земли, дополнительно разогнанные парами бомбы и идущие со скоростями выше скорости звука в грунте. Порода при сверхзвуковом ударе ведёт себя как идеальная жидкость и прочность породы при этом не оказывает влияния на волну[лит 5]. | 2×10-5 c | | | | | Грунтовая ударная волна испаряет и плавит грунт в радиусе 20—30 м[лит 5] (С. 224), [лит 23], выброс испарений снижает температуру в центре огненной полусферы в 10 раз и более в сравнении с окраинами[лит 1] (С. 200),. Всего испаряется ~20 тыс. тонн грунта (куб высотой 20—25 м)[лит 5]. | 0,0001c | ~50 м | 3000 МПа | | 200—300 /90 м | Сильная ударная волна уходит в глубину, развивая воронку и эжектируя в воздух (как из сопла ракетного двигателя) конусообразный скоростной поток испарённого, расплавленного и размолотого грунта. Появляются сейсмовзрывные волны в грунте, уходящие от будущей воронки. Формирование воздушной ударной волны[лит 23][лит 5] (С. 198). Величина энергии в приповерхностной области около 1 %, а во всём нижнем полупространстве ~2,5 %; остальные 97,5 % всей энергии взрыва — в огненной полусфере[лит 5] (С. 200). С этого радиуса сухой грунт[# 8] уносится со скоростью 430 м/с[лит 1] (С. 238). | 0,0005 с | 75 м | 1000 МПа 120 МПа | | | Огненная полусфера: температура ~500 000 К, нижняя полусфера: радиус ~10 м, давление до 40 000 МПа, температура до 3000 К (по данным для 500 кт[# 9])[лит 1] (С. 203). | 0,001—0,002 с | | | | | Поздняя стадия несжимаемого течения, свойства грунта начинают оказывать влияние на динамику развития воронки, скорость её роста заметно снижается, а ударная волна переходит в волну сжатия или сейсмовзрывную волну. Растущая воронка в это время имеет примерно полукруглую форму, её радиус 40—50 % окончательного. Часть грунта вдавливается в массив и затем частично отпружинивает обратно. Формируется максимальная глубина воронки, далее растёт только радиус, так как поверхностный окраинный грунт меньше сопротивляется выбросу и выдавливанию, чем глубинный массив. Выброшенный грунт образует конус разлёта (грунтовый «ус» или султан выброса) под углом 40—60° со скоростями ~10²—10³ м/с (основная масса до 100 м/с)[лит 5] (С. 136, 222, 232), [лит 23]. | 0,0015с | ~100 м | ~750 МПа | гранит 6 м | 200 м /40 м | Здесь будет граница воронки в скале глубиной до 40 м[лит 5] (С. 227), [лит 48]. На глубине 40 м давление ~200МПа, порода смещается в сторону на ~5 м с ускорением в тысячи g. Особо прочные подземные сооружения (необитаемые) при давлении до 200 МПа в гранитной скале на пределе сохранения[# 7] [лит 24] (С. 26, 29), [лит 4] (С. 82, 83), [лит 49]. Если взрыв в сухом наносном грунте[# 8], то с этого радиуса грунт выбросится со скоростью 54 м/с[лит 1] (С. 238). | 0,002 с | 128 м | 400 МПа | аллювий 8 м | 200 /20 м | Здесь будет граница воронки глубиной 47 м в сухом мягком грунте[# 8][лит 5] (С. 227), скорость уноса его отсюда 26 м/с[лит 1] (С. 234, 238). Далее без пояснений явления взрыва в этом типе грунта. | | 147 м | | | | Радиус зоны выброса сухого грунта[# 8] 1,15R воронки [лит 1] (С. 238), определяет теоретический предел возможности постройки защитного сооружения неглубокого заложения, отсюда грунт будет выброшен со скоростью 17 м/с и заменён выбитым грунтом из воронки. | 0,004 с | 150 м | 220 МПа | 5 м | 200 м /5 м | Гребень вокруг воронки высотой до 11,5 м[лит 5] (С. 227) или 0,25 глубины воронки [лит 2] (С. 285), состоит из кольцеобразной застывшей «волны» выдавленного грунта[лит 24] шириной порядка радиуса воронки и навала до 5-6 м толщиной[лит 45] (С. 20). | | 160 м | 200 МПа 30 МПа | 4,3 м | | Через 0,1 с температура ниже до 10 раз от той, что могла бы быть в этой области (~50 000 К), а спустя 1,5 с 2000 К вместо 7000 К из-за охлаждающего действия потока грунта[лит 5] (С. 138). Полное разрушение или сильное смещение тяжёлого убежища[# 10] до 1,25R воронки[лит 2](С. 297), [лит 7](С. 253). | 0,006 с | 180 м | 130 МПа | 3/5 м | | Плотность грунта в навале ~0,7—0,8 ненарущенного грунта[лит 5] (С. 227). | 0,007 с | 190 м | 110 МПа 15 МПа | 2,5/4 м | | Деформация и разрывы длинных гибких конструкций на умеренной глубине (трубопроводы) 1,5R воронки[лит 2](С. 297), [лит 7](С. 253). | 0,008 с | 200 м | 90 МПа 14 МПа | 1,7/3 м | | Навал грунта из воронки толщиной 4,8 м[лит 5] (С. 227). Ориентировочная граница зоны сдвиговых разрушений в скальных породах (волна сжатия в породе от 10 ГПа до 10—100 МПа[# 11]), где будет наблюдаться полное или сильное разрушение строительных конструкций подземного сооружения[лит 6] (С. 55). | 0,01 с | 220 м | 60 МПа | | | Граница воронки в водонасыщенном грунте ~1,7R воронки в сухом грунте[лит 7]. Предел защищённости ШПУ в скальном грунте 50 МПа[# 12][лит 48]. | ~0,01-0,1 с | | | | | Trinity Test Fireball 16ms.jpg При определённых условиях (летний период, открытая местность, пыльная поверхность, сухая трава, пустыня, степь) из-за нагрева приземного воздуха под действием вспышки и изменения его свойств ударная волна у поверхности бежит несколько быстрее, чем основной фронт: появляется скачок-предвестник или аномалия ударной волны[лит 4](С. 36, 62), [лит 5](С. 153). Растущая полусфера наземного и низкого воздушного взрыва похожа на круглую шляпу, а её короткие кучерявые поля и есть названная аномалия. В дальнейшем до расстояний 2—3 км размеры скачка-предвестника становятся больше, а в случае высокого воздушного взрыва явление выражено резче, но здесь оно наиболее наглядно. В разрушении защищённых подземных объектов эффект вреден: он приводит к потере давления ударной волны (до 2-х раз), но зато возрастает (до 5 раз) давление и импульс скоростного напора, то есть энергия удара переходит в энергию ветра за фронтом, способного далеко отбросить наземные объекты. Поднимаемые этим скачком клубы пыли могут сильно затемнить нижнюю часть огненной полусферы и уменьшить силу светового поражения. | 0,015 с | 250 м | 40 МПа 7 МПа | 0,5/1 м | 150 м | До 2R воронки: повреждение внутреннего оборудования тяжёлого убежища[# 10][лит 7] (С. 253), незначительные деформации, иногда разрывы трубопроводов[лит 2](С. 297), [лит 7](С. 253). | 0,025 с | 300 м | 23 МПа 4,5 МПа | 0,2/0,5м | 70 м | Навал грунта толщиной 0,7 м[лит 5] (С. 227). | | 320 м | 20 МПа 4 МПа | | 50-70 м | Граница зоны пластических деформаций среднего грунта до 2,5R воронки[лит 2] (С. 277, 296), в этой области рассеивается до 70—80 % энергии, переданной грунтовому массиву или до 2 % от полной энергии наземного взрыва[лит 5] (С. 27). Нарушение соединений, образование небольших трещин, разрыв внешних хрупких связей в тяжёлых убежищах[# 10] до 2,5R воронки. За пределами этой зоны грунтовая волна сжатия, полученная при образовании воронки, не вызывает значительных повреждений[лит 2](С. 297), [лит 7](С. 253), на первый план выходит действие воздушной ударной волны и создаваемый ею сейсмический сдвиг. | | 350 м | 14 МПа | | 50 м | Предел защищиты ШПУ в среднем грунте 12—14 МПа[# 12][лит 45] (С. 9). | | 385 м | 10 МПа 2,5 МПа | | 42 м | Нарушение герметичности соединений трубопроводов до 3R воронки[лит 2](С. 297, 615), [лит 7](С. 253). Ориентировочная граница зоны сдвиговых разрушений в осадочных породах (волна сжатия в грунте от 10 ГПа до 0,1—10 МПа[# 11][лит 6] (С. 55)), граница зоны пластических деформаций (давление воздушной ударной волны 10 МПа[лит 45] (С. 20)), где будет наблюдаться полное или сильное разрушение строительных конструкций подземного сооружения. | 0,05 с | 400 м | 7,5 МПа 2 МПа | 0,5/0,3 м | 40 м | Навал грунта толщиной 0,3 м[лит 5] (С. 227). Предел защищённости ШПУ «Минитмен» (США)[# 12][лит 50] (С. 85). За доли секунды до прихода границы огненной полусферы в нескольких сотнях метров от центра в поверхнось земли бьют разряды молний и создаётся большая напряжённость электромагнитного поля, способного вывести из строя незащищённое электрооборудование внутри бункеров, ракетных шахт и кабельные линии между ними[лит 29] (С. 11). | 0,09 с | 470 м | 5 МПа 1,5 МПа | 0,5/0,3 м | 30 м | Граница зоны сплошного навала грунта: давление ударной волны ~5МПа[лит 45] (С. 20); (3—4)R воронки[лит 5] (С. 227). Предел защиты убежища типа метро на глубине 18 м, но входы в него будут полностью разрушены и завалены. В защитном сооружении котлованного типа (неглубокого заложения в осадочных породах), находящемся на грани разрушения, при давлении ударной волны 5 МПа но при взрыве мощностью 0,2 Мт из-за смещения и вибраций люди получают повреждения: крайне тяжёлые 5 %, тяжёлые 30 %, средние 20 %, лёгкие 25 %, без повреждений 20 %[лит 6] (С. 233). | | ~500 м | | | | К обычным волновым колебаниям на расстоянии ок. 4 R воронки добавляется низкочастотное движение вверх и от эпицентра длительностью ~3 сек (неизучено)[лит 5] (С. 25). Радиоактивный фон здесь через 2 часа составит 0,01 Гр/с (1 Р/с), через сутки ~0,001 Гр/с, 2 суток 0,0005 Гр/с, 5 суток 0,00003 Гр/с[лит 1] (С. 516). | | ~600 м | | | | Greenhouse George 30ms.jpg Отрыв ударной волны от полусферы. Видны клубы паров и грунта. Нагрев ~5000 °C ~5 сек[# 13]. Условия, в которых оказались бы защитные ворота Объекта 825ГТС (Балаклава) в случае прямого попадания расчётного заряда 100 кт в середину между входами (расстояние между ними ~0,5—0,6 км)[# 9]. Если не в середину, то одному из входов досталось бы больше. О случае прямого попадания во вход в подобное сооружение см. след. раздел. | 0,15 с | | | | | Формирование максимального радиуса воронки 128 м, глубина её 47 м[лит 5] (С. 227), всего выброшено ~300 тыс. м³[лит 2] (С. 285) или порядка 0,5—0,6 млн тонн грунта; на его выброс в целом расходуется ~0,1 % энергии взрыва[лит 5] (С. 27). Грунт в процессе полёта внутри огненной полусферы подвергается конвективной тепловой обработке: испаряется, оплавляется, из частиц его впоследствии образуются во множестве маленькие чёрные шарики спёкшегося шлака, выпадающие до десятков км от воронки до 100 штук на 1 м²[лит 27] (С. 649) — жаргонно названные на Семипалатинском полигоне «харитонки». Огненная полусфера под действием отражённой от земли волны и потока «холодного» испарённого и выброшенного грунта искривляется и теряет правильную внутреннюю структуру[лит 5]. | 0,2 с | 670 м | 2 МПа 0,7 МПа | 0,3/0,15 м | 25-30 м | Граница зоны (скоростного) разлёта грунта из воронки[лит 45] (С. 20). | | 760 м | | | | Радиация ~50 000 Гр. Нагрев ~3500 °C ~5 сек[# 13]. | | 800 м | 1,5 МПа | | 25 м | [лит 9] Радиация ~20 000 Гр. Сейсмовзрывная волна догоняет воздушную ударную волну: сгущение сейсмических волн и усиление волнового фронта в грунте. | | 1000 м | 1,2 МПа 0,5 МПа | | | [лит 9]Радиация ~10 000 Гр. Разрушение железобетонной трубы диаметром 1,5 м толщиной 20 см под землёй (1,2—1,5 МПа)[лит 9] (С. 11). Аналогичная ударная волна наземного взрыва Castle Bravo 15 Мт на расстоянии 7500 футов[# 9] сорвала защитную дверь весом 20 тонн и порушила внутренность наземного бункера для размещения научных приборов, укрытого большой земляной насыпью (см. en:Nuclear weapon design). Радиоактивный фон здесь через 2 часа 0,0001 Гр/с , 1 сутки 0,00002 Гр/с, 2 суток ~5×10−6[лит 1] (С. 516). | | 1300—1400 м | 0,7 МПа 0,3 МПа | 0,2/0,2 м | 12-25 м | Граница роста огненной полусферы при наземном взрыве ~1,3—1,4 км, радиус её примерно в 1,26 раза больше, чем радус сферы при воздушном взрыве[лит 2] (С. 81),[лит 1] (С. 26),[лит 45] (С. 20). Нагрев до 800 °C[# 13]. Радиация до 1000 Гр[лит 36] (С. 22). Граница поверхности, покрытой коркой оплавленной земли. Граница зоны оплавления металлов (РДС-2 38 кт на дистанции до 500 м)[# 9][лит 36] (С. 22). | | 1500 м | 0,4 МПа 0,2 МПа | 0,15/ 0,15м (?) | 7 м | [лит 9] Сейсмовзрывная волна в грунте обгоняет ударную волну в воздухе; она давно потеряла свою разрушительную силу для защищённых сооружений и теперь служит звуковым и сейсмическим предвестником прихода ударной волны. | | 1600 м | 0,3 МПа | | | [лит 9] Граница зоны камнепада ~12R воронки в мягком и 15R воронки в скальном грунте[лит 5] (С. 227). Радиация 500 Гр[лит 28]. | ~1,5 c | 1780 м | 0,25 МПа 0,15 МПа | 0,12/0,12 м | 3 м | [лит 9] Нагрев до 200 °C[# 11]. Радиация 70 Гр[лит 28] — 100 Гр[лит 9] (С. 23). | 1,5 c и далее | | | | | Султан выброса достигает высоты ~1 км[лит 5] и частями низвергается на землю, образуя вышеназванные слои навала грунта и зоны камнепада. Первыми обрушаются массы грунта из окраинных областей воронки, получившие меньшее ускорение, летящие более плотным потоком и в меньшей степени разрушенные; грунт из средней её части улетает дальше; камни меньше тормозятся воздухом и улетают ещё дальше. Часть грунта может быть отброшена назад движением обратной воздушной волны. Более скоростная мелкодисперсная размолотая пыль из центральных областей выброса в значительной степени испаряется и вместе с другими испарениями грунта и бомбы надолго остаётся в воздухе, поднимаясь с облаком в стратосферу. | 2 c | 2000 м | 0,2 МПа[лит 9] | 0,09/0,09 м | 1 м | Радиация 35—40 Гр.[лит 36] (С. 22), [лит 9] (С. 23). Огненная «полусфера» вырастает до максимума, она уже значительно искривлена и похожа на плотный куст, верхние ветви которого, образующие как бы корону, это огненные выбросы из воронки. Снизу световой объём затемнён клубами пыли. | 2,5 c | 2260 м | 0,15 МПа[лит 9] | 0,07/0,07 м | 1 м | Радиация ок. 10 Гр[лит 28][лит 9] (С. 23). | 3,5 c | 2800 м | 0,1 МПа 0,8 МПа | 0,05/0,05 м | | [лит 9] В это время в районе эпицентра плотность потока излучения больше, а температура ниже (~2000 К), чем в периферийных районах светящейся области (5—6 тыс. К)[лит 5] (С. 138, 139). Радиация ок. 1 Гр[лит 28][лит 9] (С. 23) — лёгкая лучевая болезнь[лит 28]. Отдельные обломки породы падают на расстояниях (20—25)R воронки[лит 5] (С. 227). | 6,5 c | 4000 м | 0,05 МПа[лит 9] | | | До этого расстояния[лит 28] после взрыва будет распространяться зона запыления и очень ограниченной видимости[лит 24](С. 117),[лит 1] (С. 397, 398). | 8,4 с | 4700 м | 0,037 | | | На границе светящейся области зарождается кольцеобразный вихрь. Взаимодействие ударной волны с нагретым слоем воздуха заканчивается и волна-предвестник исчезает, на месте максимального развития предвестника (2—4 км от эпицентра) остаётся пылевой вал, сохраняющийся долгое время, медленно смещающийся от эпицентра и имеющий направление вращения, противоположное вихрю в облаке[лит 1] (С. 397, 398). | 15 с | 7000 м | 0,02 МПа | | | Кольцеобразный вихрь пошёл вверх; облако, похожее на большой комок горящей ваты[лит 22] (С. 66), отрывается от земли[лит 1](С. 398), в нём сосредоточено ~90 % суммарной радиоактивности поднимаемых в воздух частиц, причём большая их часть первоначально сосредоточивается в нижней трети облака; остальные 10 % несёт в себе пылевой столб[лит 2] (С. 427, 428). Поток запылённого воздуха в столбе движется в два раза быстрее подъёма «гриба», настигает облако, проходит сквозь, расходится и как бы наматывается на него, как на кольцеобразную катушку[лит 4]. Всего поднимается в воздух ~20 % общего количества радиоактивных продуктов, остальные 80 % остаются в районе взрыва. На 14-й секунде температура в облаке падает до 4000 К и начинается конденсация испарённых твёрдых веществ.[лит 17] (С. 44, 45, 147) | 0,5 мин. | 11 200 м | 0,01 МПа | | | Огненное тороидальное облако приобретает куполообразную форму[лит 1] (С. 398, 401). Растёт грибообразное облако, отличающееся от облака воздушного взрыва сильной загрязнённостью, большей плотностью, меньшими температурой и яркостью свечения. Облако поднимает около 280 тыс. тонн пыли, из них 120 тыс. т первоначальный выброс пыли и испарений из воронки и 160 тыс. т конвективная составляющая: оплавление выброшенных более крупных кусков в полёте и поверхности земли в развивавшейся огненной полусфере, унос расплава и испарение[лит 5] (С. 138). | 1 мин. | 20 км | 0,005 МПа | | 0,65 м | Температура в облаке упала до 1500 К и в нём заканчивается конденсация испарённого грунта и остатков бомбы[лит 17] (С. 44, 45), по мере его дальнейшего охлаждения радиоактивные вещества в нём осаждаются на захваченных частичках грунта. Облако поднимается до 7—8 км, центр торообразного вихря на высоте 5 км. Пылевой вал у поверхности достигает высоты до 500 м при ширине ~1,5 км, центр его сместился на расстояние ок. 4 км от эпицентра, а потоки ветров, несущих пыль к ножке гриба, вынуждены этот вал перепрыгивать[лит 2](С. 406), [лит 1] (С. 398, 399, 402, 404). | 1,5 мин. | 31 км[лит 28] | 0,001 МПа | | 0,6 м | «Гриб» вырос до 10 км[лит 2] (С. 38). | 2 мин. | | | | | «Гриб» вырос до 14 км, центр кольцеобразного вихря на высоте ~10 км[лит 1] (С. 402). | 3,1 мин. | | | | | Гриб вырос до 16,5—18 км, центр тора 12,5 км. Сверху облака появилась «шапка» из холодного тяжёлого воздуха, занесённого облаком из тропосферы и охладившегося во время подъёма[лит 1] (С. 399, 402). | 4 мин. | 85 км | | | 0,5 м | Яркая вспышка-полусфера на таком расстоянии почти вся за горизонтом, полностью видна становится уже на стадии купола и облака. «Гриб» свыше 16 км[лит 1] (С. 403). Верхняя часть облака просаживается под тяжестью «шапки» холодного воздуха, более нагретый кольцеобразный вихрь достигает высоты 13 км[лит 1] (С. 399, 400). | 5 мин. | | | | | Центр облака прогибается вниз, верхняя кромка вихревого кольца достигает 17 км и облако приобретает форму гриба-свинушки. После этого развитие грибообразного объёма происходит не столько подъёмом нагретого вихря, сколько поведением атмосферы, выведенной из равновесия взрывом[лит 1] (С. 400, 403). | 8 мин. | 165 км | | | 0,35 м | Вспышка далеко за горизонтом, видно зарево и облако. «Гриб» вырос до максимальных размеров, из облака в течение 10—20 часов выпадают осадки с относительно крупными частицами, формируя ближний радиоактивный след [лит 28], эффект называется раннее или местное выпадение осадков, доля их радиоактивности 50—70 % от суммарной радиоактивности осадков при наземном и 30 % при надводном взрыве[лит 2] (С. 427, 466). | ~20 мин. | | | | | В облаке прекращается тороидальное вращение. | 1—2 ч | 55—61 км | | ветер 25—100 км/ч | 0,55 м | Дальняя граница распространения зоны чрезвычайно опасного заражения (зона Г) шириной ок. 10 км по оси движения облака при ветре в статосфере ~25—100 км/ч. Уровень радиации на внешней границе на 1 ч после взрыва составляет 8 Гр/ч, через 10 ч 0,5 Гр/ч; доза излучений на внешней границе за время полного распада в середине зоны 70—100 Гр, на внешней границе 40 Гр[лит 31] (С. 49)[лит 28]. | 1,5—4 ч | 89—122 км | | ветер 25—100 км/ч | 0,4 м | Дальняя граница зоны опасного заражения (зона В) шириной 13—16 км и общей площадью 8—10% от всего следа раннего выпадения. Уровень радиации на внешней границе зоны через час 2,4 Гр/ч, через 10 ч 0,15 Гр/ч; суммарная доза излучения на внутренней границе 40 Гр, на внешней границе 12 Гр[лит 31](С. 49), [лит 28]. | 2,5—5,5 ч | 135—207 км | | ветер 25—100 км/ч | 0,25 м | Дальняя граница зоны сильного заражения (зона Б) шириной 26—36 км и площадью 10—12%. Уровень радиации на внешней границе зоны через час 0,8 Гр/ч, через 10 ч 0,05 Гр/ч; суммарная доза излучения на внутренней границе 12 Гр, на внешней границе 4 Гр[лит 31](С. 49), [лит 28]. | 5,5—13 ч | 309—516 км | | ветер 25—100 км/ч | | Дальняя граница зоны умеренного заражения (зона А) шириной 25—100 км и площадью 78—89% от всего следа раннего выпадения. Уровень радиации на внешней границе зоны через час 0,08 Гр/ч, через 10 ч 0,005 Гр/ч; суммарная доза излучения на внутренней границе 4 Гр, на внешней границе 0,4 Гр[лит 31](С. 49), [лит 28]. | 2 суток | | | | | При коэффициенте диффузии 108см²/с горизонтальные размеры размытого облака больше 300 км[лит 17] (С. 148). | 7 дней | | | | | Размеры облака 1,5—2 тыс. км[лит 17] (С. 148). | 10—15 дней | | | | | При взрыве на широте 40° облако может совершить кругосветное путешествие и вторично пройти над местом взрыва[лит 17] (С. 148). | ~5 месяцев | | | | | Эффективное время (от 3 мес. для взрыва в декабре до 8 мес. в апреле) половинного оседания радиоактивных веществ для полярной стратосферы и высот до 21 км — позднее выпадение осадков или дальний радиоактивный след, мелкодисперсные частицы выпадают на расстояниях сотни — тысячи и более км от эпицентра в основном в средних широтах. Их доля 30—50 % суммарной радиоактивности осадков наземного и 70 % надводного взрыва[лит 2] (С. 427, 466, 473). | ~10 месяцев | | | | | Эффективное время половинного оседания радиоактивных веществ для нижних слоёв тропической стратосферы (до 21 км), выпадение также идёт в основном в средних широтах в том же полушарии, где произведён взрыв[лит 2] (С. 473). | ~5 лет | | | | | Время очистки стратосферы от продуктов взрыва, время перехода радиоактивного изотопа углерода С14 в виде СО2 из тропосферы в океан[лит 17] (С. 140, 154). | ~30 лет | | | | | Время перехода С14 из тропосферы в биосферу[лит 17] (С. 154) (?). | ~1000 лет | | | | | Время осаждения С14 с поверхности океана на дно[лит 17] (С. 154). | Время
[# 1] | Рассто- яние [# 2] | Давление
[# 3] | Смеще- ние [# 5] | Защита
[# 6] | Примечания | - Примечания
- ↑ 1 2 Время до 8 минут отмечает момент прихода ударной волны, далее - примерное время формирования радиоактивного следа облака по направлению среднего ветра, дующего в это время на высотах нахождения облака 10—20 км;
- ↑ 1 2 Расстояние: от 0 до 8 минут от центра взрыва до фронта ударной волны у поверхности земли, свыше 8 минут расстояние до самой дальней от эпицента границы зоны заражения согласно направления ветра;
- ↑ 1 2 Избыточное давление воздуха на фронте ударной волны в мегапаскалях (МПа), 1 МПа примерно равен 10 атмосфер;
- ↑ Даление ударной волны внутри канала (например, ствол метро, горная выработка, защищённая военная база), образованной при затекании проходящей на поверхности ударной волны, при отсутствии на входе защитных устройств.
- ↑ 1 2 Возможное смещение сухого грунта неглубоко от поверхности, в числителе сдвиг по вертикали, в знаменателе — по горизонтали. Возможные ускорения при смещении на 1,5—2 м и более — тысячи g, 0,5—1,5 м — сотни g, ниже 0,5 м — десятки g. В пределах ~2—2,5 радиуса воронки вертикальный сдвиг вверх под действием сил, выдавливающих грунт от воронки, далее — вертикальный сдвиг вниз под действием воздушной ударной волны, свыше ~1 км сдвиг снова вверх сейсмической волной, обогнавшей ударную волну; горизонтальный сдвиг всегда от воронки.
- ↑ 1 2 В числителе: общая толщина грунта над перекрытием прочного сооружения (тоннель метро, убежище) при заложении в двухслойном грунтовом массиве, представляющем собой обычный сухой грунт ~200 м и скальное основание, от ударной сейсмической нагрузки и смещения грунта, при которой внутри сооружения не требуется амортизация для защиты людей от встряски и удара об стены и внутреннее оборудование, вероятность падения стоящих людей не превышает 10 %, сдвиг сооружения не более 0,1 м; а также для снижения дозы радиации до приемлемой в убежище 50 рентген = 0,5 Гр в каркасном деревоземляном сооружении не менее 4 км от эпицентра при неограниченном пребывании в нём после взрыва. В знаменателе: толщина скальной породы над особо прочным сооружением, способным выдержать ударное давление до 200 МПа, без учёта защиты от смещения.
- ↑ 1 2 Особо прочное сооружение - заложенное глубоко в гранитной породе, представляет собой прочную стальную или железобетонную трубу (тоннель) с толстыми стенками (~0,4 радиуса внутреннего диаметра), облицованную снаружи мягким но прочным изоляционным материалом, амортизирующим удар и защищающим тоннель от разрушения из-за выпучивания породы. Общая толщина стенок и наружной облицовки около половины внутреннего диаметра трубы. То есть это как бы обычная горизонтальная горная выработка большого диаметра, но с очень мощным многослойным креплением против откола и горного давления. Такое солидное сооружение может выдержать нагрузки, близкие к пределу текучести в скальной породе порядка 100-200 МПа на глубине 100-150 м - в эпицентре взрыва 1 Мт, на глубине в несколько десятков метров - недалеко от границ воронки. Сооружение само по себе не обеспечивает защиту людей от очень быстрого смещения сооружения вместе с породами на несколько метров и только частично уменьшает сейсмическую встряску (вибрации), нужна дополнительная внутренняя амортизация.
- ↑ 1 2 3 4 Параметры рассматриваемого грунта: средняя плотность 1600—2100 кг/м3, влажность 6—10 %, скорость распространения продольных волн 300—2000 м/с, средний предел прочности на одноосное сжатие 0,5-5 МПа.
- ↑ 1 2 3 4 Рассчитано по формуле подобия взрывов.
- ↑ 1 2 3 Тяжёлое убежище в данном случае - относительно небольшое, массивное, железобетонное, хорошо спроектированное с высокой устойчивостью к взрыву подземное среднезаглублённое сооружение; толщина грунтового покрытия несколько больше величины пролёта перекрытия сооружения.
- ↑ 1 2 3 Воздушная ударная волна для создания такой ударной волны в грунте должна быть больше, т.к. с глубиной сила её ослабляется.
- ↑ 1 2 3 Теоретический предел сопротивляемости ударной волне самых прочных небольших сооружений с крышей на поверхности - шахтных пусковых установок (ШПУ) — в скальном грунте 20—22 МПа или до 50 МПа сама шахта без учёта уязвимого оборудования; в среднем грунте 12—14 МПа. Реализованный — 6—7 МПа (ШПУ "Минитмен", США).
- ↑ 1 2 3 Нагрев некоей неподвижной точки.
Список литературы в конце таблицы о подземном взрыве. |
Взрыв у входа в тоннельРассматриваются наихудшие условия: ядерный взрыв 1 Мт у самого входа с поверхности в прямой тоннель (например метро) без поворотов и ответвлений диаметром 5—6 м с ровными стенками из бетона высокого качества, на основе [лит 6] (С. 28—40). Если заряд взорвётся в 2 метрах до входа, то на ударную волну в канале пойдёт в 2 раза меньше энергии. Если наоборот, внутри тоннеля, то эта энергия могла бы быть в 2 раза больше, но такое попадание заряда маловероятно. В предположении отсутствия потерь в порах и трещинах бетона, давление ударной волны могло быть на два порядка больше указанного, но и с потерями это давление в несколько раз больше, чем на тех же расстояниях при взрыве на поверхности из-за направляющего действия тоннеля и отсутствия сферического расхождения. Если вход в тоннель перекрыт достаточно мощной дверью или заглушкой (толщиной, эквивалентной 1,5 м гранита или 2 м сыпучего грунта[лит 1] (С. 196, 240)), на испарение которой потратится всё рентгеновское излучение мегатонного взрыва, то ударная волна, созданная разлётом испарённой двери, в глубине тоннеля будет в ~3—5 раз слабее указанного ниже. Поворот тоннеля на 30 градусов снижает давление ударной волны на 5—6 %, под прямым углом — на 10—12 %. В ответвлении под прямым углом давление ниже на 70 %. Действие наземного взрыва 1 Мт на внутренний объём тоннеля | Время
[# 1] | Рассто- яние [# 2] | Темпера- тура [# 3] | Давление Плотность [# 4] | Скорость вещества [# 5] | Примечания |
---|
0 с | 0 м | | | | Бомба ложится прямо перед входом в тоннель, взрыв, выход излучения. | (2-3)×10-8 с | 0 м | | | | Рентгеновское излучение достигает стенок тонеля. | 10-7-10-6 с | 70 м | | | | Из-за влияния тоннеля тепловая волна уходит до 70 м вместо 50 м при взрыве в воздухе и на этом расстоянии образуется воздушная ударная волна. Стенки разогреваются тепловой волной на глубину 1—10 см до 5—10 млн. К и приобретают давление несколько десятков тысяч МПа, происходит взрывное испарение прогретого слоя. | (3-10)×10-6 с | | | | | Испарённое вещество "ножницами" схлопывается по центру тоннеля, затем расходится, отражается, снова схлопывается уже слабее... | 0,0008 с | св. 100 м | ~1 млн. К | 50 000 МПа до 8 кг/м³ | до 90 км/с | И так несколько раз, формируется плазменный поток ("поршень"), следующий за ударной волной в глубь тоннеля. | 0,0015 с | 200 м | 500 тыс. К | 5-8тыс. МПа до 9 кг/м³ | | Энергия поршня уменьшается, а масса его растёт за счёт испарения поверхности стенок и вовлечения испарений в движение. | 0,002 с | ~250 м | 400 тыс. К | 3-6тыс. МПа до 9 кг/м³ | | Стенки таких давлений не выдерживают и как бы разбегаются, создавая в грунте расходящиеся конусом сейсмические волны. | 0,003 с | ~300 м | 300 тыс. К | 2-4тыс. МПа до 9 кг/м³ | | Плазменный поршень прекращает сжатия и расширения и равномерно движется по тоннелю турбулентным потоком. | 0,021 с | 470 м | | 150 МПа | 9000 м/с | В начале—середине того, что осталось от тоннеля, давление неск. сот МПа. Из-за потерь энергии на трение, абляцию и испарение стенок ударная волна ослабляется до 80%, также ослабление волны идёт из-за разноса стенок тоннеля. | 0,044 с | 570 м | 10 тыс. К | 40 МПа 10 кг/м³ | 5500 м/с | По мере накопления массы испарений поршень с максимумом плотности до 30 кг/м³ всё более отстаёт от ударной волны. | 0,105 с | 900 м | 5000 К | 20 МПа 9 кг/м³ | 3-4 тыс. м/с | Плотность вещества в середине до 60 кг/м³, температура в начале до 100 тыс. К. Если бы здесь был тупик (например защитная дверь), то на него вначале бы обрушилась ударная волна (параметры слева), а через 0,1 с поток испарений с давлением 50 МПа, плотностью неск. десятков кг/м³, скоростью до 1 км/с | | 1100 м | | 10 МПа | | Ударная волна прекращает рушить тоннель. | | 1500 м | | 4 МПа | | | | 2000 м | | 1,5-2 МПа | | К этому расстоянию со стенок тоннеля за счёт абляционных процессов будет унесено свыше 150 т бетона[лит 6] (С. 37, 38) | Время [# 1] | Рассто- яние [# 2] | Темпера- тура [# 3] | Давление Плотность [# 4] | Скорость [# 5] | Примечания | - Примечания
- ↑ 1 2 Время от начала выхода излучения из бомбы
- ↑ 1 2 Расстояние от входа в тоннель
- ↑ 1 2 Температура вещества в плазменном потоке
- ↑ 1 2 Давление ударной волны
Плотность вещества в потоке - ↑ 1 2 Скорость вещества в потоке (не скорость ударной волны)
Список литературы в конце таблицы о подземном взрыве. |
Подземный взрывОбласть военного применения заглублённого взрыва — разрушение особо прочных подземных сооружений[лит 42] (С. 8). При подземном взрыве на достаточной для его мощности глубине нагретый и испарённый вокруг заряда грунт служит рабочим веществом, которое, наподобие продуктов обычного химического взрыва, своим давлением бьёт и расталкивает окружающие породы. Наземный взрыв также испаряет породу, но энергия испарения расходуется крайне малоээфективно, большей частью излучаясь и рассеиваясь в атмосферу (см. выше). Эффективность воздействия подземного взрыва на защищённые подземные объекты, а значит энергия, передаваемая в грунт, растёт с глубиной заложения заряда: вначале быстро — в 13 раз с углублением на радиус тепловой волны в грунте (всего 1,5—2 м для 1 Мт). А далее более медленно и приближается к максимальной (под 100 %) на глубине камуфлетного взрыва (7—10 м/т1/3 или 700 м 1 Мт)[лит 1] (С. 205, 239) и подземный взрыв малой мощности приобретает эффективность наземного большой мощности. С другой стороны в аллювиальных грунтах давление сейсмовзрывных волн ослабевает значительно быстрее, чем в скальных породах (в ~1,5 раза)[лит 46](С. 9), а воздушная ударная волна уходит гораздо дальше грунтовой и она сильнее "встряхивает" осадочный грунт, чем гранит. Отсюда наземный взрыв повышенной мощности может оказаться более разрушительным для широкой сети не слишком заглублённых подземных сооружений в нескальных породах, чем подземный такой же по массе прочной заглубляющейся боеголовки меньшей мощности. Оружие проникающего типа не может уйти в землю дальше 30 м, так как дальнейшее заглубление требует таких скоростей удара (свыше 1 км/с), при которых разрушается любой самый прочный заряд[лит 44][лит 51]. В случае скального грунта или железобетона проникание лежит в пределах 10—20 м (12 м для бетона и боеприпаса трёхметровой длины). На таких глубинах взрыв 1 кт по военной эффективности приближается к камуфлетному[лит 31] (С. 23), но, в отличие от последнего, на поверхность попадёт 80—90 % радиоактивности[лит 2](С. 291). Рассмотрим подземный камуфлетный взрыв, который хотя и не имеет военного применения из-за недостижимой глубины, но зато единственный вид ядерного взрыва, что человек может безнаказанно применять для хозяйственных и научных нужд в пределах своего сегодняшнего ареала обитания. Возьмём для примера гранит, как среду, хорошо передающую сейсмовзрывные волны, и заряд 1 кт на глубине камуфлетного взрыва (свыше 70 м). Действие взрыва заглублённого в гранит заряда 1 кт | Время
[# 1] | Рассто- яние [# 2] | Давление
[# 3] | Темпера- тура [# 4] | Скорость
[# 4] | Примечания |
---|
| | ~108 МПа | | | | | 0,15 м | св.107 МПа | | | Максимальный радиус тепловой волны в граните (0,015 м/т1/3)[лит 1] (С. 30, 196) | ~10-7 с | 0,22 м | 4,5×107 МПа | | | Появляется грунтовая ударная волна[лит 1] (С. 240) | 4,5×10-7 с | 0,25 м | 3×107 МПа | | | Гранит в волне ведёт себя как сжимаемая жидкость[лит 1] (С. 240) | 10-6 с | 0,295 м | 2×107 МПа | | | [лит 1] (С. 240) Ударная волна сжимает породу в 4—5 раз[лит 13] (С. 190) | 1,5×10-6 с | 0,34 м | 1,5×107 МПа | | | [лит 1] (С. 240) | | 1,5 м | св.106 МПа | | | Радиус полного испарения (0,15 м/т1/3)[лит 1] (С. 30, 230) | | 1,83 м | 180 000 МПа | | 7000 м/с | Средний радиус испарения[лит 51]. | | 2,3 м | 137 000 МПа | | 5000 м/с | Радиус частичного испарения (0,23 м/т1/3), всего испарено 71 т[лит 1] (С. 230, 231) | ~0,01 с | 2,6 м | 55 000 МПа | | | Максимальный радиус распространения ударной волны в граните, он же радиус ударного плавления (0,26 м/т1/3), всего расплавлено 115 т. Порода перестаёт вести себя как сжимаемая жидкость и ударная волна переходит в волну сжатия (сейсмовзрывную волну) с постепенным подъёмом давления[лит 1] (С. 196, 230, 231, 240, 241) | | | >10000МПа | | | Радиус полиморфных фазовых переходов в породе[лит 1] (С. 30) | | 6,3 м | | | | Радиус испарения воды в трещинах (0,63 м/т1/3)[лит 1] (С. 231) | | 15 м | 2000 МПа | | | [лит 46] (С. 9) | | | 500 МПа | | | Граница размалывания скального грунта[лит 51] (С. 10) | | 40 м | 300 МПа | | | Разрушение самых прочных бункеров в граните (св. 200МПа)[лит 46] (С. 9, 15) | | 60 м | св. 100 МПа | | | В мягких грунтах давление 100 МПа на расстоянии 40 м[лит 46] (С. 9, 14) | | | 50 МПа | | | Граница растрескивания скального грунта[лит 51] (С. 10) | | | 20 МПа | | | Разрушение тоннеля в граните без облицовки и крепления[лит 46](С. 15). | | | | | | | Время
[# 1] | Рассто- яние [# 2] | Давление
[# 3] | Темпера- тура [# 4] | Скорость
[# 4] | Примечания | - Примечания
- ↑ 1 2
- ↑ 1 2
- ↑ 1 2 Давление грунтовой ударной волны.
- ↑ 1 2 3 4
- Использованная литература
- ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 Физика ядерного взрыва. Том. 1. Развитие взрыва. Изд. 3-е, дополненное / Министерство обороны РФ. 12 Центральный НИИ. — М.: Издательство физико-математической литературы, 2009. — 832 с. — ISBN 978-5-94052-177-8 (Т. 1).
- ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 Действие ядерного оружия. Пер. с англ. М., Воениздат, 1963. — 684 с
- ↑ 1 2 Brode H.L., Review of nuclear weapons effects // Annual Review of Nuclear Science, 1968, v. 18. — C. 153—202 (рус. перев. Действие ядерного взрыва, М., 1971).
- ↑ 1 2 3 4 5 6 7 Действие ядерного взрыва. Сборник переводов. М., "Мир", 1971.
- ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 Физика ядерного взрыва. Т. 1. / Министерство обороны РФ, ЦФТИ. М., 1997. ISBN 5-02-015118-1.
- ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 Физика ядерного взрыва. Т. 2. / Министерство обороны РФ, ЦФТИ. М., 1997. ISBN 5-02-015118-1.
- ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Действие ядерного оружия. Пер. с англ. М., Воениздат, 1960.
- ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 Зельдович, Я.Б., Райзер, Ю.П. Физика ударных волн и высокотемпературных гидродинамических явлений / Под ред. Е. Б. Кузнецовой. — М.: Издательство "Наука", 1966. — 688 с.
- ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 Морозов, В.И., Никонов, Б.И., Орлов, Г.И., Ганушкин, В.И. Приспособление подвалов существующих зданий под убежища. М., Стройиздат, 1966. — 196 с.
- ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Убежища гражданской обороны. Конструкции и расчёт / В.А. Котляревский, В.И. Ганушкин, А.А. Костин и др.; Под ред. В.А. Котляревского. — М.: Стройиздат, 1989. — 605 с. ISBN 5-274-00515-2.
- ↑ 1 2 3 4 Кузнецов, Н.М. Термодинамические функции и ударные адиабаты воздуха при высоких температурах — М.: Издательство "Машиностроение", 1965.
- ↑ Физическая энциклопедия, т. 5. — М.: Большая Российская Энциклопедия, 1998. — С. 208. ISBN 5-85270-101-7.
- ↑ 1 2 3 4 История советского атомного проекта: документы, воспоминания, исследования. Вып. 2 / Отв. ред. и сост. д. ф.-м. н. П.П.Визгин. — СПб.: РХГИ, 2002, — 656 с. ISBN 5-88812-144-4.
- ↑ 1 2 3 Атомный проект СССР: Документы и материалы: В 3 т. / Под общ. ред. Л.Д.Рябева. Т. II. Атомная бомба. 1945—1954. Книга 6 / Федеральное агентство РФ по атом. энергии; Отв. сост. Г.А.Гончаров. — Саров: РФЯЦ-ВНИИЭФ, 2006. — 896 с. ISBN 5-85165-402-1 (Т. III; Кн.6). — М.: ФИЗМАЛИТ, 2006. — 896 с. ISBN 5-9221-0263-X (Т. II; Кн. 6).
- ↑ 1 2 Жариков А.Д. Полигон смерти. / Под ред. воен. инж. 2 ранга В.В.Куканова — М.: Гея, 1997. — ISBN ISBN 5-8-85589-031-7.
- ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 Атомный проект СССР: Документы и материалы: В 3 т. / Под общ. ред. Л.Д.Рябева. Т. II. Атомная бомба. 1945—1954. Книга 7 / Федеральное агентство РФ по атом. энергии; Отв. сост. Г.А. Гончаров. — Саров: РФЯЦ-ВНИИЭФ; М.: ФИЗМАЛИТ, 2007. — 696 с. ISBN 978-5-9221-0855-3 (Т. II; Кн.7).
- ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Лавренчик, В.Н. Глобальное выпадение продуктов ядерного взрыва. М.: Атомиздат, 1965.
- ↑ 1 2 3 4 Большая Советская Энциклопедия, 30 том. Изд. 3-е. М., "Советская Энциклопедия", 1978. — С. 446.
- ↑ Ямпольский П.А. Нейтроны атомного взрыва. — М.:Госатомиздат, 1961.
- ↑ 1 2 Атомный проект СССР: Документы и материалы: В 3 т. / Под общ. ред. Л.Д.Рябева. Т. III. Водородноая бомба. 1945—1956. Книга 1 / Государственная корпорация по атом. энергии; Отв. сост. Г.А.Гончаров. — Саров: РФЯЦ-ВНИИЭФ; М.: ФИЗМАЛИТ, 2008. — 736 с. ISBN 978-5-9221-1026-6 (Т. III; Кн.1).
- ↑ Губарев В.С. Атомная бомба. Хроники великих открытий. — М: Алгоритм, 2009. — 608 с. ISBN 978-5-9265-0526-6
- ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Атомный проект СССР: Документы и материалы: В 3 т. / Под общ. ред. Л.Д.Рябева. Т. III. Водородноая бомба. 1945—1956. Книга 2 / Государственная корпорация по атом. энергии. «Росатом»; — Отв. сост. Г.А.Гончаров. — Саров: РФЯЦ-ВНИИЭФ; М.: ФИЗМАЛИТ, 2009. — 600 с. ISBN 978-5-9221-1157-7 (Т. III; Кн.2).
- ↑ 1 2 3 4 5 Cooper, H.F., Ir. A summary of explosion cratering phenomena relevant to meteor impact events // Impact and explosion cratering. New-York, 1977. — С. 11—44.
- ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 Броуд, Г. Расчёты взрывов на ЭВМ. Подземные взрывы. М., "Мир", 1975.
- ↑ 1 2 Садовский М.А. Избранные труды. Геофизика и физика взрыва. — М.:Наука, 1999. — 335 с. ISBN 5-02-003679-X.
- ↑ Ядерные испытания СССР. Т. I. — Саров: ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ", 2000. ISBN 5-85165-403-1.
- ↑ 1 2 3 4 5 6 Атомный проект СССР: Документы и материалы: В 3 т. / Под общ. ред. Л.Д.Рябева. Т. II. Атомная бомба. 1945—1954. Книга 1 / Мин-во РФ по атом. энергии; Отв. сост. Г.А.Гончаров. — Саров: РФЯЦ-ВНИИЭФ, 1999. — 719 с. ISBN 5-85165-402-3 (Т. II; Кн.1).
- ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 Миргородский В.Р. Раздел III. Защита объектов печати в чрезвычайных ситуациях: Курс лекций // Безопасность жизнедеятельности. / Под ред. Н.Н. Пахомова. — М.: Изд-во МГУП, 2001.
- ↑ 1 2 Ядерный взрыв в космосе, на земле и под землёй. (Электромагнитный импульс ядерного взрыва). Сб. статей / Пер. с англ. Ю.Петренко под ред. С. Давыдова — М.: Воениздат, 1974. — 235 с.
- ↑ 1 2 Гельфанд, Б.Е., Сильников, М.В. Барометрическое действие взрывов. СПб., Астерион, 2006. ISBN 5-94856-258-1.
- ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Защита от оружия массового поражения. М., Воениздат, 1989.
- ↑ 1 2 3 4 Безопасность жизнедеятельности. Защита населения и территорий в чрезвычайных ситуациях: учебное пособие для сотруд. высш. учеб. заведений. / [Я.Р.Вешняков и др.] — М.: Изд. центр "Академия", 2007. - С. 133 - 138. - ISBN 978-5-7695-3392-1.
- ↑ 1 2 Лейпунский О.И. Гамма-излучение атомного взрыва. — М.: Атомиздат, 1959.
- ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Орленко Л.П. Физика взрыва и удара: Учебное пособие для вузов. — М: ФИЗМАЛИТ, 2006. — 304 с. ISBN 5-9221-0638-4
- ↑ Лисогор А.А. Защитные конструкции оборонительных сооружений и их расчёт. (Пособие для студентов по фортификации). Под ред. ген.-майора инж. войск М.И.Марьина. М., 1958. — 67 с.
- ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 Волков, И.Д., Улановский, Б.Я., Усов, Н.А., Цивилев, М.П. Инженерно-спасательные работы в очаге ядерного поражения. М., 1965. — 152 с.
- ↑ 1 2 Строительные нормы и правила. Инженерно-технические мероприятия гражданской обороны. СНиП 2.01.51—90.
- ↑ 1 2 Козлов, В.Ф. Справочник по радиационной безопасности. М., 1987.
- ↑ 1 2 3 Тейлор Р. Шум / Под ред. М. А. Исаковича — М.: «Мир», 1978. — 308 с.
- ↑ 1 2 Иванов, Г. Нейтронное оружие. // Зарубежное военное обозрение, 1982, №12. — С. 50—54.
- ↑ 1 2 Гельфанд Б.Е., Сильников М.В. Взрывобезопасность: учебник / Под ред. ВС. Артамонова — СПб: астерион, 2006. — 392 с.
- ↑ 1 2 Кухтевич В.И., Горячев И.В. Трыков Л.А. Защита от проникающей радиации ядерного взрыва. — М.:Госатомиздат, 1970. — 192 с.
- ↑ Глобальные выпадения продуктов ядерных взрывов как фактор облучения человека/ Марей А.Н., Бархударов Р.М., Книжников В.А. Борисов Б.К. Петухова Э.В. Новикова Н.Я.; Под ред. А.Н.Марея. — М.: Атомиздат, 1980. — 188 с.
- ↑ 1 2 Nelson R.W., Low-Yield Earth-Penetrating nuclear weapons // Science and Global Security, 2002, v. 10, С. 1—20 (рус. перев. Наука и всеобщая безопасность, Том 10, номер 1 (декабрь 2002 г.)).
- ↑ 1 2 3 4 5 6 7 Маликов, В.Г. Шахтные пусковые установки. М., Воениздат, 1975. — С. 9.
- ↑ 1 2 3 4 5 6 May M., Haldeman Z., Effectiveness of nuclear weapons against buried biological agents // Science and Global Security, 2004, v. 12, С. 91—113 (рус. перев. Наука и всеобщая безопасность, Том 12, номер 2 (сентябрь 2004 г.)).
- ↑ Действие атомного оружия. Пер. с англ. Выпуск 4. Первоначальные ядерные излучения. Остаточные ядерные излучения. 1955.
- ↑ 1 2 Brode H.L., Bjork R.L., Cratering from a megaton surface burst, RAND Corp., RM-2600, June 1960 (рус. перев. Действие ядерного взрыва, М., 1971).
- ↑ Hobson A., The ICBM basing question // Science and Global Security, 1991, v. 2, С. 153—189.
- ↑ Колесников, С.Г. Стратегическое ракетно-ядерное оружие. — М.: Арсенал-Пресс, 1996. ISBN 5-85139-015-8.
- ↑ 1 2 3 4 Nelson R.W., Nuclear "Bunker Busters" would more likely disperse buried stockpiles of biological and chemical agents. // Science and Global Security, 2004, v. 12, pp. 69—89 (рус. перев. Наука и всеобщая безопасность, Том 12, номер 2 (май 2003 г.).
|
См. такжеПримечания- ↑ Об использовании в СССР ядерных взрывов в мирных целях
- ↑ Яблоков А. В. Миф о безопасности и эффективности мирных подземных ядерных взрывов, М.:ЦЭПР,2003
- ↑ Андрюшин И. А., Чернышев А. К., Юдин Ю. А. — Укрощение ядра
- ↑ Семипалатинский полигон, площадка П-1 сегодня
- ↑ Площадка П-1 перед испытанием РДС-6с
- ↑ Семипалатинский полигон, ДОТы на дистанции около 250 м от эпицентра
Источники- Сайт «Ядерное оружие. Полная энциклопедия»
- Ф. Ю. Зигель Сокровища звёздного неба
- Шкловский Звёзды, их рождение, жизнь и смерть
- Скрягин Л. Как пароход погубил город, М.: Транспорт
Категории: - Ядерные реакции
- Ядерное оружие
|