Ядерний вибух

Я́дерний або атомний ви́бух — некерований процес вивільнення великої кількості теплової і променевої енергії в результаті ланцюгової ядерної реакції ділення за дуже малий проміжок часу. Атомний вибух супроводжується звуком, що нагадує грозовий розряд. Сила атомного вибуху залежить від кількості енергії, виділеної в результаті ядерної реакції, і може становити 109–1012 ккал і більше. В момент вибуху, внаслідок надзвичайно високої температури (300 000°), утворюється сліпучо-яскрава вогняна зона (бл. 15—150 м), яка складається з розжарених пари і газів.

Гриб атомного вибуху над Нагасакі

Типи ядерних вибухів: надземний, підземний, космічний, підводний.

За своїм виникненням ядерні вибухи є або продуктом діяльності людини на Землі, або природними процесами на деяких видах зірок.

Енергія ядерного вибуху може досягати десятків мегатонн тротилового еквівалента. До ядерних реакцій, які супроводжуються таким виділенням енергії, належить розподіл важких ядер (²³⁵U або ²³⁹Pu), що призводить до ядерного вибуху, або синтез легких ядер, який призводить до термоядерного вибуху. При ядерному і термоядерному вибухах виділяється в мільйони раз більше тепла на одиницю вибухового матеріалу, ніж при хімічному вибуху (6,8-10¹⁰ кДж/кг при ядерному і 4,19-10¹¹ кДж/кг при термоядерному).

Штучні ядерні вибухи в більшості випадків використовуються як надпотужна зброя для знищення великих об'єктів і великої кількості військ супротивника, але також мають і мирне застосування — для знищення перепон в горах, наукових дослідженнях тощо.

Класифікація

Штучні ядерні вибухи класифікують за двома ознаками — потужність заряду, який викликав вибух, та місцерозташування заряда у момент вибуху (центр вибуху). Проекція цієї точки на землю називається епіцентром ядерного вибуху. Потужність вибуху вимірюється у тротиловому еквіваленті — масі тринітротолуола, при вибуху якого вивільняється стільки ж енергії, скільки при вибусі оцінюваного заряду. Найчастіше використовують такі одиниці: 1 кілотонна та 1 мегатонна тротилового еквівалента. Згідно з цією класифікацією ядерні вибухи характеризують так:

Класифікація за потужністю

[1][2]

Потужність:	Надмала менше 1 кт	Мала 1 — 10 кт	Середня 10 — 100 кт	Велика 100 — 1000 кт	Надвелика понад 1 Мт
Діаметр вогняної кулі[# 1]	50 — 200 м	200 — 500 м	500 — 1000 м	1000 — 2000 м	понад 2000 м
Максимум світіння[# 2]	до 0,03 сек	0,03 — 0,1 сек	0,1 — 0,3 сек	0,3 — 1 сек	1 — 3 сек і більш
Час світіння[# 3]	0,2 сек	1 — 2 сек	2 — 5 сек	5 — 10 сек	20 — 40 сек
Висота «гриба»	менш 3,5 км	3,5 — 7 км	7 — 12,2 км	12,2 — 19 км	понад 19 км
Висота хмари	менше 1,3 км	1,3 — 2 км	2 — 4,5 км	4,5 — 8,5 км	понад 8,5 км
Діаметр хмари	менш 2 км	2 — 4 км	4 — 10 км	10 — 22 км	понад 22 км
Вогняна хмара[# 4]	0,083 кт	4 кт		360 кт
Ядерний гриб[# 5]	0,02 кт	2,2 кт	19 кт
Примітки Максимальний діаметр вогненної кулі в разі повітряного вибуху. Час досягнення максимальної яскравості світлового випромінювання Тривалість небезпечного світіння як вражаючого фактора. Повна тривалість світіння, коли вогняна хмара випускає залишки світлової енергії, в кілька разів довше. Вид вогненних хмар після закінчення небезпечного світіння, приблизно в одному масштабі. Вид грибоподібних хмар до закінчення росту та початку розмиву вітрами, без єдиного масштабу — різниця занадто велика.

Вибух потужністю 20 кт дає зону повного знищення радіусом приблизно 1 км, 20 Мт — вже 10 км. Згідно з розрахунками, при вибусі 100 Мт зона повного знищення буде мати радіус 35 км, сильного знищення — 50 км, незахищені люди на відстані 80 км отримають сильні опіки. Одним таким вибухом можна повністю знищити будь-яке найбільше місто Землі. Найпотужнішим штучним вибухом був вибух 50-мегатонної термоядерної бомби («Цар-Бомби») на полігоні «Нова Земля».

Класифікація по знаходженню центру вибуху

Наведена висота (глибина) заряду в метрах на тонни тротилового еквівалента в кубічному корені (в дужках приклад для вибуху потужністю 1 мегатонна)[3]:

космічний: понад 100 км
- магнітосферний — вибух в межах магнітосфери: від 400–500 км до магнітопаузи
- екзоатмосферний — вибух в екзосфері: від 400–800 км (екзобаза) до 100 тис. км
атмосферні:
- висотний: понад 10 — 15 км, але частіше вважається на висотах 40 — 100 км, коли ударна хвиля майже не утворюється
- високий повітряний: понад 10 м/т^1/3, коли форма спалаху близька до сферичної (понад 1 км)
- низький повітряний: від 3,5 до 10 м/т^1/3 — вогняна сфера в процесі росту могла б торкнутися землі, але замість цього відкидається вгору відбитої від поверхні ударною хвилею та приймає усічену форму (від 350 до 1000 м)
наземний — від глибини0,3 м/т^1/3 до висоти 3,5 м/т^1/3 — спалах торкається землі та приймає форму півсфери (від глибини 30 м до висоти 350 м):
- наземний з утворенням удавленої вирви без значного викиду ґрунту: нижче 0,5 м/т^1/3 (нижче 50 м)
- наземний контактний: від глибини 0,3 до висоти 0,3 м/т^1/3 — коли ґрунт з вирви викидається і потрапляє у світну область (від висоти 30 м до глибини 30 м)
підземний — напівсферична світна область не утворюється і повітряна ударна хвиля послаблюється із збільшенням глибини:
- на викид (викид ґрунту та кратер в рази більший, ніж при наземному вибуху)
  - малозаглиблений — на глибині від 0,3 до 3,5 м/т^1/3 (глибина 30 — 350 м)
- вибух розпушування — в глибині утворюється порожнина або стовп обвалення, а на поверхні кільцеподібне вивалювання ґрунту (пагорб видуття), в центрі якого провальна вирва
- камуфлетний: глибше 7 — 10 м/т^1/3 — в глибині залишається замкнута (котлова) порожнина або стовп обвалення; якщо стовп обвалення сягає поверхні, то утворюється провальна вирва без пагорба видуття (глибше 700–1000 м)
надводний — на висоті над водою до 3,5 м/т^1/3 (до 350 м)
надводний контактний — відбувається випаровування води і утворюється підводна ударна хвиля
підводний:
- на малій глибині: менш 0,3 м/т^1/3 — вода випаровується до поверхні та стовп води (вибуховою султан) не утворюється, 90% радіоактивних забруднень йде з хмарою, 10% залишається у воді (менше 30 м)
- з утворенням вибухового султану та хмари султану: 0,25 — 2,2 м/т^1/3 (25 — 220 м)
- глибоководний: глибше 2,5 м/т^1/3 — коли утворюється пузир й виходить на поверхню з утворенням султана, але без хмари, 90% радіоактивних продуктів залишається у воді в районі вибуху і не більше 10% виходить з бризками базисної хвилі (глибше 250 м).

Можливі також перехідні випадки, при яких утворюється підводна донна вирва та відбувається викид води і ґрунту:

при підводному придонному вибуху[3]^{(С. 308)}, причому якщо вибух в неглибокому водоймищі і на відстані від дна до 0,1 — 0,2 м/т^1/3 (до 10 — 20 м), то ґрунт з підводної воронки потрапляє в хмару вибуху та служить джерелом зараження
при надводному вибуху в неглибокому водоймищі
при наземному вибуху на невеликому острові, коли острів повністю знищується і на його місці залишається водна гладь та підводна воронка, тобто наземний вибух фактично стає надводним (Кастль Браво і Іві Майк).

Плазмовий куля космічного вибуху Домінік Шах і мат 7 кт на висоті 147 км
Висотний вибух Hardtack Teak 3,8 Мт на висоті 76,8 км
Вогняна куля високого повітряного вибуху (Операція Ranger)
Усічена вогненна куля низького повітряного вибуху
Вогняна півсфера наземного вибуху Іві Майк 10,4 Мт і блискавки
Вогняний міхур підводного вибуху Домінік Риба-меч 20 кт на глибині 200 м, вид з повітря
Котлова порожнину після підземного вибуху Нуга Гном 3,1 кт на глибині 340 м (схема)
Залишок вишки після вибуху на ній заряду Teapot Бджола 8 кт на висоті 150 м
Вихід парового міхура через 10 — 15 сек після вибуху «Вігвам» 30 кт на глибині 610 м
Підводна вирва діаметром 1,5 км на місці острова Elugelab (атол Еніветок) після наземного вибуху Іві Майк 10,4 Мт
Кратер діаметром 390 м і глибиною 100 м після вибуху Седан 104 кт на глибині 194 м
Холм видуття від підземного випробування Whetstone Sulky 0,087 кт на глибині 27 м
Провальні вирви камуфлетних вибухів (рівнина Юкка Флет)
Усередині котлової порожнини вибуху Нуга Гном. Стрілкою вказано людину

Наслідки

Від діяння ударної хвилі атомного вибуху на споруди, будівлі, техніку тощо вони руйнуються або механічно пошкоджуються і внаслідок сильного нагріву світловим випромінюванням вигоряють або обвуглюються; проникаюча радіація виявляється в потемнінні скла оптичних приладів і засвічуванні світлочутливих фотоматеріалів. Атомний вибух у населеному пункті (особливо у великому) характеризується не тільки великими руйнуваннями, але й масовими пожежами, що виникають і від безпосереднього світлового випромінювання, і від руйнування діючої електросітки, газопроводу. Діяння ударної хвилі, світлового випромінювання і проникаючої радіації атомного вибуху зумовлює комбіноване уражання людей — травми і контузії, опіки, променеву хворобу. Променеве захворювання можливе протягом тривалого часу і після вибуху, внаслідок впливу радіоактивних випромінювань зараженої місцевості. Таке уражання викликається як зовнішнім опромінюванням, так і внутрішнім — при потраплянні радіоактивних продуктів вибуху в організм з зараженими харчовими продуктами, водою, повітрям.

Залежно від характеру об'єкта можуть бути здійснені повітряний, наземний (надводний) і підземний (підводний) А. в. Повітряний атомний вибух супроводиться яскравим, сліпучим спалахом; світна зона (у формі кулі) не торкається поверхні землі (води). Внаслідок великого розрідження вогняна куля з великою швидкістю підноситься вгору на вис. 5—20 км, піднімаючи за собою пил з поверхні землі. Охолоджуючись, вогняна куля перетворюється в клубчасту димову хмару.

При наземному атомному вибуху світна зона у вигляді півсфери стикається з поверхнею землі або повисає в повітрі на невеликій висоті. Нижня частина світної зони одразу ж закривається клубами куряви, що підіймається з поверхні землі. В зоні стикання світної зони з землею поверхневий шар ґрунту оплавляється, змішується з радіоактивними продуктами атомного вибуху і випадає на землю курявою, створюючи сильне радіоактивне зараження місцевості в районі вибуху і по шляху переміщення хмари. При підземному атомному вибуху світлове випромінювання (світна зона) майже повністю поглинається ґрунтом, в якому утворюється велика воронка. З частинок ґрунту і продуктів вибуху створюється радіоактивна хмара темного забарвлення. При підводному атомному вибуху у воді утворюється вогняна куля, розмірами і тривалістю свічення набагато менша, ніж при атомному вибуху у повітрі, бо енергія випромінювання йде на випаровування води. Велика кількість викинутої атомним вибухом води створює стовп водяних бризок заввишки 2—3 км, з якого утворюється кулясто-купчаста хмара дрібних краплин, що випадають у вигляді радіоактивного дощу. Для уражання повітряних цілей застосовуються А. в. у стратосфері.

Ядерний вибух — джерело різноманітних випромінювань. Це випромінювання (що називається проникаючою радіацією) викликає ряд характерних тільки для ядерного вибуху наслідків. Нейтрони і високоенергетичні гамма-промені, взаємодіючи з атомами навколишнього середовища, видозмінюють їх стабільні ізотопи в радіоактивні — це явище називається «наведена радіація». При ядерному вибуху утворюється велика кількість нестабільних ізотопів, тому забруднення місцевості, на якій відбувся вибух, може тривати тисячоліттями, хоча інтенсивність випромінювання з часом зменшується. Також уражаюча дія ядерного вибуху визначається повітряною ударною хвилею, світловим випромінюванням, електромагнітним імпульсом.

Застосування

Ядерний вибух знайшов собі ряд застосувань. Серед них мирне і військове. Природно, що велика потужність ядерного вибуху привернула увагу військових. За допомогою нього дуже легко знищити важливі об'єкти ворога, а також великі міста (саме тому ядерну зброю вважають зброєю масового ураження). Але непередбачувані наслідки вибуху, які можуть нанести збитків атакуючому, є одним з приводів для того, щоб не застосовувати його в військових цілях. У ІІ половині XX століття важливим фактором для незастосування ядерної зброї було «ядерне стримання» — якщо одна сторона застосує проти іншої ядерні бомби, потерпіла сторона відповість тим самим.

Ядерний вибух знайшов застосування і в мирних цілях. Наприклад, швидке риття каналів, підземних місткостей тощо. Спочатку на ядерні вибухи покладали великі надії. Планувалося провести сотні ядерних вибухів у мирних цілях. Створювалися навіть проекти для цього. Але вивільнення радіації при вибуху стало вагомою причиною, щоб цього не робити і на практиці декілька мирних вибухів було проведено тільки в СРСР.

Стосовно до гірничої справи відоме застосування підземних (120 м і більше), або камуфлетних ядерних вибухів (для інтенсифікації розробки виснажених нафтових і газових покладів, ліквідації аварій на нафтових і газових промислах; створення підземних ємностей для зберігання природного газу, нафти, поховання відходів, глибинного дроблення великих обсягів гірських порід з метою наступного вилуговування з них цінних компонентів тощо). Технологія проведення цих Я.в. виключає потрапляння радіоактивних продуктів у підземні води, на поверхню і в атмосферу.

Гіпотеза, що пояснює спалахи на Сонці

Одною з гіпотез, пояснюючих спалахи на Сонці є замкнення силових ліній магнітного поля на окремих ділянках сонця, що спричиняє сильний розігрів плазми (йонізованого газу) до таких температур, при яких починається термоядерна реакція (реакція взаємодії між ядрами атомів, можлива при дуже великих температурах, якщо некерована — викликає термоядерний вибух), що приводить до термоядерного вибуху. Таким чином, спалахи на Сонці — не що інше, як ядерні вибухи. Існує також клас карликових зірок, де цей процес проходить не на окремій ділянці, а на всій зорі цілком.

Галерея

Підводний вибух на глибині 27 м
Підводний вибух на глибині 660 м
Підземний вибух на малій глибині
Кратер після підземного вибуху на малій глибині
Просідання поверхні після підземних вибухів на великій глибині
Вибух на висоті 400 км

Див. також

Примітки

(рос.) Действие ядерного оружия. Перевод английского издания The Effects of Nuclear Weapons. Revised Edition. — М.: Воениздат, 1963. — 684 с.
(рос.) Защита от оружия массового поражения. — М., Воениздат, 1989.
(рос.) Физика ядерного взрыва. В 5 т. — 3-е, дополненное / Министерство обороны РФ. 12 Центральный НИИ. — М.: Издательство физико-математической литературы, 2009. — Том 1. Развитие взрыва. — 832 с. — ISBN 978-5-94052-177-8.

Література

Українська радянська енциклопедія : у 12 т. / гол. ред. М. П. Бажан ; редкол.: О. К. Антонов та ін. — 2-ге вид. — К. : Головна редакція УРЕ, 1974–1985.

Посилання

Ядерні вибухи (фото)
(англ.) Nukemap by Alex Wellerstein — картографічне моделювання впливу від ядерних вибухів різної потужності.

This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.

[p1-3] Максимальний діаметр вогненної кулі в разі повітряного вибуху.

[p2-4] Час досягнення максимальної яскравості світлового випромінювання

[p3-5] Тривалість небезпечного світіння як вражаючого фактора. Повна тривалість світіння, коли вогняна хмара випускає залишки світлової енергії, в кілька разів довше.

[p4-6] Вид вогненних хмар після закінчення небезпечного світіння, приблизно в одному масштабі.

[p5-7] Вид грибоподібних хмар до закінчення росту та початку розмиву вітрами, без єдиного масштабу — різниця занадто велика.

[ДЯО-1] (рос.) Действие ядерного оружия. Перевод английского издания The Effects of Nuclear Weapons. Revised Edition. — М.: Воениздат, 1963. — 684 с.

[ЗОМП-2] (рос.) Защита от оружия массового поражения. — М., Воениздат, 1989.

[ФЯв-8] (рос.) Физика ядерного взрыва. В 5 т. — 3-е, дополненное / Министерство обороны РФ. 12 Центральный НИИ. — М.: Издательство физико-математической литературы, 2009. — Том 1. Развитие взрыва. — 832 с. — ISBN 978-5-94052-177-8.