В зависимости от задач, решаемых при применении ядерного оружия, вида и местонахождения объектов ядерных ударов, характера предстоящих действий войск и других условий ядерные взрывы могут осуществляться в воздухе на различной высоте, у поверхности земли (воды) и под землей (под водой). В соответствии с этим, а также по характеру физических процессов, сопровождающих взрыв и зависящих от среды, в которой он произведен, ядерные взрывы разделяют на следующие виды: высотный, воздушный, наземный, надводный, подземный и подводный.
Высотным взрывом называется взрыв выше границы тропосферы. В зависимости от географической широты местности высота границы тропосферы изменяется от 8 до 18 км.Наименьшая высота высотного взрыва условно принимается равной 10 км.
Высотный взрыв применяют для поражения в полете воздушных и космических целей (самолетов, крылатых ракет, головных частей баллистических ракет и других летательных аппаратов). Наземная боевая техника и вооружение, а также фортификационные и другие инженерные сооружения при высотном взрыве существенных разрушений, как правило, не получают
Воздушным взрывом называется взрыв в воздухе на такой высоте, когда светящаяся область не касается поверхности земли (воды). Воздушные взрывы подразделяются на низкие и высокие.
Воздушные взрывы применяются главным образом для поражения наземных (надводных) объектов.
Низкий воздушный взрыв применяется в тех случаях, когда требуется на наибольшей площади вывести из строя танки, бронетранспортеры, орудия наземной и зенитной артиллерии и другие устойчивые к ядерному взрыву виды боевой техники, а также разрушить сравнительно прочные наземные сооружения и вместе с тем избежать сильного радиоактивного заражения местности.
Высокий воздушный взрыв применяется тогда, когда по условиям обстановки недопустимо радиоактивное заражение местности и требуется обеспечить разрушение на большей площади, чем при низком воздушном взрыве, малопрочных наземных объектов (например, городской застройки, самолетов, ракет на открытых стартовых позициях и т. п.).
Наземным (надводным) взрывом называется взрыв на поверхности земли или воды (контактный взрыв) или же в воздухе.При наземном (надводном) взрыве светящаяся область касается поверхности земли (воды).
Наземный взрыв наиболее целесообразно применять для поражения объектов, состоящих из сооружений большой прочности, и войск, находящихся в прочных укрытиях. При этом наземный взрыв может применяться только в том случае, если по условиям обстановки допустимо или желательно сильное радиоактивное заражение местности.
Надводный взрыв применяется для поражения надводных кораблей и гидротехнических сооружений. Характерной особенностью этого взрыва, как и наземного, является сильное радиоактивное заражение прибрежной полосы местности и объектов, находящихся на суше и акватории.
Подземным (подводным) взрывом называется взрыв, произведенный под землей (под водой).
Подземный взрыв в боевых условиях осуществляется, как правило, при заблаговременной установке ядерного боеприпаса. Он применяется с целью создания заграждений, а также для разрушения особо прочных подземных сооружений.
Подводный взрыв применяется для поражения подводных лодок и надводных кораблей, для разрушения гидротехнических сооружений, средств противодесантной обороны, минных и противолодочных заграждений.
Точка на поверхности земли (воды), над (под) которой произошел взрыв, называется эпицентром взрыва.
Развитие воздушного и наземного ядерных взрывов. Поражающие факторы ядерного взрыва
Развитие взрыва ядерного заряда любого вида начинается с цепной ядерной реакции деления. В ходе этой реакции из зоны взрыва в окружающую среду испускаются нейтроны и гамма-излучение, называемые мгновенными, поток которых является частью проникающей радиации ядерного взрыва.
Мгновенное гамма-излучение, взаимодействуя с атомами окружающей среды, создает поток быстрых электронов, летящих с большой скоростью преимущественно в радиальном направлении от центра взрыва, и положительных ионов, остающихся практически на месте. Таким образом, в пространстве на некоторое время происходит разделение положительных и отрицательных зарядов, что приводит к возникновению электрических и магнитных полей. Эти поля ввиду их кратковременности принято называть электромагнитным импульсом ядерного взрыва.
В зоне ядерной реакции вследствие выделения огромного количества энергии в небольшом объеме в течение весьма малого промежутка времени (миллионных долей секунды) давление достигает десятков миллиардов килограммов на квадратный сантиметр, а температура — десятков миллионов градусов. В этих условиях энергия быстро передается окружающему зону реакции веществу, которое нагревается до очень высокой температуры (порядка десяти миллионов градусов). При такой температуре испарившееся вещество боеприпаса испускает интенсивный поток электромагнитного излучения, основная доля которого приходится на рентгеновский участок спектра. Поглощаясь окружающим воздухом, рентгеновское излучение нагревает его, в результате чего возникает светящаяся область, представляющая собой объем разогретого воздуха и газов, образующихся в зоне взрыва. Светящаяся область является источником светового излучения ядерного взрыва
Светящаяся область ядерного взрыва в своем развитии проходит три фазы: начальную, первую и вторую. В зависимости от мощности взрыва длительность начальной фазы светящейся области составляет доли миллисекунды, первой — от нескольких миллисекунд до десятков и сотен миллисекунд, а второй — от десятых долей секунды до десятков секунд. За время существования светящейся области температура внутри ее изменяется от миллионов до нескольких тысяч градусов.
В начальной фазе, пока температура внутри светящейся области более 300 тыс. °К, распространение ее границы происходит в результате прогрева холодного воздуха излучением. В этот период давление и температура в светящейся области распределены почти равномерно, а у ее границы, в тонком наружном слое, они резко уменьшаются до давления и температуры окружающего воздуха. Перепад давления в поверхностном слое светящейся области обусловливает возникновение в нем газодинамических возмущений, распространяющихся со скоростью звука, соответствующей температуре нагретого воздуха.
Когда температура внутри светящейся области составляет более 300 тыс. °К, скорость распространения границы светящейся области за счет прогрева холодного воздуха излучением выше скорости передачи газодинамических возмущений. С понижением температуры скорость расширения границы светящейся области в результате прогрева воздуха излучением уменьшается быстрее, чем скорость распространения газодинамических возмущений. При температуре 300 тыс. °К скорости обоих процессов становятся равными, а затем скорость распространения газодинамических возмущений превышает скорость расширения светящейся области, что приводит к образованию у ее границы фронта ударной волны, т.е. скачка давления, плотности и температуры. В дальнейшем фронт ударной волны выходит на поверхность светящейся области и становится ее границей. Яркостная температура светящейся области в начальной фазе ее развития некоторое время остается равной температуре 10 тыс. °К. Это объясняется тем, что воздух, нагретый до температуры выше 10 тыс. °К, непрозрачен и не пропускает излучения в окружающую среду из внутренних, более горячих слоев светящейся области. В процессе выхода фронта ударной волны на границу светящейся области яркостная температура ее повышается от 10 до 100 тыс. °К.
Момент выхода фронта ударной волны на поверхность светящейся области является окончанием начальной фазы и началом первой фазы.
Развитие светящейся области в первой фазе определяется законами распространения фронта ударной волны.
По мере распространения фронта ударной волны температура в нем понижается. Пока температура фронта ударной волны остается выше 10 тыс. °К, он, так же как и поверхностный слой светящейся области в начальной фазе ее развития, полностью поглощает излучение, идущее из внутренних, более горячих слоев. Поэтому яркостная температура светящейся области в этот период равна температуре фронта ударной волны. В дальнейшем фронт ударной волны остывает и постепенно становится прозрачным, однако воздух за фронтом волны еще некоторое время продолжает экранировать излучение внутренних слоев вследствие образования в нем окислов азота, поглощающих излучение.
Когда температура фронта ударной волны понижается до 2— 4 тыс. °К, концентрация окислов азота уменьшается. В результате этого прозрачность воздуха за фронтом повышается и яркостная температура светящейся области, пройдя через минимум, вновь начинает увеличиваться. Примерно к этому моменту времени фронт ударной волны перестает светиться и уходит вперед. Поэтому принято говорить, что в момент достижения минимума яркости происходит «отрыв» фронта ударной волны от поверхности светящейся области.
Во второй фазе развития светящейся области прозрачность воздуха в экранирующем слое увеличивается, поэтому яркостная температура ее вновь возрастает, достигая максимума в 8—10 тыс. °К. После достижения максимума яркостная температура постепенно уменьшается, и при температуре 2—3 тыс. °К светящаяся область превращается в облако взрыва.
На вторую фазу приходится основная доля энергии светового излучения (до 98%).
Время существования светящейся области возрастает с увеличением мощности взрыва. При взрывах боеприпасов сверхмалого калибра свечение продолжается десятые доли секунды, малого — 1—2 сек, среднего — 2—5 сек, крупного — 5—10 секи сверхкрупного — несколько десятков секунд.
Размеры светящейся области также возрастают с увеличением мощности взрыва. При взрывах боеприпасов сверхмалого калибра максимальный диаметр светящейся области составляет 50— 200 м, малого — 200—500 м, среднего — 500—1000 м, крупного — 1000—2000 м и сверхкрупного — несколько километров.
Форма светящейся области зависит от высоты взрыва. При высоком воздушном взрыве она близка к сферической. Светящаяся область низкого воздушного взрыва, деформируясь ударной волной, отраженной от поверхности земли, принимает вид сферического сегмента. При наземном взрыве светящаяся область соприкасается с поверхностью земли и имеет форму полушария, диаметр которого в 1,2—1,3 раза больше диаметра светящейся области воздушного взрыва той же мощности.
Облако взрыва представляет собой клубящуюся массу воздуха, перемешанную с радиоактивными продуктами взрыва, частицами пыли (при наземных и низких воздушных взрывах) и парами воды (при подводных взрывах).
В начальный момент плотность воздуха в облаке взрыва значительно меньше атмосферной, вследствие чего оно быстро поднимается. В процессе подъема в результате сопротивления окружающего воздуха и охлаждения облака скорость его подъема уменьшается.
Максимальная высота подъема облака зависит от мощности взрыва и изменяется от 4—7 км при взрывах боеприпасов малого калибра до 10—20 км при взрывах боеприпасов среднего и крупного калибров. Время подъема облака на максимальную высоту при взрывах боеприпасов малого и среднего калибров составляет до 10 мин, а при взрывах боеприпасов крупного калибра — до 7 мин, максимальный горизонтальный диаметр облака изменяется соответственно от 2—10 до 15—20 км.
После достижения максимальной высоты облако под действием воздушных течений переносится на большие расстояния и рассеивается. При этом содержащиеся в нем радиоактивные частицы выпадают на поверхность земли, воздавая радиоактивное заражение местности и объектов.
Облако пыли и пылевой столб. В районе эпицентра взрыва под действием светового излучения поверхностный слой грунта нагревается, вследствие чего происходит быстрое испарение почвенной влаги, приводящее к распылению грунта и образованию облака пыли.
Температура в облаке пыли имеет максимальное значение в центре и быстро спадает к его краям. Это обусловливает возникновение воздушных потоков, направленных от периферии к центру облака и образующих в районе центра мощный восходящий поток, который, увлекая за собой пыль, создает пылевой столб. Диаметр пылевого столба в зависимости от мощности взрыва изменяется от нескольких десятков до нескольких сотен метров. При наземных взрывах пылевой столб соединен с облаком взрыва с начала его подъема.
Поражающие факторы взрыва. В процессе развития физических явлений, сопровождающих ядерный взрыв в воздухе, возникают воздушная ударная волна, световое излучение, проникающая радиация, электромагнитный импульс, а также создается радиоактивное заражение местности и объектов.
Воздушная ударная волна поражает людей, разрушает боевую технику, вооружение и различные сооружения.
Световое излучение способно вызвать возгорание различных материалов, имущества, боевой техники и сооружений. У людей и животных оно вызывает ожоги кожи, поражение глаз и временное ослепление.
Проникающая радиация, воздействуя на людей и животных, вызывает у них специфическое заболевание — лучевую болезнь. Действуя на оптику, проникающая радиация может вызвать ее потемнение. Светочувствительные фотоматериалы под действием проникающей радиации становятся непригодными к использованию.
Радиоактивные излучения с местности и объектов, зараженных радиоактивными веществами, оказывают на людей и животных такое же поражающее действие, как и проникающая радиация.
Электромагнитный импульс при отсутствии специальных мер защиты может повреждать аппаратуру управления и связи, нарушать работу электрических устройств, подключенных к протяженным наружным линиям.
Ударную волну, световое излучение, проникающую радиацию, радиоактивное заражение местности и объектов и электромагнитный импульс принято называть — поражающими факторами ядерного взрыва. Последние четыре поражающих фактора присущи только ядерному оружию.
Поражающие факторы ядерного взрыва отличаются один от другого не только характером своего воздействия, но и тем, что в большинстве случаев действие их на объект начинается в разное время и по продолжительности неодинаково.
Раньше всего (практически в момент взрыва) на объект начинают действовать проникающая радиация, электромагнитный импульс и световое излучение. Общее время действия проникающей радиации составляет несколько секунд при взрывах боеприпасов сверхмалого, и малого калибров и 15—25 сек при взрывах боеприпасов крупного калибра. Действие светового излучения продолжается от десятых долей секунды при взрывах боеприпасов сверхмалого и малого калибров до десятков секунд при взрывах мощностью более 1 млн. т. Действие электромагнитного импульса продолжается несколько десятков миллисекунд
Воздушная ударная волна начинает действовать на объект через некоторый промежуток времени после взрыва, продолжительность которого зависит от мощности взрыва и удаления объекта от центра (эпицентра). Действие ударной волны продолжается от нескольких десятых долей секунды при взрывах боеприпасов сверхмалого и малого калибров до нескольких секунд при взрывах боеприпасов большой мощности.
Действие радиоактивных веществ начинается или с момента подхода облака взрыва к данному участку местности и выпадения на него радиоактивной пыли, или с момента образования радиоактивных веществ в почве (наведенная активность). Образование наведенной активности в районе взрыва происходит практически мгновенно. Радиоактивные же вещества выпадают из облака значительно позже: на ближних расстояниях от района взрыва — через несколько минут после взрыва, на дальних расстояниях — через несколько часов. Время от момента взрыва до выпадения радиоактивной пыли из облака на тот или иной участок местности равно отношению расстояния от центра (эпицентра) взрываданного участка к скорости среднего ветра.
В отличие от других поражающих факторов, действие которых в зависимости от мощности взрыва ограничено зоной с радиусом, достигающим нескольких километров или десятков километров, радиоактивное заражение может наблюдаться на расстоянии многих десятков и даже сотен километров от места взрыва. Радиоактивными веществами при ядерном взрыве заражается не только местность, но и боевая техника, водоемы, посевы, здания и другие объекты, оказавшиеся на следе облака.
