Ядерна зброя

План

1. З iсторii створення ядерноi зброi.

2. Поражаючi фактори ядерного вибуху.

3. Бомбардування Хiросiми й Нагасакi.

4. Характеристика вогнища ядерного ураження.

5. Список використаноi лiтератури.

1. З iсторii створення ядерноi зброi

У 1894 р. Робер Сесiл, що був тодi прем'iр-мiнiстром Великобританii, у своiму зверненнi до Британськоi асоцiацii сприяння науковому прогресу, перелiчуючи невирiшенi проблеми науки, зупинився на завданнi: що ж дiйсно являi собою атом - iснуi вiн насправдi або i лише теорiiю, придатною тiльки для пояснення деяких фiзичних явищ; яка його структура.

У США люблять говорити, що атом - уродженець Америки, але це не так. На рубежi ХРЖ-XX ст. ним займалися головним чином европейскi вченi. Англiйський вчений Томсон запропонував модель атома, що являi собою позитивно заряджену речовину з вкрапленими електронами. Француз Беккераль вiдкрив радiоактивнiсть у 1896 р. Вiн показав, що всi речовини, якi мiстять уран, радiоактивнi, причому радiоактивнiсть пропорцiйна вмiсту урану.

Французи П'iр Кюрi i Марiя Склодовська-Кюрi вiдкрили радiоактивний елемент радiй у 1898 р. Вони повiдомили, що iм вдалося з уранових отходiв видiлити якийсь елемент, що володii радiоактивнiстю i близький за хiмiчними властивостями до барiю. Радiоактивнiсть радiю приблизно в 1 млн. раз бiльше радiоактивностi урану.

Англiiць Резерфорд у 1902 р. розробив теорiю радiоактивного розпаду, у 1911 р. вiн вiдкрив атомне ядро, а в 1919 р. спостерiгав штучне перетворення ядер.

А. Ейнштейн, який жив до 1933 р. в Нiмеччинi, в 1905 р. розробив принцип еквiвалентностi маси й енергii. Вiн зв'язав цi поняття i показав, що визначенiй кiлькостi маси вiдповiдаi певна кiлькiсть енергii.

Датчанин Н. Бор у 1913 р. розробив теорiю будови атома, що лягла в основу фiзичноi моделi стiйкого атома.

Дж. Кокфорт i Е. Уолтон (Англiя) у 1932 р. експериментально пiдтвердили теорiю Ейнштейна.

Дж. Чедвик у тому ж роцi вiдкрив нову елементарну частку - нейтрон.

Д.Д. РЖваненко в 1932 р. висунув гiпотезу про те, що ядра атомiв складаються з протонiв i нейтронiв.

Е. Фермi використовував нейтрони для бомбардування атомного ядра (1934 р).

У 1937 р. РЖрен Жолiо-Кюрi вiдкрила процес розподiлу урану. У РЖрен Кюрi i ii учня-югослава П. Савича результат вийшов неймовiрний: продуктом розпаду урану був лантан - 57-й елемент, розташований у серединi таблицi Менделiiва.

Мейтнер, яка протягом 30 рокiв працювала разом з О. Фрiшем, який працював у Бора, знайшли, що при розподiлi ядра урану частинки, отриманi пiсля розподiлу, у сумi на 1/5 легше ядра урану. Це iм дозволило за формулою Ейнштейна порахувати енергiю, що утримуiться в 1 ядрi урану. Вона виявилася рiвноi 200 млн.21 електрон-вольт (МЕВ). У кожному грамi утримуiться 2,5 х 10 атомiв.

На початку 40-х рокiв 20 ст. групою вчених у США були розробленi фiзичнi принципи здiйснення ядерного вибуху.

У серпнi 1945 р. двi атомнi бомби потужнiстю близько 20 Кт кожна були скинутi на японськi мiста Хiросiму i Нагасакi. Застосування ядерноi зброi тодi не викликалося вiйськовою необхiднiстю. Правлячi кола США переслiдували полiтичнi цiлi - продемонструвати свою силу для лякання СРСР.

Незабаром ядерна зброя була створена в СРСР групою вчених на чолi з академiком Курчатовим. У 1947 р. Радянський уряд заявило, що для СРСР бiльше немаi секрету атомноi бомби. Утративши монополiю на ядерну зброю, США розгорнули початi ще в 1942 р. роботи зi створення термоядерноi зброi. 1 листопаду 1952 р. у США був висаджений у повiтря термоядерний пристрiй потужнiстю 3 МгТ. У СРСР термоядерна бомба була вперше випробувана 12 серпня 1953 р.

На сьогоднi секретом ядерноi зброi володiють крiм Росii i США також Францiя, Нiмеччина, Великобританiя, Китай, Пакистан, РЖндiя, РЖталiя.

2.
Поражаючi фактори ядерного вибуху

До самих потужнiх засобiв масового ураження вiдноситься ядерна зброя. Воно складаiться з ядерних боiприпасiв (бойовi частини ракет i торпед, ядернi бомби, артснаряди, мiни та iн.), засобiв доставки iх до мети (носiiв) i засобiв керування.

Потужнiсть ядерноi зброi виражаiться тротиловим еквiвалентом - кiлькiстю тротилового заряду в тоннах, енергiя вибуху якого дорiвнюi енергii вибуху даного ядерного заряду.

За потужнiстю ядернi боiприпаси пiдроздiляються на надмалi (потужнiстю менше 1 тис. тонн - 1 Кт), малi (1 - 10 тис. тонн - до 10 Кт), середнi (10 - 100 тис. тонн - до 100 Кт), великi (100 - 1 млн. тонн - до 1 Мгт) i надвеликi (бiльше 1 млн. тонн - понад 1 Мгт).

Уперше ядерну зброю застосували США в серпнi 1945 р, коли iхнi лiтаки скинули на японськi мiста Хiросiму i Нагасакi атомнi бомби, потужнiстю 20 Кт кожна. Вибухи бомб викликали величезнi жертви (Хiросiма - близько 140 тис. чоловiк, Нагасакi - близько 75 тис. чоловiк) серед населення i заподiяли величезнi руйнування.

Ядерна зброя - i зброiю вибуховоi дii i заснована на використаннi енергii, що видiляiться при ядерних перетвореннях. Вона буваi атомна i воднева (термоядерна).

Атомна зброя заснована на використаннi внутрiядерноi енергii, що миттiво видiляiться у результатi ланцюговоi реакцii при розподiлi ядер важких елементiв (урану-235 або плутонiю-239).

В основу водневоi зброi покладене використання енергii, що миттiво видiляiться при синтезi (з'iднаннi) ядер легких елементiв (iзотопiв водню - дейтерiю i тритiю). Ця реакцiя супроводжуiться видiленням колосальноi енергii. Ядерний вибух можна здiйснити у повiтрi на рiзнiй висотi (повiтряний вибух), на поверхнi землi (наземний вибух), пiд землею (пiдземний вибух), пiд водою (пiдводний вибух), над водою (надводний вибух). Мiсце на поверхнi землi, над якою зроблений ядерний вибух, називають епiцентром (центром) вибуху.

Ядерний вибух супроводжуiться яскравим спалахом, що навiть у сонячний день озорюi небо i мiсцевiсть навкруги на десятки кiлометрiв i видаi оглушливий звук, що нагадуi грозовi розкати. Цей звук чутний на вiдстанi десяткiв кiлометрiв. Слiдом за спалахом при повiтряному вибуху утворюiться вогняна куля (при наземному - пiвкуля). Швидко збiльшуючись у розмiрах, вогняна куля пiднiмаiться, перетворюiться у хмару, форма якого нагадуi гриб.

Розподiл енергii мiж вражаючими факторами ядерного вибуху залежить вiд виду вибуху й умов, у яких вiн вiдбуваiться.

При ядерному вибуху дiють п'ять вражаючих факторiв: ударна хвиля, свiтлове випромiнювання, проникаюча радiацiя, радiоактивне зараження i електромагнiтний iмпульс.

При вибуху атомноi зброi в атмосферi приблизно 50% енергii вибуху витрачаiться на утворення ударноi хвилi (УХ), 35% - на свiтлове випромiнювання (СВ), 4% - на проникаючу радiацiю (ПР), 10% - на радiоактивне зараження (РЗ) i 1% на електромагнiтний iмпульс (ЕМРЖ).

Для нейтронного вибуху характернi тi ж вражаючi фактори, але по-iншому розподiляiться енергiя вибуху: 40% - на утворення УХ, 25% - на СВ, 30% - на утворення - ПР, 5% - на РЗ.

Розглянемо вражаючi фактори ядерного вибуху.

Ударна хвиля (УХ)

Ударна хвиля - основний фактор вражаючоi дii, являi собою область сильно стиснутого повiтря, що рухаiться з надзвуковою швидкiстю в усi сторони вiд центру вибуху. Вона утворюiться за рахунок колосальноi енергii, видiлюваноi у зонi реакцii, де винятково висока температура, а тиск досягаi мiльярдiв атмосфер (до 105 млрд. Па).

Основнi параметри ударноi хвилi це: надлишковий тиск у фронтi ударноi хвилi, тиск швидкiсного напору, тривалiсть дii хвилi.

Надлишковий тиск у фронтi ударноi хвилi - це рiзниця мiж максимальним тиском у фронтi ударноi хвилi i нормальним атмосферним тиском Ро перед цим фронтом.

Одиниця надлишкового тиску - паскаль (Па) або кiлограм - сила на квадратний сантиметр (кгс/см2):

1 Па = 0,0001 кПа;

1 кПа = 1000 Па = 0,01 кгс/см2,

1 кгс/см2 = 98,1 кПа або 1 кгс/см2 = 100 кПа.

Легкi ураження виникають при надлишковому тиску у фронтi ударноi хвилi вiд 20 до 40 кПа, середнi - вiд 40 до 60 кПа, важкi й дуже важкi - вiдповiдно вiд 60-100 кПа i бiльше 100 кПа.

Ударна хвиля уражаi незахищених людей, руйнуi або пошкоджуi будинки, технiку i виробниче устаткування. Люди можуть постраждати вiд уламкiв будинкiв, що руйнуються, летячих каменiв, осколкiв скла i т.д.

Ступiнь ураження i руйнування вiд ударноi хвилi залежить вiд потужностi боiприпасiв, виду i вiдстанi вiд центру (епiцентру) вибуху, положення людей, будинкiв, технiки пiд час впливу ударноi хвилi, рельiфу мiсцевостi i т.д.

При повiтряному ядерному вибуху на людину, що стоiть, в якого площа сприймаючоi поверхнi 5000 см2, ударна хвиля з надлишковим тиском 0,5 кГ/см2 дii з силою бiльше 2500 кГ, а швидкiсть проходження ii 2 км - за 4 сек, 5 км - за 9 сек, а 10 км - за 22 сек.

Свiтлове випромiнювання

Свiтлове випромiнювання являi собою потiк променистоi енергii, що виникаi при ядерному вибуху. Температура повiтря свiтноi областi ядерного вибуху коливаiться вiд мiльйонiв градусiв на початку свiтiння до декiлькох тисяч наприкiнцi його. Свiтлове випромiнювання поширюiться миттiво i дii короткочасно.

Яскравiсть свiтлового випромiнювання набагато сильнiша сонячного, а вогняна куля, що утворилася, при ядерному вибуху, помiтна на сотнi кiлометрiв.

Свiтлове випромiнювання ядерного вибуху - це електромагнiтне випромiнювання оптичного дiапазону у видiмiй, ультрафiолетовiй i iнфрачервонiй областях спектра. Джерелом свiтлового випромiнювання i вогняна куля, яка виникаi при ядерному вибуху. До ii складу входять розжаренi продукти вибуху i повiтря. РЖз вогняноi кулi випромiнюiться дуже велика кiлькiсть променевоi енергii. Внаслiдок цього опромiнюванi предмети дуже швидко нагрiваються, обвуглюються або загоряються, а в живих тканинах виникають опiки рiзних ступенiв.

Основним параметром, що визначаi уражуючу дiю свiтлового випромiнювання ядерного вибуху, i свiтловий iмпульс - це кiлькiсть свiтловоi енергii, яка припадаi на 1 м2 освiтлюваноi поверхнi, розташованоi перпендикулярно до напрямку розповсюдження випромiнювання. У системi СРЖ свiтловий iмпульс вимiрюiться в джоулях на квадратний метр (Дж/м ); тривалiсть свiтлового iмпульсу вимiрюiться в секундах i залежить вiд потужностi ядерного боiприпасу. Свiтловий iмпульс зменшуiться зi збiльшенням вiдстанi вiд центру вибуху i стану атмосфери внаслiдок розсiювання i поглинання промiння.

Дощ, снiг, туман, дим поглинають свiтлове випромiнювання, знижують його потужнiсть i уражуючу силу в декiлька разiв.

Свiтлове опромiнювання при безпосереднiй дii викликаi опiки вiдкритих частин тiла, тимчасове ослiплення й опiки вiд полум'я палаючих будiвель, споруд, рослинностi, палаючоi або тлiючоi одежi. Незалежно вiд причини виникнення за важкiстю травмування органiзму людини опiки розрiзняють 4-х ступенiв.

Опiк першого ступеня отримують люди при потужностi свiтлового iмпульсу вiд 100 до 200 кДж/м2. При цьому виникаi почервонiння шкiри, припухлiсть мiсць опiку. Люди не втрачають працездатностi, спецiального лiкування не потребують. Опiки загоюються швидко.

Опiк другого ступеня люди отримують при потужностi свiтлового iмпульсу вiд 200 до 400 кДж/м2. При цьому на шкiрi утворюються пухирi, наповненi рiдиною. Люди втрачають працездатнiсть i потребують лiкування.

Опiк третього ступеня люди отримують при потужностi свiтлового iмпульсу вiд 400 до 600 кДж/м. При цьому вiдбуваiться повне порушення шкiрного покрову по всiй його товщинi, виникають виразки. Якщо не робити пересадку шкiри, то на мiсцях опiкiв утворюються шрами.

Опiк четвертого ступеня люди отримують при потужностi свiтлового iмпульсу бiльше 600 кДж/м. При цьому омертвляiться пiдшкiрна клiтковина, вiдбуваiться обвуглення. Люди, якi отримали опiк 4-го ступеня, потребують тривалого лiкування, можлива смерть.

Небезпечнiсть опiкiв для життя залежить вiд розмiру ураженоi площi тiла. Наприклад, опiк 1-го ступеня по всьому тiлу може бути не безпечнiшим, нiж опiк 3-го ступеня на малiй дiлянцi.

Ураження очей свiтловим випромiнюванням можливе трьох видiв:

- тимчасове ослiплення, яке може тривати до 30 хв.;

- опiки очного дна, якi виникають на великих вiдстанях, якщо дивитись на вогняну кулю ядерного вибуху;

- опiки рогiвки очей i повiк, якi виникають на тих же вiдстанях, що i опiки шкiри.

Внаслiдок дii свiтлового опромiнення ядерного вибуху на матерiали вiдбуваiться iх плавлення, жолоблення, обвуглення або загоряння. Через свiтлове опромiнювання i вториннi фактори ядерного вибуху можуть виникнути пожежi на пiдприiмствах i в населених пунктах. Особливо швидко загоряються папiр, суха трава, солома, сухе листя, деревянi будiвлi, пиломатерiали, горючi гази, паливнi матерiали.

В осередку ядерного ураження виникають три зони пожеж: зона пожеж в завалах, зона суцiльних пожеж i зона окремих пожеж.

Зона пожеж в завалах розповсюджуiться на всю територiю зони повних зруйнувань i на частину зони сильних зруйнувань. Для цiii територii характерним i тривале тлiння i горiння в завалах, яке може продовжуватись до кiлькох дiб. Внаслiдок неповного згоряння маi мiсце сильне задимлення, видiлення токсичних речовин. У цiй зонi пiдвищена температура задимленого повiтря, в якому наявний окис вуглецю. Вдихання продуктiв згоряння з невеликою домiшкою окиси вуглецю i нагрiтих до температури 50-60 оС призводить до загибелi людей.

На територii зони суцiльних пожеж пiд дiiю свiтлового iмпульсу виникають пожежi в бiльшiй частинi будiвель. Через 1-2 години вогонь розповсюджуiться на бiльшiсть будiвель i виникаi суцiльна пожежа. Зона суцiльних пожеж розповсюджуiться на бiльшу частину територii зони сильних руйнувань, на всю територiю середнiх руйнувань i на частину територii зони слабких руйнувань.

Можливе виникнення вогняного шторму, який викликаiться ураганним вiтром, спрямованим до центру пожежi, стовп вогню пiдiймаiться на висоту до 5 км. Виникненню вогняного шторму сприяють щiльна забудова, розтiкання горючих рiдин на площi бiльше 100 га, вiдсутнiсть вiтру i вологiсть повiтря менша 30%, наявнiсть в житлових кварталах дерев'яних будiвель. Зона окремих пожеж розповсюджуiться на частину територii зони слабких руйнувань i виходить за межу цiii зони i закiнчуiться на мiсцевостi, де потужнiсть свiтлового iмпульсу становить 100 кДж/м i менше. На територii зони окремих пожеж вони виникають в окремих будiвлях. У цiй зонi i можливiсть швидкоi органiзацii гасiння пожеж i проведення рятувальних та iнших невiдкладних робiт.

Надiйним захистом вiд свiтлового вопромiнювання ядерного вибуху i будь- яка непрозора перепона на шляху поширення свiтлових променiв.

Проникаюча радiацiя (ПР)

Проникаюча радiацiя - потiк гамма-променiв i нейтронiв, що випускаються у момент ядерного вибуху. Вона дуже небезпечна для незахищених людей i тварин.

Проникаюча радiацiя дii усього 10-15 сек пiсля вибуху. Однак i цього досить, щоб викликати в незахищених людей i тварин важке захворювання, називане променевою хворобою.

При вибуху ядерного боiприпасу дii дуже потужне радiоактивне опромiнювання, яке в своiму складi маi альфа-, бета-, гама- i нейтронне випромiнювання, iх загальна схожiсть - можливiсть iонiзувати атоми i молекули речовини, в якiй вони розповсюджуються.

Альфа-випромiнювання - це потiк а-частинок з початковою швидкiстю 20000 км/с. При а-розпадi з ядра вилiтаi порiвняно важка а-частинка - ядро атома гелiю. Енергiя а-частинки, що вилетiла, досить висока - 5-10 МЕВ - майже в мiльйон разiв бiльша вiд енергii електрону в атомi. У зв'язку з цим а-частинки, проходячи через речовину, приводять в нiй до значних змiн внаслiдок iонiзацii i збудження атомiв.

a-частинка взаiмодii з речовиною найефективнiше тому, що маi великий заряд i малу швидкiсть. Внаслiдок цього великою i ii iонiзацiйна можливiсть, а проникаюча радiацiя незначна. Надiйним захистом вiд а-частинок при зовнiшньому опромiненнi i одяг людини.

Бета-випромiнювання - це потiк Я-частинок. Я-частинкою називаiться електрон або позитрон, який випромiнюi енергiю, його швидкiсть близька до швидкостi свiтла - 300000 км/с, iх заряд менший, а швидкiсть бiльша, нiж у а- частинок. У зв'язку з цим Я-частинки мають меншу iонiзуючу i бiльшу проникаючу здатнiсть, нiж а-частинки.

Я-частинки повнiстю поглинаються вiконними й автомобiльними заскленнями i металевими екранами товщиною в декiлька мiлiметрiв. Одяг людини поглинаi близько 50% Я-частинок. Оскiльки а- i Я-випромiнювання мають невелику здатнiсть, вони бiльш небезпечнi при попаданнi в органiзм людини або безпосередньо на шкiру, особливо в очi.

Гамма-випромiнювання - це електромагнiтне випромiнювання, яке видiляiться ядрами атомiв при радiоактивних перетвореннях, у-випромiнювання супроводжуiться Я-розпадом, а деколи а-розпадом. За своiю природою у-випромiнювання подiбне до рентгенiвського. Воно маi значно бiльшу енергiю (менша довжина хвилi), яка випускаiться окремими порцiями (квантами) i розповсюджуiться зi швидкiстю свiтла - 300000 км/с. Гамма кванти не мають електричного заряду. У зв'язку з цим iонiзуюча можливiсть у-випромiнювання значно менша, нiж у бета- i альфа-частинок. Поряд з цим у-випромiнювання маi найбiльшу проникаючу здатнiсть i i основним фактором уражаючоi дii радiоактивних випромiнювань.

Нейтронне випромiнювання i потоком нейтронiв. Швидкiсть розповсюдження нейтронiв досягаi 20000 км/с. Нейтрони не мають електричного заряду, тому легко проникають в ядра атомiв i захоплюються ними. Нейтронне випромiнювання маi сильну вражаючу дiю при зовнiшньому опромiнюваннi.

Бiологiчна ефективнiсть нейтронiв у кiлька разiв бiльша ефективностi гамма- променiв.

Вплив на органiзм iонiзуючого опромiнення призводить до складних хiмiчних, фiзичних i бiологiчних процесiв.

Пiд впливом опромiнення вода органiзму розкладаiться на водень (Н) i гiдроксильну групу (ОН), що утворюють оксид НО2 i перекис водню Н2О2 - продукти з високою хiмiчною активнiстю. Вступаючи в реакцiю з молекулами бiлка, ферментiв та iнших структурних елементiв тканини, вони руйнують ii. У результатi цього уповiльнюiться i зупиняiться зростання тканини, порушуються обмiннi процеси, пригнiчуiться активнiсть ферментних систем, з'являються токсини - хiмiчнi сполуки, не властивi органiзму, що порушують життiдiяльнiсть окремих функцiй i систем органiзму.

Радiоактивнi речовини, потрапляючи в органiзм людини, переважно уражають тi тканини й органи, в яких вiдкладаються: стронцiй - у кiстках, цезiй - у м'язах, уран i плутонiй - у печiнцi, нирках, товстому кишечнику, йод - у щитовиднiй залозi.

Основним параметром, який характеризуi дiю ядерного випромiнювання, i доза опромiнювання (доза радiацii). Доза прямо пропорцiйна iнтенсивностi випромiнювання i тривалостi його дii.

Доза опромiнення - це енергiя, поглинена 1 см2 або 1 г речовини i витрачена на iонiзацiю i збуджування середовища. Розрiзняють експозицiйну, поглинену й еквiвалентну дози випромiнювання.

Експозицiйна доза - це доза випромiнювання у повiтрi. Вона характеризуi потенцiйну небезпеку впливу iонiзуючих випромiнювань при загальному i рiвномiрному опромiненнi тiла людини. У системi одиниць СРЖ вимiряiться в кулонах на кiлограм (Кл/ кг). Несистемною одиницею i рентген (Р).

1 рентген (1 Р) - це доза гамма-випромiнювання, при якiй у 1 см сухого повiтря при температурi 0 В°С i тиску 760 мм рт. ст. утворюiться 2,08 млрд. пар iонiв.

Поглинена доза бiльш точно характеризуi вплив iонiзуючих випромiнювань на бiологiчнi тканини. У системi одиниць СРЖ вона вимiряiться у греях (Гр).

1 Гр - це поглинена доза, при якiй 1 кг речовини, що опромiнюiться, поглинаi енергiю в 1 Дж, звiдси 1 Гр = 1 Дж/кг. Несистемна одиниця - рад.

Доза в 1 рад означаi, що у кожному грамi речовини, що пiдлягала опромiненню, поглиненi 100 ерг енергii. Цiiю дозиметричною одиницею можна користуватися для вимiру доз будь-якого виду випромiнювань у будь-якому середовищi.

1 рад = 10" Гр або 1 Гр = 100 рад; 1 рад = 1,14 Р або 1 Р = 0,87 рад.

Для оцiнки бiологiчноi дii iонiзуючих випромiнювань використовуiться еквiвалентна доза. Во дорiвнюi добутку поглиненоi дози на коефiцiiнт якостi (К).

У системi СРЖ як еквiвалентну дозу використовують зiверт (Зв), несистемною одиницею i бiологiчний еквiвалент рада (бер):

1
Зв = 100 бер = 1 Гр X К.

Розрiзняють чотири ступенi променевоi хвороби: перший (легкий), другий (середньоi ваги), третiй (важкий) i четвертий (дуже важкий).

Вместе с этим смотрят:

Безопасность Республики Беларусь в военной сфере

Боевая служба временного розыскного поста

Вклад М.В. Фрунзе в развитие советской военной стратегии, оперативного искусства и тактики

Военно-транспортный самолёт Ил-76

Военнослужащий тАФ специалист, в совершенстве владеющий оружием и военной техникой