124- Безопасность жизнедеятельности_Абрамов В.В_2013 -365с. Учебное пособие для вузов СанктПетербург 2013 2 В. В. Абрамов безопасность жизнедеятельности
 Скачать 3.07 Mb.
|
|
Раздел четвёртый ЧРЕЗВЫЧАЙНЫЕ СИТУАЦИИ СОЦИАЛЬНОГО ХАРАКТЕРА 16. ОРУЖИЕ МАССОВОГО ПОРАЖЕНИЯ Оружие массового поражения (ОМП) предназначается для нанесения массовых потерь и разрушений. К существующим видам ОМП относятся ядерное и термоядерное оружие, химическое оружие, бактериологическое оружие. Поражающие факторы оружия массового поражения, как правило, продолжают наносить урон в течение длительного времени. От ОМП страдают как вооруженные силы, так и мирное население. Мировая общественность обсуждает два аспекта проблемы, связанной с ОМП. С одной стороны, называются несколько государств (например, 98 Иран, Северная Корея) с, так называемым, неустойчивым политическим строем, где вероятно применение оружия массового поражения для решения собственных политических проблем. С другой стороны, стремление различного рода экстремистских сил к обладанию и применению ОМП не вызывает ни у кого сомнения. Известен пример применения химического оружия в экстремистских целях. 20 мая 1995 года на пяти станциях токийской подземки был распылен нервно-паралитический газ зарин. Погибли 12 человек, тысячи пострадали. В результате обысков в офисах секты «Аум Сенрикё» были обнаружены вещества для изготовления газа. В последующие годы были задержаны около 200 членов секты, которые обвинялись в различных насильственных преступлениях. Эти обстоятельства актуализируют предлагаемую вниманию тему. Кроме того, до сих пор не обеспечена гарантия невывода оружия – в том числе и ядерного – в космос. Существует потенциальная угроза создания и распространения ядерных зарядов малой мощности. Кроме того, в средствах массовой информации, в экспертных кругах уже обсуждаются планы использования межконтинентальных баллистических ракет с неядерными боеголовками. Пуск такой ракеты может спровоцировать неадекватную реакцию со стороны ядерных держав, включая полномасштабный ответный удар с использованием стратегических ядерных сил. 16.1 Ядерное и термоядерное оружие Ядерное и термоядерное оружие основано на использовании колоссальной энергии, сопровождающей деление или синтез ядер атомов некоторых химических элементов. Физические принципы, лежащие в основе этих процессов различны, но последствия применения оружия (с учетом энергетических различий) близки, что позволяет рассматривать ядерное и термоядерное оружие в одном разделе. 16.1.1 Ядерные реакции Наиболее эффективным методом деления ядер является бомбардировка их нейтронами, т.к. последние не несут электрического заряда и поэтому могут свободно проникать в ядра. При бомбардировке нейтронами ядер атомов тяжелых элементов (урана и других) во многих случаях происходит мгновенное расщепление ядра, чаще всего на две части. Одновременно наблюдается испускание внутриядерной энергии в виде кинетической энергии осколков α- и β-частиц, а в ряде случаев и нейтронов. Деление ядер атомов урана (рис. 16.1) сопровождается испусканием нескольких новых свободных нейтронов, которые, в свою очередь, способны вызвать деление других ядер. Эта реакция деления при определенных условиях может протекать самостоятельно, стоит только ее начать. Такая самоподдерживающаяся ядерная реакция деления называется цепной. 99 Чтобы реакцию деления ядер урана-235 или плутония-239 (цифра обозначает массовое число конкретного изотопа элемента) осуществить как цепную, нужно взять достаточно большой кусок чистого вещества: Рис. 16.1 Схема цепной реакции деления ядер 235 U Заштрихованные кружки изображают так называемые “осколки” деления. В большом куске урана цепной процесс деления большинства ядер осуществляется почти мгновенно, всего за 2 – 3 микросекунды, в течение которых в весьма малом объеме выделится огромное количество ядерной энергии. В результате получится взрыв колоссальной силы, называемый ядерным. Предельное количество энергии, которое может выделиться в ядерном взрыве 1 кг 235 U при делении всех его ядер, приблизительно равно энергии взрыва 20 тыс. тонн взрывчатого вещества — тротила (тринитротолуола, тола). Однако фактически энергии выделяется значительно меньше, так как не весь уран успевает прореагировать, и часть его разбрасывается. В малых кусках 235 U цепная реакция невозможна. Если даже ее начать, то она тотчас же затухнет, т.к. большая часть вторичных нейтронов вылетит за пределы куска, не успев столкнуться с новыми ядрами и вызвать их деление. (Это объясняется тем, что ядра занимают в веществе ничтожно малую часть объема.) Кроме того, часть нейтронов не участвует в делении, так как они захватываются ядрами атомов примесей и самого урана без деления. Если размеры куска урана, в котором происходит деление, увеличивать, то пробег нейтронов в веществе возрастает, отчего шансы его столкнуться с ядром и произвести деление увеличиваются. Поэтому при увеличении размеров куска урана относительная потеря нейтронов за счет утечки их наружу уменьшается, и при некотором объеме куска наступает момент, когда начавшаяся реакция будет развиваться дальше самопроизвольно. Наименьшая масса вещества, в которой начатая реакция в дальнейшем нарастает, называется критической массой. Боевой заряд разделён на докритические массы, самопроизвольное или 100 несанкционированное соединение которых невозможно (конструктивно и технически это сделано так). Стоит только соединить куски урана, в сумме имеющие массы больше критической, как моментально, микросекунды, произойдет реакция со взрывом. Следует иметь в виду, что достижения современной технологии очистки делящихся материалов от примесей столь велики, что критические массы уменьшились до таких размеров, что ядерные боезаряды стало возможным помещать в артиллерийские снаряды и компактные переносные фугасы. 16.1.2 Термоядерные реакции Особым видом ядерных реакций являются реакции синтеза атомных ядер изотопов водорода - дейтерия 2 D и трития 3 T: 2 D + + 3 T + = 4 He 2+ + n 4 He 2+ - ядро атома гелия (α-частица); n – нейтрон. При протекании такой реакции может выделиться энергия в тысячи раз большая, чем при распаде ядер. Чтобы слияние каких-либо двух ядер стало возможным, необходимо преодолеть значительные силы электростатического отталкивания, действующие между ядрами. Только тогда, когда ядра сблизятся настолько, что вступят в действие силы ядерного притяжения, произойдет их слияние. Как заставить атомные ядра сближаться настолько тесно, чтобы ядерные силы вступали в действие и образовывали более тяжелые ядра, а также каким способом сообщить ядрам необходимые для этого колоссальные скорости? Можно, оказывается, воспользоваться вечным тепловым движением частиц вещества. Известно, что скорость частиц в этом движении растет с температурой, поэтому, нагревая какое-либо вещество, в принципе можно сообщить его частицам такие же большие скорости, как и в ускорителе. Сталкиваясь друг с другом благодаря тепловому движению, частицы смогут преодолевать силы электрического отталкивания и соединяться. При обычных температурах, при которых мы живем, средняя скорость теплового движения молекул водорода около 1,8 км/сек. При таких скоростях сближение частиц до слияния их ядер невозможно, т.к. имеющейся энергии недостаточно для преодоления сил электрического отталкивания. Температуры, измеряемые десятками и даже сотнями тысяч градусов, тоже еще не дают нужных скоростей. И только при температурах в несколько миллионов градусов, когда средние скорости ядер водорода достигают нескольких сот километров в секунду, отдельные столкновения наиболее быстрых из них заканчиваются слиянием. Наконец, при температуре в десятки и сотни миллионов градусов уже многие столкновения между ними ведут к ядерным превращениям. При таких сверхвысоких температурах атомы водорода, гелия и т.д. оказываются полностью ионизированными, их ядра лишены электронных 101 оболочек и существуют как бы в “голом” виде. Ядра и вырванные из атомов электроны образуют своеобразный электронно-ядерный газ, называемый горячей плазмой, с очень высокой плотностью. Все частицы этой плазмы движутся с огромными скоростями и часто сталкиваются между собой. Термоядерные реакции — это реакции синтеза, т.е. образования относительно тяжелых и сложных ядер из более простых и легких. Практическое осуществление термоядерных реакций стало возможным лишь после овладения цепными реакциями деления тяжелых ядер взрывного типа. Необходимые для начала термоядерной реакции сверхвысокую температуру и давление оказалось возможным получить с помощью ядерного взрыва. Цепная реакция деления дает начало реакции синтеза ядер гелия из водорода. От этого, в свою очередь, выделяется теплота и повышается без того высокая температура. Скорость термоядерной реакции и количество тепла резко увеличивается, что ведет к дальнейшему лавинообразному ускорению реакции и, в конечном счете — к мощному термоядерному взрыву. Продолжительность реакции составляет около 40 микросекунд при температуре 20 млн.°С и сокращается примерно до 1 микросекунды с повышением температуры до 200 млн.°С. Величина выделяющейся при этой реакции энергии равна 1,5 млрд. кДж на каждый грамм гелия, что примерно в 5 раз больше той энергии, которая выделяется при полном делении одного грамма урана или плутония. 16.1.3 Ядерные боеприпасы Принципы устройства ядерных боеприпасов Оружие, действие которого основано на использовании ядерной (атомной) энергии, называют ядерным (атомным). Термоядерное оружие— это оружие, основанное на термоядерных реакциях синтеза легких атомных ядер при очень высоких температурах. Водородное оружие основано на термоядерной реакции, в которой участвует тяжелый водород (дейтерий) и сверхтяжелый водород (тритий). Впервые ядерное оружие практически применено американцами в августе 1945 года, когда ими были сброшены атомные бомбы на население японских городов Хиросима и Нагасаки. В результате около трехсот тысяч человек стали жертвой чудовищного преступления против человечества. Заряд ядерного вещества с особым устройством, с помощью которого в нужный момент можно вызвать ядерную реакцию, сопровождающуюся мгновенным выделением внутриядерной энергии, принято называть ядерной бомбой. На рис. 16.2 показана первая советская атомная бомба вместе с её создателем акад. Ю.Б. Харитоном 102 Рис. 16.2 Атомная бомба Ядерный взрыв осуществляется путем перевода заряда из докритического состояния в критическое, точнее, в сверхкритическое. До момента взрыва общий заряд в бомбе разделен на несколько частей. Величина каждой части меньше критической, что исключает преждевременный взрыв в каждой из них. Чтобы осуществить взрыв, нужно соединить все части заряда. Сближение частей должно происходить очень быстро, чтобы за счет энергии, выделяемой в начале ядерной реакции, не успели бы разлететься еще не прореагировавшие части заряда.От этого зависит количество ядер, разделившихся в результате цепной ядерной реакции, а, следовательно, и мощность взрыва. При сближении масс ядерного заряда цепная реакция начинается не в момент их соприкосновения, а в момент, когда они еще разделены небольшим промежутком. При медленном сближении масс вследствие перегрева они могут разрушиться и разлететься в разные стороны — бомба разрушится, не взорвавшись. Поэтому необходимо сократить по времени период сближения, сообщая большую скорость соединяющимся массам. Для соединения частей заряда в бомбе можно использовать действие обычного взрывчатого вещества. Чтобы увеличить степень использования делящегося вещества при ядерном взрыве, его окружают отражателем нейтронов и помещают в оболочку из плотного материала. Наиболее эффективными отражателями нейтронов являются бериллий, тяжелая вода, 103 графит. Для обеспечения безотказного действия ядерного заряда и ускорения развития цепной ядерной реакции, а, следовательно, для повышения коэффициента использования ядерного горючего в боезарядах обычно применяются искусственные источники нейтронов. Источники нейтронов включаются в момент соединения частей заряда и интенсивно облучают их нейтронами. В термоядерном заряде происходят последовательно две реакции: вначале подрывается ядерный заряд (реакция деления), а затем под влиянием чрезвычайно высокой температуры идет соединение ядер атомов легких элементов. Такой термоядерный заряд основан на принципе «деление— синтез». Реакция синтеза сопровождается выделением большого количества быстрых нейтронов, энергия которых достаточна для деления ядер атомов урана-238. Эта особенность реакции используется для конструкции термоядерного заряда, имеющего оболочку из урана-238. В таком заряде происходят последовательно три реакции: деление ядер урана-235 или плутония-239, соединение ядер атомов легких элементов и деление урана- 238, т.е. заряд основан на принципе «деление—синтез—деление». Рис.16.3 Схема устройства термоядерного заряда: а — на принципе «деление-синтез»; б — на принципе «деление-синтез-деление» Применение урана-238 в качестве оболочки позволяет создавать термоядерные заряды различной мощности. 16.1.4 Виды ядерных боеприпасов и средства доставки их к цели Мощность ядерных боеприпасов определяется количеством освобождающейся при взрыве энергии. Эту энергию принято измерять величиной тротилового эквивалента, т.е. количеством взрывчатого вещества тротила, при взрыве которого выделяется столько же энергии, что и при взрыве ядерного боеприпаса. Ядерные боеприпасы в зависимости от их мощности условно разделяют 104 на боеприпасы малого калибра — с тротиловым эквивалентом до 15 тыс. тонн, среднего — от 15 тыс. до 100 тыс. т и крупного — более 100 тыс. т. Ядерные боеприпасы мощностью свыше 500 тыс. т в ряде случаев называют боеприпасами сверхкрупного калибра. В зависимости от боевой задачи, характера цели и места ее расположения могут применяться ядерные боеприпасы различной мощности и соответственно разные средства их доставки. Так, для нанесения ядерных ударов по таким крупным объектам, как города, промышленные районы, военно-воздушные и военно-морские базы, могут быть применены ядерные заряды большой мощности, доставляемые к месту взрыва мощными ракетами и тяжелыми бомбардировщиками. Для поражения войск в районах сосредоточения, ракетных позиций, аэродромов, кораблей наиболее эффективны ядерные боеприпасы средних калибров. Для доставки их к цели возможно использование войсковых ракетных установок, бомбардировщиков и истребителей-бомбардировщиков. Для доставки боеприпасов малого калибра, предназначенных для уничтожения более мелких целей, могут применяться ствольная артиллерия большой мощности и самолеты. Исходя из всего этого в настоящее время ядерными зарядами снаряжаются головные части ракет, авиационные бомбы, торпеды, крупнокалиберные артиллерийские снаряды. Развивающиеся сейчас во многих странах космические войска могут вывести на околоземную орбиту спутники, имеющие на борту ядерные или термоядерные заряды с системами высокоточного наведения. Ядерные заряды могут применяться также в виде фугасов и использоваться в своих целях диверсионными, экстремистскими силами. Оценивая различные средства доставки ядерных зарядов по их дальности, быстроте нанесения ударов, противодействию сложным метеорологическим условиям и противовоздушной обороне, следует отметить, что решающее преимущество имеют ракеты. С помощью ракет быстро и почти независимо от условий боевой обстановки можно доставить ядерный заряд к цели. Авиация, в частности, бомбардировщики, по-прежнему остается одним из главных средств доставки ядерных боеприпасов. Большие и предельно низкие высоты полета современных самолетов, сверхзвуковые скорости, большой запас горючего, а также применение дозаправки самолетов в воздухе позволяют авиации выборочно поражать цели. Артиллерийские средства обладают значительной точностью попадания, они способны поражать сравнительно малые цели на небольших расстояниях. Разработаны ядерные боеприпасы к артиллерийским системам калибра 280, 203,2, 155 мм и другим. Ядерные фугасы можно устанавливать в заранее заданном месте или же доставлять к месту взрыва диверсионными группами. Мощность ядерного 105 фугаса составляет около 4 тыс. тонн тротила. В настоящее время в России существенно повышается оснащенность стратегических ядерных сил современными самолетами дальней авиации, подводными лодками и пусковыми установками Ракетных войск специального назначения. В ближайшее время в состав ВМФ России войдут две новые атомные субмарины со стратегическим оружием на борту. Они оснащены новыми ракетными комплексами «Булава», которые вместе с комплексом «Тополь-М» станут основой стратегических сил сдерживания (шахтным «Тополем-М» уже оснащены пять полков Ракетных войск стратегического назначения и начинает распространяться и его подвижной вариант). Успешно ведутся работы по созданию уникальных комплексов высокоточного оружия и боевых маневренных блоков, не имеющих для потенциального противника предсказуемой траектории полета. Наряду со средствами преодоления систем противоракетной обороны, которые в России уже есть, новые виды вооружений позволяют сохранять России то, что безусловно является одной из самых существенных гарантий прочного мира, а именно – сохранить стратегический баланс сил. 16.1.5 Поражающие факторы ядерного взрыва В зависимости от задач, решаемых применением ядерного оружия, характера и местонахождения объектов ядерных ударов, ядерные взрывы могут осуществляться в воздухе на различной высоте, у поверхности земли (воды) и под землей (водой). Соответственно этому различают воздушный, наземный (надводный) или подземный (подводный) взрывы. К воздушным ядерным взрывам относятся взрывы в воздухе на такой высоте, когда светящаяся область взрыва не касается поверхности земли (воды). Такого рода взрывы могут применяться для разрушения городских и промышленных зданий, для поражения людей и техники на поле боя, для поражения самолетов на аэродромах. Воздушные взрывы в этих случаях могут производиться на высоте нескольких сотен и тысяч метров над землей (низкий воздушный взрыв). Воздушный ядерный взрыв может быть применен для поражения летящих самолетов и самолетов-снарядов, ракет. В этом случае взрыв будет произведен на больших высотах над поверхностью земли (высокий ядерный взрыв). К наземным (надводным) ядерным взрывам относятся взрывы на поверхности земли или воды или же в воздухе на небольшой высоте, когда светящаяся область касается поверхности земли (воды). Наземный (надводный) взрыв может, применяться для разрушения различных наземных сооружений, аэродромов, железнодорожных узлов, убежищ тяжелого типа, а также для поражения надводных кораблей. Такой взрыв может быть произведен на высоте нескольких десятков метров над землей (водой) или непосредственно у поверхности земли (воды). Точку на поверхности земли (воды), над которой произошел взрыв, называют эпицентром взрыва. 106 Подземный ядерный взрыв может применяться для разрушения особо прочных подземных сооружений, аэродромов, подземных заводов и складов. Наземный или подземный взрыв иногда может быть применен также для заражения местности в тылу противника радиоактивными веществами. Подводный ядерный взрыв может быть применен для поражения подводных лодок, надводных кораблей и для разрушения разного рода гидротехнических сооружений. Для уничтожения баллистических ракет на очень больших высотах и в космическом пространстве также могут быть использованы ядерные заряды. Такого рода ядерные взрывы можно отнести к космическим. Наблюдаемые при ядерном взрыве явления в значительной мере зависят от вида взрыва. |