Курсовая работа: Ядерное оружие и его поражающее действие

Курсовая работа: Ядерное оружие и его поражающее действие

Тема: "Ядерное оружие и его поражающее действие"

Содержание

Введение

1. Принцип устройства ядерных боеприпасов

1.1 Ядерное оружие. Назначение, средства доставки. Тротиловый эквивалент

1.2 Виды ядерных взрывов

2. Поражающие факторы ядерного взрыва

2.1 Воздушная ударная волна ядерного взрыва

2.2 Световое излучение ядерного взрыва

2.3 Толщина слоев половинного ослабления

2.4 Радиоактивное заражение при ядерных взрывах

2.5 Электромагнитный импульс

2.6 Взгляды иностранных специалистов на применение ядерного оружия

3. Характеристика загрязнения местности при разрушении предприятий атомной энергетики

Заключение

Введение

В 1945 году США первыми в мире произвели испытания ядерного оружия, применение его против населения японских городов Хиросима и Нагасаки. В 1952 году США первыми осуществили термоядерный взрыв, а в середине 50-х годов ввели в строй первую атомную подводную лодку с баллистическими ракетами в ядерном снаряжении. В конце 60-х годов они приступили к оснащению своих вооруженных сил межконтинентальными баллистическими ракетами с разделяющимися ядерными боеголовками.6 августа 1981 года, в день 36-8 годовщины атомной бомбардировки Хиросимы, президентом США было принято решение о полномасштабном производстве нейтронных боеприпасов.

Несмотря на то, что после Хиросимы и Нагасаки ядерное оружие не было пущено в ход, оно неоднократно использовалось правительством США для проведения политики шантажа и силового давления. В ряде случаев проводились приготовления к его практическому использованию. Так было в первый период войны в Корее, во Вьетнаме, во время Берлинского и Карибского Кризисов.

Сознавая огромную опасность, нависшую над человечеством, президент Казахстана выступил за его запрещение и уничтожение.

Согласно приказу Министра обороны Республики Казахстан на учебный год, каждый командир обязан глубоко и правильно понимать характер современного боя, грамотно решать вопросы подготовки, ведения и всестороннего обеспечения боевых действий сухопутных войск. Для этого необходимо изучить боевые свойства и возможности различных видов оружия массового уничтожения иностранных армий, средства и способы защиты от него.

1. Принцип устройства ядерных боеприпасов

1.1 Ядерное оружие. Назначение, средства доставки. Тротиловый эквивалент

Ядерным оружием навивается оружие, поражающее действие которого обусловлено энергией, освобождающейся при ядерном взрыве.

Источником энергии ядерного взрыва являются процессы, происходящие в ядрах атомов химических элементов. При различных превращениях ядер - разделении тяжелых ядер на две части (осколки) или соединении легких ядер - в течение весьма малого промежутка времени освобождается огромное количество энергии, называемой ядерной энергией. Так, при делении всех ядер атомов, находящихся в 1 г урана-235, освобождается такое же количество энергии, как при взрыве тротилового заряда массой 20 т.

Почти вся масса атома химического элемента сосредоточена в его ядре. Масса ядра определяется количеством нуклонов (протонов и нейтронов). Легкие ядра - ядра химических элементов с меньшим числом нуклонов (расположены в верхней части периодической системы Д.И. Менделеева), тяжелые - ядра химических элементов с большим числом нуклонов (расположены в нижней части периодической системы). Между нуклонами действуют особого рода силы - ядерные. Вследствие огромного превышения сил притяжения над силами отталкивания ядра большей части химических элементов чрезвычайно прочны. Прочность ядер характеризуется энергией связи. По своей величине энергия связи равна той работе, которую необходимо затратить, чтобы расщепить ядро на составляющие его нуклоны. Такое же количество энергии освобождается при образовании ядра из нуклонов.

В зависимости от типа ядерного заряда и характера происходящих взрывных реакций различают два основных вида ядерных боеприпасов:

атомные (ядерные) и термоядерные.

В атомных боеприпасах энергия взрыва получается в результате цепной реакции деления тяжелых ядер атомов вещества заряда - ядерного взрывчатого вещества (ЯВВ).

В качестве ядерного заряда в атомных боеприпасах используются плутоний-239, уран-235 и уран-233. Деление атомных ядер радиоактивных химических элементов может происходить самопроизвольно или при воздействии на них различных элементарных частиц.

В ядерных боеприпасах ядра атомов вещества заряда делятся при помощи нейтронов, которые сравнительно легко проникают в ядро атомов, и, поскольку они нейтральны, им не приходится преодолевать электрические силы отталкивания.

При определенной массе заряда (больше его критического значения) протекает цепная ядерная реакция деления атомных ядер в миллионные доли секунды, сопровождающаяся выделением огромного количества энергии.

Критическая масса - это такое количество ядерного вещества, находящегося в определенных условиях, в котором протекает самоподдерживающаяся реакция деления атомных ядер - процесс деления идет с постоянной скоростью. Критическая масса зависит от вида делящегося вещества, его чистоты и плотности, а также формы заряда.

Критическая масса урана-233 и плутония-239 при нормальной плотности и чистоте 93,5% составляет около 17 кг, а урана-235 - 48 кг. При увеличении примесей в делящемся веществе его критическая масса возрастает. Критическая масса уменьшается обратно пропорционально квадрату плотности делящегося вещества.

Основными частями ядерного боеприпаса являются: ядерное зарядное устройство (ядерный заряд), блок подрыва с предохранителями и источниками питания и корпус боеприпаса.

Есть два способа осуществления ядерного взрыва. Первый из них состоит в том, что до взрыва ядерное вещество заряда в боеприпасе разделено на отдельные части (куски), каждая из которых имеет массу меньше критической и, следовательно, нет условий для протекания ядерной реакции. Для взрыва необходимо быстро соединить отдельные части заряда в один кусок, размеры и масса которого больше критической.

Для соединения двух кусков заряда можно использовать выстрел одной части заряда в другую его часть, закрепленную в противоположном конце прочного металлического цилиндра, напоминающего орудийный ствол. Реакция деления инициируется от специального источника нейтронов. Такие заряды называют зарядами "пушечного" типа.

Второй способ предполагает сильное обжатие подкритической массы ядерного вещества, что повышает плотность вещества заряда и переводит систему в надкритическое состояние, так как критическая масса обратно пропорциональна квадрату плотности вещества.

Необходимое для этого обжатие можно получить с помощью взрыва обычного взрывчатого вещества, окружающего со всех сторон сферический ядерный заряд, в котором развивается цепная реакция деления. Такие заряды называют имплозивными

В термоядерных боеприпасах используются ядерные реакции синтеза (соединения) атомных ядер легких элементов дейтерия и трития. Условия для протекания реакции синтеза могут возникнуть при температуре в десятки миллионов градусов. Поскольку такую температуру удалось получить пока лишь в зоне цепной ядерной реакции, в качестве запального (инициирующего) устройства в термоядерных боеприпасах используются ядерные заряды деления.

В термоядерном боеприпасе вслед за взрывной реакцией деления, которая вызывает нагрев термоядерного горючего, происходит интенсивная реакция соединения ядер атомов дейтерия и трития, сопровождающаяся выделением огромного количества энергии. Ядерные заряды, в которых кроме реакции деления происходит реакция синтеза атомных ядер легких элементов, называются термоядерными зарядом типа "деление - синтез" (двухфазные). В таких зарядах, кроме плутония-239, урана-235 или урана-233, ядерным горючим является также смесь дейтерия и трития или соединение дейтерия с литием (дейтерид лития). При использовании дейтерида лития образование трития происходит в процессе самой реакции.

Термоядерная реакция сопровождается выделением нейтронов, обладающих очень большой энергией, - быстрых нейтронов. Такие нейтроны могут вызвать деление ядер урана-238, что позволяет создать заряды, в которых реакция синтеза используется как мощный источник быстрых нейтронов, обусловливающих деление большого числа ядер урана-238, из которого выполняется корпус заряда. В таких зарядах основная доля энергии образуется делением урана-238 - самого распространенного и дешевого ядерного вещества.

Ядерные заряды, энергия взрыва которых освобождается в результате трех ядерных реакций - реакции деления ядер урана или плутония в атомном заряде, реакции синтеза легких элементов термоядерного

Реакции деления ядер урана-238 быстрыми нейтронами, образующимися при реакции синтеза, - называют комбинированными зарядами или термоядерными зарядами типа "деление - синтез - деление" (трехфазные).

Следует подчеркнуть, что если мощность боеприпасов, в которых используется реакция деления тяжелых ядер, ограничена определенной величиной (порядка 100 кт), то применение реакции синтеза в термоядерных и комбинированных зарядах позволяет создать оружие практически с неограниченной мощностью.

Количество энергии, высвобождающейся при взрыве ядерного боеприпаса, определяет его МОЩНОСТЬ.

Мощность ядерного боеприпаса характеризуется его тротиловым эквивалентом, т.е. массой тротилового заряда (в тоннах или тысячах тонн - килотоннах), энергия взрыва которого равна энергии, выделяющейся при взрыве ядерного заряда.

В зависимости от мощности ядерные боеприпасы принято делить на пять диапазонов, сверхмалый - до 1 кт, малый - от 1до 10 кт, средний - свыше 10 до 100 кт, крупный - свыше 100 кт до I млн т и сверхкрупный - свыше 1 млн. т.

Основу ядерного боеприпаса составляет ядерный заряд, который в зависимости от характера происходящих в них реакций делится на следующие виды:

ядерный (атомный) боеприпас деления, энергия высвобождается при реакции деления;

термоядерный боеприпас - "деление-синтез", энергия высвобождается при реакции деления и синтеза;

комбинированные заряды типа "деление-синтез-деление" - энергия высвобождается в три стадии.

В последнее время на вооружение принят так называемый нейтронный заряд - это термоядерный заряд сверхмалой или малой мощности. Он представляет собой малогабаритный ядерный заряд пушечного или имплозивного типов, в котором содержится смесь дейтория и трития. При срабатывании нейтронного заряда в реакции деления участвует всего несколько граммов плутония-239. Их оказывается достаточно для инициирования термоядерной реакции синтеза дейтерия и трития. Поэтому при взрыве нейтронного заряда основная часть энергии выделяется при реакции синтеза в виде мощного потока сверхбыстрых нейтронов, а оставшаяся энергия, приходящаяся да образование ударной волны и светового излучения, оказывается недостающей.

Ядерное оружие включает различные боеприпасы (боевые части ракет и торпед, авиационные и глубинные бомбы, артиллерийские снаряды и мины), снаряженные ядерными зарядными устройствами, средства управления ими и доставки их к цели (носители).

К ним относятся:

Таблица 1. Тактические и оперативно-тактические ракеты

Таблица 2. Самолеты

Таблица 3. Характеристика средств применения нейтронных боеприпасов

1.2 Виды ядерных взрывов

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 разделяются на следующие виды: высотный, воздушный. наземный, надводный, подземный и подводный. Точка на поверхности земли (воды) над (пдд) которой произведен взрыв, называется эпицентром взрыва.

Воздушным ядерным взрывов называется взрыв, произведенный на такой высоте, при которой светящаяся область касается поверхности земли, но не выше 10 км.

Воздушные взрывы подразделяются на низкие и высокие.

Низкими воздушными взрывами называются взрывы" произведенные на высоте:

H = (3,5-10) 3Öq м,

где q - мощность взрыва в т.

Высокими воздушными взрывами называются взрывы, произведенные на высоте:

H = (10-15) 3Öq м,

где q где мощность взрыва в т., расчетная приведенная высота Н=12 м/т1/3.

При воздушных ядерных взрывая основными поражающими факторами являются; ударная волна; световое излучение и проникающая радиация. Радиоактивное заражение местности мало и не представляет серьезной опасности.

Высокий воздушный взрыв предназначен для нанесения поражения живой силе, расположенной на местности открыто или в мало-прочных укрытиях и повреждения большинства видов техники и вооружения. Характерными признаками ВЯВ является наличие разрыва между пылевым столбом и облаком взрыва.

Низкий воздушный взрыв предназначается для нанесения поражения живой силе, которая находится в прочных укрытиях, в тяжелых и средних танках и для повреждения техники и вооружения. Характерным признаком НЯВ является соединение пылевого столба с облаком взрыва в процессе формирования.

Наземным ядерным взрывом называется взрыв на поверхности земли (контактный) или в воздухе на такой высоте, при которой светящаяся область касается поверхности земли, т.е. когда приведенная высота Н= 3,5 м/т1/3.

Характерным признаком НЯВ является то, что мощный пылевой столб с момента его образования соединён с облаком взрыва.

Основными поражающими факторами наземного взрыва является ударная волна, световое излучение, проникающая радиация, сильное радиоактивное заражение местности, а также сейсмовзрывные волны в грунте и электромагнитный импульс.

Наземные взрывы применяются для поражения объектов, состоящих из сооружений большой прочности; личного состава, находящегося в укрытиях и прочных образцов вооружения и техники, а также для создания зон разрушения, затопления, завалов и пожаров.

Подземным ядерным взрывом называется взрыв, производимый ниже поверхности земли. Он осуществляется в специально подготовленных колодцах и штольнях. Подземные взрывы могут быть с выбросом и без выброса грунта (камуфлентные).

Подземные взрывы с выбросом грунта осуществляется на приведённых глубинах Н < 7-8 м/т / - в скальных и Н ' - 1^-1Ь м/т /1" - в мягких грунтах. При этом на поверхности земли образуется большая воронка выброса. Характерным внешним признаком подземного ядерного взрыва является выброс большого количества грунта с образованием радиоактивного облака, пылевого столба и базисной волны. Характерного грибовидного облака при этом обычно не образуется. Основными поражающими факторами являются сейсмовзрывные волны в грунте, сильное радиоактивное заражение местности, базисная волна радиоактивной пыли, а также воздушная ударная волна и проникающая радиация, но более слабые, чем при наземном взрыве.11ш взрывах, произведенных на приведенной глубине Н I м/т /, действует также световое излучение.

Подземные взрывы выброса грунта (камуфлетные) осуществляются на приведенной глубине Н>7-8м/т1/3 - в скальных иН>12-15м/т1/3 в мягких грунтах. Характерными внешними признаками являются отсутствие выброса грунта и сильные толчки поверхности земли, подобные землетрясению. Основными поражающими факторами являются сейсмовзрывные волны в грунте. Могут применяться для разрушения особо важных подземных и наземных сооружений в горах в тех случаях, когда по условиям обстановки нежелательны разрушения коммуникаций и радиоактивное заражение в горной местности.

Надводный ядерный взрыв имеет внешне сходство с наземным ядерным взрывом, сопровождается теми же поражающими факторами, что и наземный взрыв. Разница заключается в том, что грибовидное облако надводного взрыва состоит из плотного радиоактивного тумана или водяной пыли. Характерным для этого вида взрыва является образование поверхностных волн.

Действие светового излучения значительно ослабляется вследствие экранирования большой массой водяного пара. Выход из строя объектов определяется в основном действием воздушной ударной волны. Радиоактивное заражение акватории, местности и объектов происходит вследствие выпадения радиоактивных частиц из облака взрыва.

Наводные ядерные взрывы могут осуществляться для поражения крупных надводных кораблей и прочных сооружений военно-морских баз, портов и т.п. когда допустимо или желательно сильное радиоактивное заражение воды и прибрежной местности.

Подводным ядерным взрывом называется взрыв, осуществлённый в воде на той глубине или иной глубине. При таком взрыве вспышка и светящаяся область, как правило, не видны.

При подводном взрыве на небольшой глубине над поверхностью воды поднимается полый столб воды, достигающий высоты более километра; в верхней части столба образуется облако, состоящее из брызг и паров воды; это облако может, достигать несколько километров в диаметре.

Через несколько секунд после взрыва водяной столб начинает разрушаться и у его основания образуется облако, называемое базисной волной, которая состоит из радиоактивного тумана, и она быстро распространяется во все стороны от эпицентра взрыва, одновременно поднимается вверх и относится ветром. Спустя несколько минут базисная волна смешивается с облаком султана (клубящееся облако, окутывающее верхнюю часть водяного столба) и превращается в слоисто-кучевое облако, из которого выпадает радиоактивный дождь. В воде образуется ударная волна, распространяющаяся во все стороны. Высота волны может достигать десятков метров.

Умение различать по внешним признакам ядерные взрывы имеет большое значение, т.к обеспечивает принятие соответствующих мер защиты. По внешним признакам можно оценить вид и мощность ядерного взрыва, однако определение мощности ядерного взрыва будет лишь приближенным.

2. Поражающие факторы ядерного взрыва

В процессе ядерного (термоядерного) взрыва образуется поражающие факторы, ударная волна, световое излучение, проникающая радиация, радиоактивное заражение местности и объектов, а также электромагнитный импульс.

2.1 Воздушная ударная волна ядерного взрыва

Воздушной ударной волной называется резкое сжатие воздуха, распространяющееся в атмосфере со сверхзвуковой скоростью. Она является основным фактором, вызывающим разрушения и повреждения вооружения, боевой техники, инженерных сооружений и местных предметов.

Воздушная ударная волна ядерного взрыва образуется в результате того, что расширяющаяся светящаяся область сжимает окружающие её слои воздуха, и это сжатие, передаваясь от одного слоя атмосферы к другому, распространяющееся со скоростью, значительно превышающей скорость звука и скорость поступательного движения частиц воздуха.

Ударная волна проходит первые 1000 м за 2 с, 2000 м за 5 с, 3000 м за 8 с.

Рис.5. Изменение давления в точке на местности в зависимости от времени действия ударной волны на окружающие предметы: 1 – фронт ударной волны; 2 – кривая изменения давления

Повышение давления воздуха во фронте ударной волны над атмосферным давлением, так называемое избыточное давление во фронте ударной волны Рф измеряется в Паскалях (1Па=1н/м2, в барах (I бар=105Па) или в килограммах силы на см2 (1кгс/см2=0,9807 бар). Оно характеризует силу поражающего действия ударной волны и является одним из её основных параметров.

После прохода фронта ударной волны давление воздуха в данной точке быстро падает, но в течение некоторого времени продолжает оставаться выше атмосферного. Время, в течение которого давление воздуха превышает атмосферное, получило название длительности фазы сжатия ударной волны (r+). Она также характеризует поражающее действие ударной волны.

В зоне сжатия частицы воздуха движутся вслед за фронтом ударной волны со скоростью меньшей, чем скорость движения фронта ударной волны примерно на 300 м/с. На расстояниях от центра взрыва, где ударная волна обладает поражающим действием (êРф>0,2-0,3бар), скорость движения воздуха в ударной волне превышает 50 м/с. При этом суммарное поступательное перемещение частиц воздуха в ударной волне может достигать нескольких десятков и даже сотен метров. В следствие этого в зоне сжатия возникает сильное давление скоростного (ветрового) напора, обозначается êРск.

В конце фазы сжатия давление воздуха в ударной волне становится ниже атмосферного, т.е. за фазой сжатия следует фаза разряжения.

В результате воздействия ударной волны человек может получить контузии и травмы различной степени тяжести, которые вызываются как всесторонним обжатием тела человека избыточным давлением в фазе сжатия ударной волны, так и действием скоростного напора и давлением отражения. Кроме того, в результате действия скоростного напора ударная волна по пути своего движения подхватывает и несет с большой скоростью обломки разрушенных зданий и сооружений и сучья деревьев, мелкие камни и другие предметы, способные наносить поражения открыто расположенным людям.

Непосредственно поражение людей избыточным явлением ударной волны, давлением скоростного напора и давлением отражения называется первичным, а поражения, вызванные действием различных обломков - косвенным или вторичным.

Таблица 4. Расстояния, на которых наблюдается выход из строя личного состава от действия ударной волны при открытом расположении на местности в положении стоя, км

На распространение ударной волны и ее разрушающее и поражающее действие существенное влияние могут оказать рельеф местности и лесные массивы в районе взрыва, а также метеоусловия.

Страницы: 1, 2