Подземный ядерный взрыв

Министерство Высшего Образования Российской Федерации

Уральский Государственный Технический Университет- УПИ

Факультет Военного Обучения

Кафедра Войск РХБ защиты

РЕФЕРАТ:

ПОДЗЕМНЫЙ ЯДЕРНЫЙ ВЗРЫВ

Выполнил:

Студент взвода Хт-248

Покровский П.В.

Проверил:

Полковник Максимов С.Ф.

Екатеринбург

2000

Содержание

стр.

Введение 3

Подземный ядерный взрыв 4

Поражающие факторы подземного ядерного взрыва 6

Заключение 8

Приложение 9

Введение

Действие ядерного оружия основано на использовании энергии, выделяющейся при ядерных превращениях. В зависимости от принципов использования этой энергии различают три вида ядерных боеприпасов: атомные, термоядерные и комбинированные.

При взрывах атомных боеприпасов в результате цепной реакции деления ядер атомов тяжелых элементов (плутония, изотопов урана) выделяется энергия. Реакция состоит в том, что при бомбардировке урана-235 свободными нейтронами возникают элементы средней части периодической системы Менделеева.

Действие термоядерных боеприпасов основано на использовании энергии, выделяющейся при реакции синтеза ядер легких элементов (дейтерия и трития) в условиях чрезвычайно высоких температур. Термоядерная реакция - реакция синтеза легких ядер в более тяжелые. Такие реакции происходят в недрах звезд, на солнце и т. д. При таких температурах вещество существует только в виде плазмы. Но создание высокой температуры необходимо только в первый момент времени, чтобы «зажечь» реакцию, а затем она существует сама за счет выделения энергии при синтезе ядер.

В основу действия комбинированных боеприпасов положено свойство атомов природного урана (уран-238) делится под действием быстрых нейтронов, образующихся при термоядерной реакции.

Вид ядерного взрыва характеризуется расположением центра взрыва по отношению к поверхности земли (воды). Исходя из этого, различают несколько их видов, различающихся по своему поражающему действию:

1)Высотные взрывы. К ним принято относить взрывы, произведенные на высоте более 30 километров от поверхности земли (воды). При этом радиоактивного заражения местности может не быть совсем, это обуславливается тем, что пылевой столб («ножка») и облако («шляпка») не контактируют.

Воздушные взрывы. К ним относятся взрывы, произведенные на высоте, меньшей 30 километров, но образующийся при этом огненный шар не соприкасается с поверхностью земли (воды). Радиоактивное заражение местности чаще всего ограничивается районом ядерного взрыва. В радиоактивное облако попадает значительно меньше грунта по сравнению с наземными (надводными) и подземными (подводными) взрывами.

3)Наземные (надводные) взрывы. Взрывы, при которых светящаяся область соприкасается с поверхностью земли (воды). При таком взрыве образуется светящаяся полусфера, радиус которой примерно в 1,3 раза превышает радиус огненного шара воздушного взрыва той же мощности. В огненный шар вовлекается значительное количество грунта и других материалов. Часть грунта испаряется, а большая часть оплавляется, образуя огромное количество радиоактивных частиц, из которых впоследствии конденсируются радиоактивные продукты взрыва. В районе ядерного взрыва наблюдаются сильные потоки воздуха, устремляющиеся к центру взрыва и вверх вслед за облаком. Увлекаемые этими потоками частицы грунта вместе с конденсировавшимися на них радиоактивными веществами попадают в облако ядерного взрыва, так как в этом случае пылевой столб («ножка») с момента его образования соединен с облаком («шляпкой»).

2. Подземный ядерный взрыв.

Подземными ядерными взрывами называют взрывы, для которых средой, окружающей зону реакции, является грунт.

В результате воздействия рентгеновского излучения на окружающий зону реакции грунт его тонкий сферический слой сильно прогревается и превращается в раскаленный газ, излучение этого слоя превращает в раскаленный газ следующий тонкий слой грунта и т. д.

Таким образом, в грунте в результате его послойного прогрева образуется раскаленный объем. Процесс расширения этого объема в невозмущенном грунте называется тепловой волной в грунте.

Внутри раскаленного объема вследствие больших градиентов давления на его границе возникают механические возмущения. По мере увеличения этого объема и уменьшения температуры среды в нем скорость распространения тепловой волны уменьшается быстрее, чем скорость распространения механических возмущений. Начиная с определенного момента времени, скорость распространения механических возмущений начинает превышать скорость тепловой волны и в окружающем раскаленном объеме грунта происходит скачкообразное увеличение давления, плотности, температуры и скорости его движения до максимальных значений. Процесс распространения этих возмущений называется ударной волной в грунте.

В отличие от взрыва в воздухе при ядерном взрыве в грунте ударная волна существует лишь в самой ближней зоне.

С увеличением расстояния от центра взрыва увеличение давления и других возмущений в грунте до максимальных значений становится все более плавным. Процесс распространения плавно увеличивающихся давления и других возмущений в грунте до их максимальных значений называется волной сжатия.

Итак, на начальной стадии развития подземного ядерного взрыва в грунте возникают и распространяются тепловая волна, ударная волна и волна сжатая. В результате их воздействия на окружающую зону реакции грунтовую среду в окрестностях взрыва возникают механические колебания, называемые сейсмовзрывными волнами, которые распространяются набольшие расстояния.

Процессы развития подземного ядерного взрыва зависят от глубины заложения заряда в грунте.

Если подземный ядерный взрыв происходит на большой глубине, расширение находящихся в небольшом объеме под высоким давлением раскаленных газов и продуктов, образовавшихся в результате термических превращений грунта, приводит к возникновению взрывной полости, зон механического разрушения грунта, трещин, пластических деформаций и механических колебаний грунта.

Для большинства грунтовых сред взрывная полость не устойчива: происходит обрушение кровли и она заполняется обломками породы.

При подземном ядерном взрыве на большой глубине проникающая радиация и газовый поток полностью поглощаются грунтом, радиоактивные продукты взрыва остаются в полости и в толще разрушенной породы.

Подземные ядерные взрывы, при которых не происходит раскрытие грунтового купола и отсутствует прямой выход продуктов взрыва из его полости в атмосферу, называются камуфлетными. Минимальная глубина, начиная с которой не наблюдается выброс грунта, зависит от мощности взрыва и вида грунта. Ориентировочно она составляет м.

Поражающими факторами камуфлетного ядерного взрыва являются: сейсмовзрывные волны и местное действие на грунт (полость и зоны разрушения грунта, остаточные деформации в грунте, вспучивания, отколы и проседания грунта).

Если взрыв происходит на небольшой глубине, вначале происходят те же процессы, что и при взрыве на большой глубине. Затем в результате расширения взрывной полости на поверхности земли вырастает грунтовый купол, который тут же раскрывается. Через раскрывшийся купол из полости вырываются газообразные продукты, вследствие чего в воздухе образуются воздушная ударная волна и облако взрыва. Вырвавшиеся наружу газы поднимают с собой в атмосферу большое количество грунта. В грунте образуется воронка, вокруг нее— навал грунта; возникают пылевые образования. Вместе с газами и грунтом в атмосферу выбрасываются радиоактивные продукты, которые, смешавшись с частицами пыли, в последующем выпадают и создают сильное радиоактивное заражение местности и воздуха.

Подземные ядерные взрывы, при которых происходит раскрытие купола и прорыв газообразных продуктов наружу с выбросом в атмосферу грунта, называются взрывами с выбросом грунта. Отличительной особенностью таких взрывов является образование воронки в грунте и навала грунта вокруг воронки.

Поражающими факторами подземного ядерного взрыва с выбросом грунта являются: сейсмовзрывные волны, местное действие взрыва (воронка, зоны разрушения, вспучивания и навал грунта, камнепад), сильное радиоактивное заражение местности и атмосферы, облако взрыва, пылевые образования.

Проникающая радиация и газовый поток при подземном ядерном взрыве на небольшой глубине практически полностью поглощаются грунтом.

2.1. Поражающие факторы подземного ядерного взрыва

Основными поражающими факторами подземного ядерного взрыва являются: сёйсмовзрывные волны, местное действие взрыва на грунт и радиоактивное заражение местности (при взрыве с выбросом грунта).

Источником сейсмовзрывных волн при подземном взрыве является передача энергии грунту непосредственно в центре взрыва. При этом в грунте образуется волна сжатия.

Волна сжатия—основной поражающий фактор подземного ядерного взрыва, определяющий его действие на котлованные и подземные сооружения; она более интенсивна, чем эпицентральная волна при наземном взрыве.

Параметрами сейсмовзрывных волн, которые характеризуют их поражающее действие на заданном расстоянии от эпицентра взрыва, являются: давление (напряжение), смещение, скорость смещения и ускорение (перегрузка) грунта.

При взрыве с выбросом грунта в районе эпицентра образуется воронка. Около 30—50% поднятого взрывом грунта падает обратно в воронку, уменьшая ее глубину до так называемой видимой глубины воронки; остальная часть грунта падает за пределами воронки и образует зону навала, которая ввиду сильной радиоактивности и разрыхленности грунта может оказаться непроходимой для войск. Ширина зоны навала составляет два-три радиуса воронки, а максимальная высота гребня навала — 0,1 радиуса воронки.

Размеры воронки при подземных ядерных взрывах определяются мощностью и глубиной взрыва и видом грунта. При увеличении глубины взрыва до м размеры воронки и объем выброшенного грунта увеличиваются, а при дальнейшем заглублении начинают уменьшаться и при глубине больше м. выброс грунта не наблюдается.

Значения радиуса и глубины воронки при подземных взрывах различной мощности в мягких грунтах приведены в табл. 5.1. Эти значения даны для глубины взрыва м, соответствующей максимальному радиоактивному заражению местности, и для глубины взрыва м, при которой воронка имеет наибольшие размеры. В скальных грунтах размеры воронки на 10—20% меньше, чем в мягких.

Таблица 1

Значения радиуса и глубины воронки при подземном ядерном взрыве в мягком грунте, м

Размеры воронки

Мощность взрыва

тыс. т

50 | 100

200

300

500

100

Взрыв с максимальным радиоактивным заражением местности

(глубина взрыва м)

Глубина

3,6

4,7

5,8

взрыва

Радиус

110

125

150

воронки

Глубина

воронки

Взрыв с максимальным выбросом грунта (глубина взрыва м)

Глубина

104

120

150

взрыва

Радиус

110

125

145

180

воронки

Глубина

105

воронки

При подземном взрыве с выбросом грунта образуется также воздушная ударная волна, параметры которой уменьшаются с увеличением глубины взрыва. При взрыве на глубине м и более воздушная ударная волна как поражающий фактор практического значения не имеет.

Поражающее действие сейсмовзрывных волн на заглубленные сооружения обусловливается тем, что приход волны в данную точку вызывает резкое смещение грунта, а вместе с ним и сооружений. Грунт и сооружения испытывают давление и деформации. В результате разрушаются или повреждаются сооружения, выводятся из строя вооружение и оборудование сооружений, а также находящийся в них личный состав даже в тех случаях, когда сами сооружения не повреждаются. Кроме того, могут разрушаться наземные промышленные и гражданские здания в результате колебаний их оснований.

При подземных взрывах с выбросом грунта происходит сильное радиоактивное заражение местности.

При взрывах на глубине м значительная часть. радиоактивных веществ и большое количество неактивного грунта выбрасываются в атмосферу. Грунт, смешиваясь с радиоактивными веществами, образует радиоактивную пыль. Общее количество такой пыли при неглубоких подземных взрывах значительно больше, чем при наземных, что обусловливает повышение степени заражения местности при этих взрывах по сравнению с наземными. Форма зараженных участков в районе неглубокого подземного взрыва и на следе, характер распределения мощностей доз излучения на оси следа и уменьшение их во времени такие же, как и при наземных взрывах.

В табл. 2 и 3 для примера приведены значения мощностей доз излучения в районе (с наветренной стороны) и на оси следа облака подземного ядерного взрыва на глубине м, соответствующей максимальному радиоактивному заражению местности.

По мере увеличения глубины взрыва количество радиоактивных веществ, выбрасываемых в атмосферу, уменьшается. В связи с этим уменьшается и степень заражения местности. При камуфлетных взрывах заражения местности в районе взрыва и на следе облака не происходит. При этих взрывах в эпицентре возможен только постепенный выход в атмосферу радиоактивных газов (в основном радиоактивных изотопов криптона и ксенона) через трещины в грунте. Выход радиоактивных газов может начаться сразу, а при большой глубине через 10—20 ч после взрыва и продолжаться несколько суток. Радиоактивные газы могут распространяться в приземном слое атмосферы на расстояние до нескольких сот километров от эпицентра взрыва.

4. Заключение

Подземный ядерный взрыв используется в тех случаях, когда необходимо воздействовать на земные породы с целью препятствия продвижению войскам противника. Радиоактивное заражение при камуфлетном взрыве практически отсутствует, хотя возможны выбросы радиоактивного газа в атмосферу через трещины в грунте. Световое излучение также почти отсутствует. Таким образом основным поражающим фактором подземного ядерного взрыва является изменение сейсмической структуры местности.

4.Приложение

Таблица 2

Значения мощностей доз излучения радиоактивного заражения местности в районе подземного ядерного взрыва с наветренной стороны на 1 час после взрыва, рад/ч

Расстояние от Мощность взрыва, т

эпицентра взрыва, м

10 20 50 100 200 500

50 465 1020 2600 4550 6050 8830

100 44 135 485 1150 2540 6530

200 1 4.8 31 105 325 1190

300 3 14 56 275

400 2.2 11 74

500 2.6 23

600 1 6.9

700 2.3

800 1