Я́дерный взрыв - неуправляемый процесс высвобождения большого количества тепловой и лучистой энергии в результате цепной ядерной реакции деления или реакции термоядерного синтеза за очень малый промежуток времени. По своему происхождению ядерные взрывы являются либо продуктом деятельности человека на Земле и в околоземном космическом пространстве, либо природными процессами на некоторых видах звёзд. Искусственные ядерные взрывы - мощное оружие, предназначенное для уничтожения крупных наземных и защищённых подземных военных объектов, скоплений войск и техники противника (в основном тактическое ядерное оружие), а также полное подавление и уничтожение противоборствующей стороны: разрушение больших и малых населённых пунктов с мирным населением и стратегической промышленности (Стратегическое ядерное оружие).

Ядерный взрыв может иметь мирное применение :

Перемещение больших масс грунта при строительстве;

Обрушение препятствий в горах;

Дробление руды;

Увеличение нефтеотдачи нефтяных местрождений;

Перекрывание аварийных нефтяных и газовых скважин;

Поиск полезных ископаемых сейсмическим зондированием земной коры;

Движущая сила для ядерных и термоядерных импульсных космических аппаратов,

Например нереализованный проект корабля "Орион" и проект межзвёздного

Автоматического зонда "Дедал");

Научные исследования: сейсмология, внутреннее строение Земли, физика плазмы и многое другое.

В последнее время рассматривается возможность разрушения или изменения орбиты одного из астероидов, угрожающих столкновением с Землёй, путём ядерного взрыва в его окрестности.

[ Физические основы ]

Цепная реакция деления

Атомные ядра некоторых изотопов химических элементов с большой атомной массой (например урана или плутония) при их облучении нейтронами определённой энергии теряют свою устойчивость и распадаются с выделением энергии на два меньших и приблизительно равных по массе осколка - происходит реакция деления атомного ядра. При этом наряду с осколками, обладающими большой кинетической энергией, выделяются ещё несколько нейтронов, которые способны вызвать аналогичный процесс в соседних таких же атомах. В свою очередь, нейтроны, образовавшиеся при их делении, могут привести к делению дополнительного количества атомов расщепляющего материала - реакция становится цепной, приобретает каскадный характер. В зависимости от внешних условий, количества и чистоты расщепляющегося материала её течение может происходить по-разному. Если вследствие вылета нейтронов из зоны деления или их поглощения атомными ядрами без последующего деления число расщеплённых ядер в последующей стадии цепной реакции меньше чем в предыдущей, то происходит её затухание. При равном числе расщеплённых ядер в обеих стадиях цепная реакция становится самоподдерживающейся, а в случае превышения количества расщеплённых ядер в каждой последующей стадии в реакцию вовлекаются всё новые атомы расщепляющегося вещества. Если такое превышение является многократным, то в ограниченном объёме за очень короткий промежуток времени образуется большое количество атомных ядер-осколков деления, электронов, нейтронов и квантов электромагнитного излучения с очень высокой кинетической энергией. Единственно возможной формой их существования является агрегатное состояние высокотемпературной плазмы, в сгусток которой превращается весь расщепляющийся материал и любое другое вещество в его окрестности. Этот сгусток не может быть сдержан в своём первоначальном объёме и стремится перейти в равновесное состояние путём расширения в окружающую среду и теплообмена с ней. Поскольку скорость упорядоченного движения составляющих сгусток частиц много выше скорости звука как в нём, так и в окружающей его среде (если это не вакуум), расширение не может иметь плавного характера и сопровождается образованием ударной волны - то есть носит характер взрыва.

Термоядерный синтез

В отличие от атомных реакций деления, реакции термоядерного синтеза с выделением энергии возможны только среди элементов с небольшой атомной массой, не превышающих приблизительно атомную массу железа. Они не носят цепного характера и возможны только при высоких температурах, когда кинетической энергии сталкивающихся атомных ядер достаточно для преодоления кулоновского барьера отталкивания между ними, либо для заметной вероятности их слияния за счёт действия туннельного эффекта квантовой механики. Чтобы сделать возможным такой процесс, необходимо совершить работу для разгона исходных атомных ядер до высоких скоростей, но если они сольются в новое ядро, то выделившаяся при этом энергия будет больше, чем затраченная. Появление нового ядра в результате термоядерного синтеза как правило сопровождается образованием различного рода элементарных частиц и высокоэнергетичных квантов электромагнитного излучения. Наряду со вновь образовавшимся ядром все они имеют большую кинетическую энергию, то есть в реакции термоядерного синтеза происходит преобразование внутриядерной энергии сильного взаимодействия в тепловую. Как следствие, в итоге результат оказывается тот же, что и в случае цепной реакции деления - в ограниченном объёме образуется сгусток высокотемпературной плазмы, расширение которого в окружающей плотной среде имеет характер взрыва.

[ Классификация ядерных взрывов ]

Искусственные ядерные взрывы обычно классифицируют по двум признакам: мощности заряда, инициировавшего взрыв, и местоположению точки нахождения заряда в момент подрыва (центр ядерного взрыва). Проекция этой точки на поверхность земли называется эпицентром ядерного взрыва. Мощность ядерного взрыва измеряется в так называемом тротиловом эквиваленте - массе тринитротолуола, при химическом взрыве которого выделяется столько же энергии, сколько при оцениваемом ядерном. Наиболее часто используемыми единицами измерения мощности ядерного взрыва служат 1 килотонна (кт) или 1 мегатонна (Мт) тротилового эквивалента.

Классификация по мощности

Сверхмалую (менее 1 кт);

Малую (от 1 до 10 кт) - на движущейся картинке справа (около 10 кт);

Среднюю (от 10 до 100 кт);

Большую (от 100 кт до 1 Мт);

Сверхбольшую (более 1 Мт);

Взрыв мощностью 20 кт даёт зону полных разрушений радиусом около 1 км, 20 Мт - уже 10 км. По расчётам, при взрыве мощностью 100 Мт зона полного разрушения будет иметь радиус около 35 км, сильных разрушений - около 50 км, на расстоянии около 80 км незащищённые люди получат ожоги третьей степени. Практически одним таким взрывом может быть полностью уничтожен любой из самых крупных городов Земли.

Наиболее мощным искусственным ядерным взрывом был атмосферный взрыв в приземном слое советской 58-мегатонной термоядерной бомбы АН602, прозванной Царь-Бомба, на полигоне на Новой Земле. Причём испытана на неполную мощность, в так называемом чистом варианте. Полная проектная мощность с урановой оболочкой-отражателем нейтронов могла бы составить порядка 100 мегатонн тротилового эквивалента.

Классификация по нахождению центра взрыва

Приведённая высота (глубина) заряда в метрах на тонну тротилового эквивалента (в скобках пример для взрыва мощностью 1 мегатонна)[лит 1] (С. 146, 232, 247, 522, 751):

космический, экзоатмосферный или магнитосферный: свыше 100 км

атмосферные:

высотный: более 10-15 км, но чаще считается на высотах 40-100 км

высокий воздушный: свыше 15-20 м/т1/3, когда форма вспышки близка к сферической (свыше 1,5-2 км)

низкий воздушный: от 3,5 до 15-20 м/т1/3 - огненная сфера касается земли и усекается снизу (350-1500 м)

наземный: 0-3,5 м/т1/3, - вспышка принимает форму полусферы (0-350 м)

наземный с образованием вдавленной воронки без значительного выброса грунта: ниже 0,5 м/т1/3 (ниже 50 м)

наземный контактный: 0-0,3 м/т1/3 - когда грунт из воронки выбрасывается и попадает в светящуюся область (0-30 м)

подземный: на глубине более 1,5 м/т0,3[лит 2] (С. 276) (глубже 12 м)(?)

на выброс (выброс грунта и кратер в разы больше, чем при наземном взрыве)

взрыв рыхления - в глубине образуется полость или столб обрушения, а на поверхности колцеобразный вывал грунта (холм вспучивания), в центре которого провальная воронка

камуфлетный: глубже 7-10 м/т1/3 - в глубине остаётся замкнутая (котловая) полость или столб обрушения; если столб обрушения достигает поверхности, то образуется провальная воронка без холма вспучивания (глубже 700-1000 м)

наводный - происходит испарение воды

подводный:

на малой глубине: менее 0,3 м/т1/3 - вода испаряется до поверхности и столб воды (взрывной султан) не образуется (менее 30 м)

с образованием взрывного султана и облака султана: 0,25-2,2 м/т1/3 (25-220 м)

глубоководный: глубже 2,5 м/т1/3 - когда образующийся пузырь выходит на поверхность без образования облака султана.

[ Явления при ядерном взрыве ]

Специфичные только для ядерного взрыва

Сопутствующие ядерному взрыву явления варьируют от местонахождения его центра. Ниже рассматривается случай атмосферного ядерного взрыва в приземном слое, который был наиболее общим до запрета ядерных испытаний на земле, под водой, в атмосфере и в космосе. После инициирования реакции деления или синтеза за очень короткое время порядка долей микросекунд в ограниченном объёме выделяется огромное количество лучистой и тепловой энергии. Реакция обычнозаканчивается после испарения и разлёта конструкции взрывного устройства вследствие огромной температуры (до 107 К) и давления (до 109 атм.) в точке взрыва. Визуально с большого расстояния эта фаза воспринимается как очень яркая светящаяся точка.

Световое давление от электромагнитного излучения при реакции начинает нагревать и вытеснять окружающий воздух от точки взрыва - образуется огненный шар и начинает формироваться скачок давления между воздухом, сжатым излучением, и невозмущённым, поскольку скорость перемещения фронта нагрева изначально многократно превосходит скорость звука в среде. После затухания ядерной реакции энерговыделение прекращается и дальнейшее расширение происходит уже не за счёт светового давления, а за счёт разницы температур и давлений в области эпицентра и в окружающем его воздухе. Эта фаза характеризуется превращением светящейся точки в растущий в размерах огненный шар, постепенно теряющий свою яркость.

Происходящие в заряде ядерные реакции служат источником разнообразных излучений: электромагнитного в широком спектре от радиоволн до высокоэнергичных гамма-квантов, быстрых электронов, нейтронов, атомных ядер. Это излучение, называемое проникающей радиацией, порождает ряд характерных только для ядерного взрыва последствий. Нейтроны и высокоэнергичные гамма-кванты, взаимодействуя с атомами окружающего вещества, преобразуют их стабильные формы в нестабильные радиоактивные изотопы с различными путями и полупериодами распада - создают так называемую наведённую радиацию. Наряду с осколками атомных ядер расщепляющегося вещества или продуктами термоядерного синтеза, оставшимися от взрывного устройства, вновь получившиеся радиоактивные вещества поднимаются высоко в атмосферу и способны рассеяться на большой территории, формируя радиоактивное заражение местности после ядерного взрыва. Спектр образующихся при ядерном взрыве нестабильных изотопов таков, что радиоактивное заражение местности способно длиться тысячелетиями, хотя интенсивность излучения падает со временем.

Высокоэнергичные гамма-кванты от ядерного взрыва, проходя через окружающую среду, ионизуют её атомы, выбивая из них электроны и сообщая им достаточно большую энергию для каскадной ионизации других атомов, вплоть до 30000 ионизаций на один гамма-квант. В результате под эпицентром ядерного взрыва остаётся «пятно» положительно заряженных ионов, которые окружены гигантским количеством электронного газа; такая переменная во времени конфигурация носителей электрических зарядов создаёт очень сильное электромагнитное поле, которое исчезает после взрыва вместе с рекомбинацией ионизированных атомов. В процессе рекомбинации порождаются сильные электрические токи, служащие дополнительным источником электромагнитного излучения. Весь этот комплекс явлений называется электромагнитным импульсом, и хотя в него уходит менее трети десятимиллиардной доли энергии взрыва, происходит он за очень короткое время и выделяющаяся при этом мощность может достигать 100 ГВт.

Наземный ядерный взрыв в отличие от обычного также имеет свои особенности. При химическом взрыве температура грунта, примыкавшего к заряду и вовлечённого в движение относительно невелика. При ядерном взрыве температура грунта возрастает до десятков миллионов градусов и большая часть энергии нагрева в первые же мгновения излучается в воздух и дополнительно идёт в образование теплового излучения и ударной волны, чего при обычном взрыве не происходит.Отсюда резкое различие в воздействии на поверхность и грунтовый массив: наземный взрыв химического взрывчатого вещества передаёт в грунт до половины своей энергии, а ядерный - считанные проценты. Соответственно размеры воронки и энергия сейсмических колебаний от ядерного взрыва в разы меньше оных от одинакового по мощности взрыва ВВ.Однако при заглублениизарядов это соотношение сглаживается, так как энергия перегретой плазмы меньше уходит в воздух и идёт на совершение работы над грунтом.

Подводный взрыв на глубине 27 м:

Подводный взрыв на глубине 660 м:

Подземный взрыв на малой глубине:

Кратер после подземного взрыва на малой глубине:

Проседание поверхности после подземных взрывов на большой глубине:

Взрыв на высоте 400 км:

Представляет собой неуправляемый процесс. В ходе него осуществляется высвобождение большого количества лучистой и тепловой энергии. Данный эффект является результатом ядерной цепной реакции деления либо термоядерного синтеза, проходящей за небольшой временной отрезок.

Краткие общие сведения

Ядерный взрыв по своему происхождению может являться следствием человеческой деятельности на Земле либо в околоземном пространстве. Это явление также в ряде случаев возникает в результате природных процессов на некоторых видах звезд. Искусственный ядерный взрыв представляет собой мощное оружие. Применяется оно для уничтожения масштабных наземных и подземных защищенных объектов, скоплений техники и войск противника. Кроме того, используется это оружие для полного уничтожения и подавления противоборствующей стороны в качестве инструмента, разрушающего малые и большие населенные пункты с проживающими в них мирными гражданами, а также промышленные стратегические объекты.

Классификация

Как правило, ядерные взрывы характеризуют по двум признакам. К ним относят мощность заряда и местоположение точки заряда непосредственно в подрывной момент. Проекция этой точки на поверхность земли именуется эпицентром взрыва. Мощность измеряют в тротиловом эквиваленте. Это масса тринитротолуола, при подрыве которого происходит выделение такого же количества энергии, как и при оцениваемом ядерном. Чаще всего при измерении мощности используются такие единицы, как одна килотонна (1 кт) и одна мегатонна (1 Мт) тротилового эквивалента.

Явления

Ядерный взрыв сопровождается специфическими эффектами. Они характерны только для данного процесса и не присутствуют при прочих подрывах. Интенсивность явлений, которые сопровождают ядерный взрыв, зависит от местоположения центра. В качестве примера можно рассмотреть случай, являвшийся наиболее частым до момента запрета испытаний на планете (под водой, на земле, в атмосфере) и, собственно, в космосе, - искусственная цепная реакция в приземном слое. После детонирования процесса синтеза или деления за весьма краткое время (около долей микросекунд) происходит выделение в ограниченном объеме огромного количества тепловой и лучистой энергии. О завершении реакции, как правило, свидетельствует разлет конструкции устройства и испарения. Эти эффекты обусловлены влиянием повышенной температуры (до 107 К) и огромного давления (порядка 109 атм.) в самом эпицентре. С большого расстояния визуально данная фаза представляет собой очень яркую светящуюся точку.

Электромагнитное излучение

Световое давление во время реакции начинает нагревать и вытеснять окружающий воздух из эпицентра. В результате формируется огненный шар. Вместе с этим образуется скачок давления между сжатым излучением и невозмущенным воздухом. Это обусловлено превосходством скорости перемещения нагревательного фронта над звуковой скоростью в условиях среды. После того как ядерная реакция входит в стадию затухания, прекращается выделение энергии. Последующее расширение осуществляется благодаря разнице в давлениях и температурах в зоне огненного шара и непосредственно окружающего воздуха. Следует отметить, что рассматриваемые явления не имеют ничего общего с научными изысканиями героя современного сериала (его, кстати, зовут так же, как и известного физика Глэшоу - Шелдон) "Теория большого взрыва".

Проникающая радиация

Ядерные реакции представляют собой источник электромагнитного излучения разного типа. В частности, оно проявляется в широком спектре в диапазоне от радиоволн до гамма-квантов, атомных ядер, нейтронов, быстрых электронов. Появляющееся излучение, именуемое проникающей радиацией, в свою очередь, порождает определенные последствия. Они свойственны только ядерному взрыву. Высокоэнергичные гамма-кванты и нейтроны в процессе взаимодействия с атомами, входящими в состав окружающего вещества, претерпевают преобразование своей стабильной формы в радиоактивные изотопы нестабильного типа с разными периодами и путями полураспада. В результате формируется так называемая наведенная радиация. Вместе с осколками ядер атомов расщепляющегося вещества либо с продуктами от термоядерного синтеза, которые остаются от взрывного устройства, получившиеся радиоактивные компоненты поднимаются в атмосферу. Далее они рассеиваются на достаточно большой территории и формируют заражение на местности. Нестабильные изотопы, сопровождающие ядерный взрыв, находятся в таком спектре, что распространение радиации может продолжаться тысячелетиями, несмотря на то что интенсивность излучения со временем снижается.

Электромагнитный импульс

Образованные от ядерного взрыва высокоэнергичные гамма-кванты в процессе прохождения через окружающую среду ионизируют атомы, входящие в ее состав, выбивая электроны из них и сообщая им довольно большую энергию для осуществления каскадной ионизации прочих атомов (вплоть до тридцати тысяч ионизаций на гамма-квант). В итоге под эпицентром формируется "пятно" ионов, имеющих положительный заряд и окруженных электронным газом в огромном количестве. Данная конфигурация носителей, переменная во времени, образует мощное электрическое поле. Оно вместе с рекомбинацией ионизированных атомных частиц исчезает после взрыва. В процессе происходит порождение сильных электрических токов. Они служат в качестве дополнительного источника излучения. Весь описанный комплекс эффектов носит название электромагнитного импульса. Несмотря на то что в него уходит меньше 1/3 десятимиллиардной доли взрывной энергии, происходит он в течение весьма короткого периода. Мощность, которая при этом выделяется, может достигнуть 100 ГВт.

Процессы наземного типа. Особенности

В процессе химической детонации температура примыкавшего к заряду и привлеченного к движению грунта сравнительно невелика. Ядерный взрыв имеет свои особенности. В частности, температура грунта может составлять десятки миллионов градусов. Большая часть образованной от нагрева энергии в течение первых же мгновений выделяется в воздух и идет дополнительно на образование ударной волны и теплового излучения. При обычном взрыве данных явлений не наблюдается. В связи с этим отмечаются резкие различия в воздействии на грунтовый массив и поверхность. При наземном взрыве химического соединения передается до половины энергии в грунт, а при ядерном - буквально несколько процентов. Это обуславливает разницу в размерах воронки и энергии сейсмических колебаний.

Ядерная зима

Данное понятие характеризует гипотетическое состояние климата на планете в случае широкомасштабной войны с применением ядерного оружия. Предположительно, в связи с выносом в стратосферу огромного количества сажи и дыма, результатов многочисленных пожаров, спровоцированных несколькими боезарядами, на Земле температура понизится повсеместно до арктических показателей. Это будет обусловлено и значительным увеличением числа отраженных от поверхности солнечных лучей. Вероятность возникновения глобального похолодания была предсказана достаточно давно (еще во времена существования Советского Союза). Позже подтверждение гипотезы было осуществлено модельными расчетами.

Из курса физики известно, что нуклоны в ядре - протоны и нейтроны - удерживаются вместе сильным взаимодействием. Оно значительно превосходит силы кулоновского отталкивания, поэтому ядро в целом стабильно. В 20 веке великий ученый Альберт Эйнштейн обнаружил, что масса отдельно взятых нуклонов несколько больше, чем их же масса в связанном состоянии (когда они образуют ядро). Куда девается часть массы? Оказывается, она переходит в энергию связи нуклонов и благодаря ей могут существовать ядра, атомы и молекулы.

Большинство известных ядер стабильные, но встречаются и радиоактивные. Они непрерывно излучают энергию, так как подвержены радиоактивному распаду. Ядра таких химических элементов небезопасны для человека, но энергию, способную разрушить целые города, они не выделяют.

Колоссальная энергия появляется в результате цепной ядерной реакции. В качестве ядерного горючего в атомной бомбе используют изотоп урана-235, а также плутоний. При попадании в ядро одного нейтрона оно начинает делиться. Нейтрон, будучи частицей без электрического заряда, может легко проникнуть в структуру ядра, минуя действие сил электростатического взаимодействия. В результате оно начнет растягиваться. Сильное взаимодействие между нуклонами начнет ослабевать, кулоновские силы же останутся прежними. Ядро урана-235 разделится на два (реже три) осколка. Появятся два дополнительных нейтрона, которые затем могут вступить в подобную реакцию. Поэтому она называется цепной: то, что вызывает реакцию деления (нейтрон), является ее продуктом.

В результате ядерной реакции выделяется энергия, которая связывала нуклоны в материнском ядре урана-235 (энергия связи). Эта реакция лежит в основе работы ядерных реакторов и взрыве атомной бомбы . Для ее осуществления необходимо выполнение одного условия: масса горючего должна быть подкритической. В момент соединения плутония с ураном-235 происходит взрыв.

Ядерный взрыв

После столкновения ядер плутония и урана образуется мощная ударная волна, поражающая все живое в радиусе около 1 км. Огненный шар, появившийся в месте взрыва, постепенно расширяется до 150 метров. Его температура опускается до 8 тысяч Кельвин, когда ударная волна отойдет достаточно далеко. Нагретый воздух переносит радиоактивную пыль на огромные расстояния. Ядерный взрыв сопровождается мощным электромагнитным излучением.

«Я стал Смертью, разрушителем миров». Роберт Оппенгеймер

Генерал Томас Фаррелл: «Эффект, который на меня произвел взрыв, можно назвать великолепным, изумительным и в то же время ужасающим. Человечество еще никогда не создавало явления такой невероятной и устрашающей силы».

Фотографии ядерных взрывов.

Блестящий физик Роберт Оппенгеймер, он же «отец атомной бомбы», родился в Нью-Йорке в 1903 году в семье обеспеченных и образованных евреев. Во время Второй мировой войны он возглавлял разработки американских ядерщиков по созданию первой в истории человечества атомной бомбы.

Название испытания: Trinity (Троица)
Дата: 16 июля 1945
Место: полигон в Аламогордо, штат Нью-Мексико.
Это было испытание первой в мире атомной бомбы. На участке диаметром в 1.6 километра в небо взметнулся гигантский фиолетово-зелено-оранжевый огненный шар. Земля содрогнулась от взрыва, к небу поднялся белый столб дыма и стал постепенно расширяться, принимая на высоте около 11 километров устрашающую форму гриба. Первый ядерный взрыв поразил военных и ученых. Роберту Оппенгеймеру вспомнились строки из индийской эпической поэмы «Бхагавадгита»: «Я стану Смертью, разрушителем миров».

Название испытания: Baker
Дата: 24 июля 1946
Место: Лагуна атолла Бикини
Тип взрыва: Подводный, глубина 27.5 метра
Мощность: 23 килотонны.
Целью проведения испытаний было исследование воздействия ядерного оружия на военно-морские суда и их персонал. 71 корабль был превращен в плавучие мишени. Это было 5-е испытание ядерного оружия.

Бомба была помещена в водонепроницаемый корпус и спущена под воду с судна LSM-60. 8 кораблей-мишеней были потоплены, среди них: корабли LSM-60, Saratoga, Nagato, Arkansas, подводные лодки Pilotfish, Apogon, сухой док ARDC-13, баржу YO-160. Еще восемь судов оказались сильно повреждены. Взрыв поднял в воздух несколько миллионов тонн воды.

Название испытания: Castle Bravo
Дата: 1 марта 1954
Место: атолл Бикини
Тип взрыва: на поверхности
Мощность: 15 мегатонн.

Взрыв водородной бомбы. Castle Bravo был самым мощным взрывом из всех испытаний, когда либо проводимых Соединенными Штатами. Мощность взрыва оказалась намного больше первоначальных прогнозов в 4-6 мегатонн. Кратер от взрыва получился 2 км в диаметре и глубиной 75 м. За 1 минуту грибовидное облако достигло высоты 15 км. Через 8 минут после взрыва гриб достиг максимального размера в 20 км в диаметре. Испытание Castle Bravo вызвало крупнейшее в США радиоактивное заражение территорий и облучение местных жителей.

Название испытания: Castle Romeo
Дата: 26 марта 1954
Место: на барже в кратере Bravo, атолл Бикини
Тип взрыва: на поверхности
Мощность: 11 мегатонн.
Мощность взрыва оказалась в 3 раза больше первоначальных прогнозов. Romeo был первым испытанием, произведенным на барже. Дело в том, что такие ядерные взрывы оставляли большие воронки в атолле, и программа испытаний уничтожила бы все острова.

Название испытания: AZTEC
Дата: 27 апреля 1962
Место: остров Рождества
Мощность: 410 килотонн.
Эти испытания проводились с 1962 по 1963 в США.

Название испытания: Chama
Дата: 18 октября 1962 года
Место: Остров Джонстон
Мощность: 1.59 мегатонн
Часть проекта Доминик - серии испытаний ядерного оружия, состоящей из 105 взрывов.

Название испытания: Truckee
Дата: 9 июня 1962 года
Место: Остров Рождества
Мощность: более 210 килотонн
Часть проекта Доминик - серии испытаний ядерного оружия, состоящей из 105 взрывов.

Название испытания: Dog
Дата: 1951 год

Название испытания: Annie
Дата: 17 марта 1953 года
Место: Ядерный полигон в Неваде
Мощность: 16 килотонн

Название испытания: «Единорог» (фр. Licorne)
Дата: 3 июля 1970 года
Место: атолл во Французской Полинезии
Мощность: 914 килотонн
Крупнейший термоядерный взрыв во Франции.

«Единорог».

«Единорог».

«Единорог».

Название испытания: Oak
Дата: 28 июня 1958 года

Мощность: 8.9 мегатонн

Название испытания: Mike
Дата: 31 октября 1952 года
Место: Остров Elugelab («Flora»), атолл Эневейта
Мощность: 10.4 мегатонны

Устройство, взорванное при испытании Майка и названное «колбасой», было первой настоящей «водородной» бомбой мегатонного класса. Грибовидное облако достигло высоты 41 км при диаметре 96 км. Мощность Майка была больше, чем мощность всех сброшенных бомб во Вторую мировую войну.

Название испытания: Grable
Дата: 25 мая 1953 года
Место: Ядерный полигон в Неваде
Мощность: 15 килотонн

В рамках операции «Апшот-Нотхол» - серии из 11 ядерных взрывов, осуществленных Соединенными Штатами в 1953 году.

Название испытания: George
Дата: 1951 год
Место: Ядерный полигон в Неваде

Название испытания: Priscilla
Дата: 1957 год
Место: Ядерный полигон в Неваде
Мощность: 37 килотонн

В рамках серии испытаний «Plumbbob» в мае - октябре 1957 года.

Еще одна фотография ядерного взрыва Castle Romeo, о котором мы писали выше:

Копии первых атомных бомб «Малыш» (Little Boy) с массой заряда 16 килотонн и «Толстяк» (Fat Man) с массой заряда 21 килотонна. Именно «Малыш» был сброшен на Хиросиму 6 августа 1945, а «Толстяк» на Нагасаки 9 августа 1945:

Название испытания: Umbrella
Дата: 8 июня 1958 года
Место: Лагуна Эниветок в Тихом океане
Мощность: 8 килотонн
Подводный ядерный взрыв был произведён в ходе операции «Hardtack». В качестве мишеней использовались списанные корабли.

Название испытания: Seminole
Дата: 6 июня 1956 года
Место: Лагуна Эниветок в Тихом океане
Мощность: 13.7 килотонн

Название испытания: YESO
Дата: 10 июня 1962 года
Место: Остров Рождества
Мощность: 3 мегатонны

Название испытания: Rhéa
Дата: 14 июня 1971 года
Место: Французская Полинезия
Мощность: 1 мегатонна

Атомные бомбардировки Хиросимы (слева, атомная бомба «Малыш», 6 августа 1945) и Нагасаки (справа, атомная бомба «Толстяк», 9 августа 1945) - единственный в истории человечества пример боевого использования ядерного оружия. Общее количество погибших составило от 90 до 166 тысяч человек в Хиросиме и от 60 до 80 тысяч человек - в Нагасаки.

Название испытания: Annie
Дата: 17 марта 1953 года
Место: Ядерный полигон в Неваде
Мощность: 16 килотонн

В рамках операции «Апшот-Нотхол» - серии из 11 ядерных взрывов, осуществленных Соединенными Штатами в 1953 году. Серия снимков, показывающее разрушение дома, находящегося в 1 км от взрыва:

АН602 (она же «Царь-бомба» и «Кузькина мать» - термоядерная авиабомба, разработанная в СССР в 1954-1961 гг. группой физиков-ядерщиков под руководством академика И. В. Курчатова. Самое мощное взрывное устройство за всю историю человечества. По разным данным имело мощность от 57 до 58,6 мегатонн:

Название испытания: Царь-бомба
Дата: 30 октября 1961 года
Место: полигон Новая Земля
Мощность: более 50 мегатонн

(Фото архива Минатома):

Место на полигоне в Аламогордо, штат Нью-Мексико, где 16 июля 1945 года была взорвана первая в мире атомная бомба Trinity (Троица).

Взрыв, процесс освобождения большого количества энергии в ограниченном объёме за короткий промежуток времени. В результате В. вещество, заполняющее объём, в котором происходит освобождение энергии…

Ядерная энергия, атомная энергия, внутренняя энергия атомного ядра, выделяющаяся при ядерных реакциях. Энергия, которую необходимо затратить для расщепления ядра на составляющие его нуклоны…

Атомная бомба, авиационная бомба с ядерным зарядом. Первые А. б. были изготовлены в США в конце 2-й мировой войны. При взрыве А. б. освобождается огромное количество ядерной энергии. В июле 1945…

Хиросима, город в Японии, на Ю.-З. о. Хонсю, в дельте р. Ота. Административный центр префектуры Хиросима. 787,6 тыс. жителей (1974). Крупный индустриальный центр в экономическом районе Тюгоку…

Нагасаки, город в Японии, на З. острова Кюсю, у залива Нагасаки. Административный центр префектуры Нагасаки. 421,1 тыс. жителей (1973). Крупный торгово-пассажирский порт; база морского рыболовства в…

Ядерное оружие, оружие, в котором средством поражения является ядерный заряд; представляет собой комплекс, включающий ядерный боеприпас, средство доставки его к цели (ракета, торпеда, самолёт…

Тротиловый эквивалент, масса условного заряда химического взрывчатого вещества (тринитротолуола), энергия взрывчатого разложения которого равна энергии, выделяемой при данном ядерном взрыве. Т. э…

Ядерные цепные реакции, ядерные реакции, в которых частицы, вызывающие их, образуются как продукты этих реакций. Пока единственная известная Я. ц. р. - реакция деления урана и некоторых трансурановых…

Термоядерные реакции, ядерные реакции между лёгкими атомными ядрами, протекающие при очень высоких температурах (порядка 107 К и выше). Высокие температуры, то есть достаточно большие относительные…

Дефект масс, разность между массой атома данного изотопа, выраженной в атомных единицах массы, и массовым числом, равным числу нуклонов в ядре данного изотопа. Д. м. связан с энергией связи нуклонов в…

Критическая масса, наименьшая масса делящегося вещества, при которой может протекать самоподдерживающаяся цепная реакция деления атомных ядер; характеризуется обращением в единицу коэффициента…

Дейтерий (лат. Deuterium, от греч. d&uteros - второй), D, 2Н, тяжёлый водород, стабильный изотоп водорода с массовым числом 2. Ядро атома Д. - дейтрон. Большое различие в массах D и 1Н обусловливает…

Тритий (лат. Tritium), Т (или 3H), радиоактивный изотоп водорода с массовым числом 3 (отсюда название: от греч. tritos - третий). Открыт в 1934 английским учёными Э. Резерфордом, М. Л. Олифантом и П…

Ударная волна, скачок уплотнения, распространяющаяся со сверхзвуковой скоростью тонкая переходная область, в которой происходит резкое увеличение плотности, давления и скорости вещества. У. в…

Архимеда закон, закон статики жидкостей и газов, согласно которому на всякое тело, погруженное в жидкость (или газ), действует со стороны этой жидкости (газа) поддерживающая сила, равная весу…

Магнитуда землетрясения (лат. magnitudo - величина, от magnus - большой), условная величина, характеризующая общую энергию упругих колебаний, вызываемых землетрясениями или взрывами; пропорциональна…

Ядерный взрыв, грандиозный по своим масштабам и разрушительной силе взрыв , вызываемый высвобождением ядерной энергии . К возможности овладения ядерной энергией физики вплотную подошли в начале второй мировой войны 1939-45. Первая так называемая атомная бомба была создана в США объединёнными усилиями большой группы крупнейших учёных, многие из которых эмигрировали из Европы, спасаясь от гитлеровского режима. Первый испытательный Я. в. был произведён 16 июля 1945 близ Аламогордо (штат Нью-Мексико, США); 6 и 9 августа 1945 две американские атомные бомбы были сброшены на японские города Хиросима и Нагасаки (см. Ядерное оружие). Энергия первых Я. в. оценивалась примерно в 1021 эрг (1014 дж ),что эквивалентно выделению энергии при взрыве около 20 тыс. т (кт ) тротила (энергию Я. в. обычно характеризуют его тротиловым эквивалентом). В СССР первый атомный взрыв был осуществлен в августе 1949, а 12 августа 1953 в СССР было проведено первое испытание значительно более мощной водородной бомбы. В дальнейшем ядерные державы производили испытательные Я. в. с энергиями до десятков млн. т (Мт ) тротилового эквивалента.

К Я. в. может привести либо ядерная цепная реакция деления тяжёлых ядер (например, 235U и 239Pu), либо термоядерная реакция синтеза ядер гелия из более лёгких ядер. Ядра 235U и 239Pu делятся при захвате нейтрона на два осколочных ядра средней атомной массы; при этом рождается также несколько нейтронов (обычно два-три). Сумма масс всех дочерних частиц меньше массы исходного ядра на величину Dm , называемую дефектом массы . Дефекту массы, согласно соотношению А. Эйнштейна, отвечает энергия DЕ = Dm × c2 (с - скорость света), которая представляет собой энергию связи продуктов деления в исходном ядре. Высвобождение этой энергии при быстро развивающейся цепной ядерной реакции деления и приводит к взрыву. На одно делящееся ядро энергия DE составляет около 200 Мэв. В 1 кг 235U или 239Pu содержится 2,5 ×1024 ядер. При делении всех этих ядер выделяется огромная энергия, равная примерно 1021 эрг.

Возможность протекания цепной реакции деления обусловлена тем, что в акте деления рождается более одного нейтрона. Каждый из них также может произвести деление ядер. Следующее поколение нейтронов делит другие ядра и т. д. Например, если по два нейтрона каждого поколения производят деление, то через 80 поколений реакция, начавшаяся с одного нейтрона, приведёт к распаду всех ядер 1 кг делящегося вещества. Обычно не все нейтроны вызывают деление ядер, часть из них теряется. Если потери слишком велики, то цепная реакция развиться не может. Вероятность потери отдельного нейтрона тем выше, чем меньше линейные размеры и масса делящегося вещества. Предельные условия, когда в веществе может развиться цепная реакция, называются критическими. Они характеризуются плотностью, геометрией, массой вещества (например, существует критическая масса). Делящееся вещество в ядерном заряде располагают так, чтобы оно находилось в докритических условиях (например, чтобы масса была рассредоточена). В нужный момент осуществляются сверхкритические условия (всю массу собирают вместе), и тогда инициируется цепная реакция. Собрать всю массу необходимо очень быстро, для того чтобы реакция протекала при возможно большей степени сверхкритичности и до разлёта нагревающегося вещества успела бы прореагировать возможно большая его доля. Возможности повышения мощности Я. в., основанного на цепной реакции деления ядер, практически ограничены, т. к. очень трудно большую массу делящегося вещества, вначале расположенную в докритической форме, достаточно быстро превратить в сверхкритическую.

Я. в. большой мощности с эквивалентом в миллионы и десятки млн. т тротила основаны на использовании реакции термоядерного синтеза. Основная реакция здесь - превращение двух ядер тяжёлых изотопов водорода (дейтерия 2H и трития 3H) в ядро гелия 4He и нейтрон. В одном акте выделяется энергия 17,6 Мэв . При полном превращении 1 кг тяжёлого водорода выделяется энергия, примерно в 4 раза превышающая энергию деления 1 кг 235U или 239Pu. Для того чтобы положительно заряженные ядра 2H и 3H могли столкнуться и испытать превращение, они должны преодолеть действующие между ними электрические силы отталкивания, т. е. обладать значительной скоростью (кинетической энергией). Поэтому термоядерная реакция, используемая в водородной бомбе, протекает при очень высоких температурах - порядка десятков млн. градусов, что достигается при Я. в. атомной бомбы, применяемой в качестве "запала" в водородной бомбе. Поскольку водород в обычном состоянии представляет собой газ, при осуществлении термоядерного взрыва используют твёрдые водородсодержащие вещества 6Li 2H, 6Li 3H. Ядра лития и сами участвуют в термоядерной реакции, повышая энергетический выход термоядерного взрыва.

Непосредственно после завершения ядерной реакции к моменту времени 10-7 сек , отсчитываемому от её начала, выделившаяся энергия оказывается сосредоточенной в весьма ограниченных массе и объёме (порядка 1 т и 1 м 3). температура и давление при этом достигают колоссальных величин порядка 10 млн. градусов и миллиарда атмосфер. Существенная доля энергии высвечивается этим нагретым веществом в виде мягкого рентгеновского излучения, которое, однако, может распространиться на большое расстояние только при Я. в. в чрезвычайно разреженной атмосфере - на высотах порядка 100 км и выше. Во всех остальных случаях - при взрывах в воздухе на не очень больших высотах, под землёй, под водой - почти вся энергия взрыва переходит в среду, непосредственно окружающую вещество ядерного заряда: воздух, землю, воду. Под действием высокого давления в окружающей среде возникает сильная ударная волна . Я. в. порождает также проникающую радиацию - потоки гамма-квантов и нейтронов, которые уносят несколько процентов от всей энергии взрыва и распространяются в воздухе при атмосферном давлении на много сотен м .

Воздух в ударной волне Я. в. нагревается до сотен тыс. градусов и начинает ярко светиться, возникает так называемый огненный шар. Вначале поверхность огненного шара совпадает с фронтом ударной волны, и они вместе расширяются с большой скоростью. Например, при Я. в., эквивалентном 20 кт , в воздухе атмосферного давления через 10-4 сек радиус огненного шара равен примерно 14 м ; через 0,01 сек - 100 м . На этой стадии происходит отрыв ударной волны от границы огненного шара. Ударная волна, уже не вызывая свечение, уходит далеко вперёд; расширение огненного шара замедляется, а затем вовсе прекращается. Через 0,1 сек радиус огненного шара достигает своей максимальной величины - примерно 150 м ; температура свечения в этой стадии составляет около 8000 К. Через 1 сек яркость свечения начинает падать, и через 2-3 сек свечение практически прекращается. Всего на световое излучение приходится примерно треть всей энергии взрыва. Это излучение, более яркое, чем излучение Солнца, оказывает очень сильное поражающее действие, вызывая даже на расстоянии 2 км пожары, обгорание предметов, ожоги у людей и животных. Через 10 сек ударная волна уходит на расстояние 3,7 км от центра Я. в. Сильное разрушающее действие на дома, промышленные постройки, военную технику ударная волна Я. в. в 20 кт оказывает на расстоянии до 1 км .

Нагретый воздух огненного шара после прекращения свечения, будучи менее плотным, чем окружающий воздух, поднимается вверх под действием архимедовой силы (см. Архимеда закон). В процессе подъёма нагретый воздух расширяется и охлаждается, в нём происходит конденсация паров воды. Так образуется характерное клубящееся облако Я. в. поперечником в сотни м . Через минуту оно достигает высоты 4 км , через 10 мин - 10 км . В дальнейшем это облако, содержащее продукты ядерных реакций, разносится ветрами и воздушными течениями на расстояния в десятки и сотни км . Продукты деления ядер обладают радиоактивностью, они испускают g -кванты и электроны. Под действием радиоактивности и вследствие выпадения радиоактивных осадков происходит радиоактивное заражение местности в области следа облака, которое является одним из опаснейших последствий Я. в., вызывая лучевую болезнь у людей и животных. Особенно опасны в отношении радиоактивного действия Я. в. на малой высоте, когда огненный шар при своём расширении касается поверхности Земли, вверх вздымается огромный столб пыли и земли, и радиоактивные продукты впоследствии выпадают вместе с пылью. Радиус действия ударной волны приблизительно пропорционален корню кубическому из значения энергии, выделяющейся при взрыве. Например, радиус очень сильного разрушающего действия Я. в. в 20 Мт примерно в 10 раз больше, чем для Я. в. в 20 кт , т. е. порядка 10 км . Такой взрыв может уничтожить большой город.

При Я. в. на очень больших высотах, выше 100-200 км , также возникают ударная волна и огненный шар, но в световое излучение переходит значительно меньшая доля энергии Я. в., т. к. вследствие сильной разреженности воздух излучает свет гораздо слабее. Одним из важнейших последствий высотного Я. в. являются возникновение больших областей повышенной ионизации с радиусом в десятки и даже сотни км и возмущение атмосферы. Ионизация вызывается действием рентгеновского и g-излучении (а также нейтронов) и приводит к серьёзным нарушениям в работе средств радиолокации и радиосвязи. Высотные Я. в., осуществленные в 1958-62 в США, показали, что устойчивая радиосвязь может прерываться на десятки мин.

При подводном взрыве примерно половина всей энергии содержится в первичной ударной волне, которая и производит основные разрушения. Для подводного взрыва характерно образование большого пузыря вокруг центра взрыва, который совершает пульсирующие движения, затухающие с течением времени. Вторичные волны, излучаемые за счёт пульсаций пузыря, оказывают значительно меньшее действие, чем первичная ударная волна. Радиус сильного разрушающего действия, приводящего к нототению кораблей (при Я. в. в 20 кт на небольшой глубине), составляет ~ 0,5 км . При подводном Я. в. появляется "султан" - огромный столб над поверхностью воды, состоящий из водяной пыли и брызг. Возникают также сильные поверхностные волны, которые распространяются на многие км (при взрыве в 20 кт на расстоянии 3 км от эпицентра взрыва высота гребня волны достигает 3 м ).

При подземном Я. в. разрушения производит также ударная волна. Как и при подводном взрыве, в центре возникает газовый пузырь высокого давления. При неглубоком взрыве образуется огромная воронка, в воздух поднимается столб пыли и земли. Подземный Я. в. вызывает толчок, по своему действию аналогичный землетрясению. По своей энергии Я. в. в 20 кт можно сравнить с землетрясением силой в 5 М (магнитуд) по шкале Рихтера (см. Магнитуда землетрясения). Я. в. водородной бомбы в 20 Мт соответствует землетрясению с силой 7 М . Сейсмические волны подземных Я. в. регистрируются на расстояниях в тысячи км от места взрыва.

Ю. П. Райзер.

Подземные Я. в. применялись в мирных целях для крупномасштабных горных работ, добычи полезных ископаемых и др. Различают заглубленный Я. в. наружного действия и подземного (камуфлетного), когда радиус разрушающего действия не достигает поверхности земли. Я. в. наружного действия, с помощью которых можно направленно перемещать огромные массы горных пород (для вскрытия месторождений полезных ископаемых, строительства каналов, набросных плотин, водоёмов, искусственных гаваней и т. п.), требуют создания ядерных устройств и методов их детонации, гарантирующих отсутствие радиоактивного загрязнения атмосферы и полную безопасность биосферы. Камуфлетные Я. в. осуществляются при заглублении заряда до нескольких км . Эти взрывы интенсифицируют разработку истощённых нефтяных и газовых месторождений, создают (в пластичных породах) ёмкости-хранилища (для природного газа, нефтепродуктов, захоронения отходов и т. п.), позволяют дробить крепкие рудные тела (для их извлечения), ликвидируют аварийные газовые и нефтяные фонтаны.

Лит.: Действие ядерного оружия, пер. с англ., М., 1960; Зельдович Я. Б., Райзер Ю. П., Физика ударных волн и высокотемпературных гидродинамических явлений, 2 изд., М., 1966; Коул Р., Подводные взрывы, пер. с англ., М., 1950; Подземные ядерные взрывы, пер. с англ., М., 1962; Ядерный взрыв в космосе, на земле и под землей, пер. с англ., М., 1974; Атомные взрывы в мирных целях, М., 1970; Израэль Ю. А., Мирные ядерные взрывы и окружающая среда, Л., 1974.