ЯДЕРНЫЙ ВЗРЫВ

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 т. н. атомная бомба была
создана в США объединёнными усилиями большой группы крупнейших учёных,
многие из к-рых эмигрировали из Европы, спасаясь от гитлеровского режима.
Первый испытательный Я. в. был произведён 16 июля 1945 близ Аламогордо
(шт. Нью-Мексико, США); б и 9 авг. 1945 две американские атомные бомбы
были сброшены на япон. города Хиросима и Нагасаки (см.
Ядерное
оружие). Энергия первых Я. в. оценивалась примерно в 10²¹эрг
(10¹⁴дж),
что эквивалентно выделению энергии при взрыве ок. 20 тыс. т (кт)
тротила (энергию Я. в. обычно характеризуют его тротиловым эквивалентом).
В СССР первый атомный взрыв был осуществлён в авг. 1949, а 12 авг.
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 (Mm) тротилового эквивалента.

К Я. в. может привести либо
ядерная
цепная реакция деления тяжёлых ядер х(напр., ²³⁵U и ^23ЭРи),
либо термоядерная реакция синтеза ядер гелия из более лёгких ядер.
Ядра ²³⁵U и ²³¹⁾Ри делятся при захвате нейтрона на
два осколочных ядра средней атомной массы; при этом рождается также неск.
нейтронов (обычно два-три). Сумма масс всех дочерних частиц меньше массы
исходного ядра на величину Am, называемую
дефектом массы. Дефекту
массы, согласно соотношению А. Эйнштейна, отвечает энергия ДЕ = Am -с²(с
- скорость света), к-рая 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
ДЕ составляет ок. 200
Мэв. В 1 кг ²³⁵U или ²³⁹Ри
содержится 2,5'10²⁴ ядер. При делении всех этих ядер выделяется
огромная энергия, равная примерно Ю²¹ 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. Напр., 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 отд. нейтрона тем выше, чем меньше линейные размеры и масса делящегося
вещества. Предельные условия, когда в веществе может развиться цепная реакция,
наз. критическими. Они характеризуются плотностью, геометрией, массой вещества
(напр., существует критическая масса). Делящееся вещество в ядерном
заряде располагают так, чтобы оно находилось в докритических условиях (напр.,
чтобы масса была рассредоточена). В нужный момент осуществляются сверхкритич.
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 док-ритич. 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. Осн. реакция здесь - превращение двух ядер тяжёлых
изотопов водорода (дейтерия ²Н и трития ³Н)
в ядро гелия ⁴Не 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 ²³⁹Ри. Для того чтобы положительно заряженные ядра ²Н
и ³Н могли столкнуться и испытать превращение, они должны преодолеть
действующие между ними электрич. силы отталкивания, т. е. обладать значит,
скоростью (кинетич. энергией). Поэтому термоядерная реакция, используемая
в водородной бомбе, протекает при очень высоких темп-pax - 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 ⁶ Li ²Н, ⁶ Li ³Н.
Ядра лития и сами участвуют в термоядерной реакции, повышая энерге-тич.
выход термоядерного взрыва.

Непосредственно после завершения ядерной
реакции к моменту времени 10-' сек, отсчитываемому от её начала,
выделившаяся энергия оказывается сосредоточенной в весьма ограниченных
массе и объёме (порядка 1 т и 1 м³). Темп-pa 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, к-рое, 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,
к-рые уносят неск. процентов от всей энергии взрыва и распространяются
в воздухе при атм. давлении на много сотен м.

Воздух в ударной волне Я. в. нагревается
до сотен тыс. градусов и начинает ярко светиться, возникает т. н. огненный
шар. Вначале поверхность огненного шара совпадает с фронтом ударной волны,
и они вместе расширяются с большой скоростью. Напр., при Я. в., эквивалентном
20 кт, в воздухе атм. давления через Ю-⁴сек 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 макс, величины - примерно 150
м; темп-pa
свечения в этой стадии составляет ок. 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, пром. постройки, воен. 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
10мин - 10 км. В дальнейшем это облако, содержащее продукты
ядерных реакций, разносится ветрами и возд. течениями на расстояния в десятки
и сотни км. Продукты деления ядер обладают радиоактивностью, они
испускают -у-кванты и электроны. Под действием радиоактивности и вследствие
выпадения радиоактивных осадков происходит радиоактивное заражение местности
в области следа облака, к-рое 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. Напр., радиус очень сильного
разрушающего действия Я. в. в 20 Mm
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 y-излучений
(а также нейтронов) и приводит к серьёзным нарушениям в работе средств
радиолокации и радиосвязи. Высотные Я. в., осуществлённые 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, к-рая и производит осн.
разрушения. Для подводного взрыва характерно образование большого пузыря
вокруг центра взрыва, к-рый совершает пульсирующие движения, затухающие
с течением времени. Вторичные волны, излучаемые за счет пульсаций пузыря,
оказывают значительно меньшее действие, чем первичная ударная волна. Радиус
сильного разрушающего действия, приводящего к потоплению кораблей (при
Я. в. в 20 кт на небольшой глубине), составляет 0,5 км. При подводном
Я. в. появляется "султан" - огромный столб нлд поверхностью воды, состоящий
из водяной пыли и брызг. Возникают также сильные поверхностные волны, к-рые
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. Магнитцда землетрясения). Я. в. водородной бомбы
в 20 Mm соответствует землетрясению с силой 7 М. Сейсмические
волны подземных Я. в. регистрируются на расстояниях в тысячи км от
места взрыва.

Ю. Л. Райзер.

Подземные Я. в. применялись в мирных
целях для крупномасштабных горных работ, добычи полезных ископаемых и др.
Различают заглублённый Я. в. наружного действия и подземного (камуфлетного),
когда радиус разрушающего действия не достигает поверхности земли. Я. в.
наружного действия, с помощью к-рых можно направленно перемещать огромные
массы горных пород (для вскрытия месторождений полезных ископаемых, стр-ва
каналов, набросных плотин, водоёмов, искусств, гаваней и т. п.), требуют
создания ядерных устройств и методов их детонации, гарантирующих отсутствие
радиоактивного загрязнения атмосферы и полную безопасность биосферы. Камуфлетн
ы е Я. в. осуществляются при заглублении заряда до неск. 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., I960; Зельдович Я. Б., Райзер Ю. П., Физика ударных волн
и высокотемпературных гидродинамических явлений, 2 изд., М., 1966; К о
у л 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; И зр а
э л ь Ю. А., Мирные ядерные взрывы и окружающая среда, Л., 1974.

А Б В Г Д Е Ё Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ъ Ы Ь Э Ю Я