АТОМНОЕ ОРУЖИЕ ИМПЛОЗИОННОГО ТИПА представляет собой полую сферу из делящегося материала, окруженную слоем обычного взрывчатого вещества. При детонации наружной сферы внутренняя сжимается до критической массы и происходит ядерный взрыв. Устройства, взорванные в Аламогордо и над Нагасаки, были такого типа. а – до взрыва; б – после взрыва; 1 – корпус; 2 – обычное ВВ; 3 – докритическая масса Pu-239; 4 – воздушная полость и зазоры; 5 – провода системы детонации; 6 – критическая масса.
АТОМНОЕ ОРУЖИЕ ОРУДИЙНОГО ТИПА. С помощью заряда обычного взрывчатого вещества одно полушарие из делящегося материала докритической массы выстреливается в другое, такое же. В результате начинается цепная реакция и происходит ядерный взрыв. 1 – корпус; 2 – обычное ВВ; 3 – детонатор; 4 – воздушный промежуток; 5 – нейтронный отражатель; 6 – докритическая масса U-235.Испытания ядерного оружия впервые были проведены на Аламогордской базе ВВС, расположенной в пустынной части шт. Нью-Мексико. Плутониевое ядерное устройство, установленное на стальной башне, было успешно взорвано 16 июля 1945. Энергия взрыва приблизительно соответствовала 20 кт тротила. При взрыве образовалось грибовидное облако, башня обратилась в пар, а характерный для пустыни грунт под ней расплавился, превратившись в сильно радиоактивное стеклообразное вещество. (Через 16 лет после взрыва уровень радиоактивности в этом месте все еще был выше нормы.) Информация об удачном опытном взрыве сохранялась в тайне от общественности, но была передана президенту Г.Трумэну, который в то время находился в Потсдаме на переговорах о послевоенном устройстве Германии. Проинформированы были также У.Черчилль и И.Сталин.
В это время велась подготовка к вторжению войск союзников в Японию. Чтобы обойтись без вторжения и избежать связанных с ним потерь – сотен тысяч жизней военнослужащих союзных войск, – 26 июля 1945 президент Трумэн из Потсдама предъявил ультиматум Японии: либо безоговорочная капитуляция, либо «быстрое и полное уничтожение». Японское правительство не ответило на ультиматум, и президент отдал приказ сбросить атомные бомбы.
6 августа самолет B-29 «Энола-Гэй», поднявшийся в воздух с базы на Марианских островах, сбросил на Хиросиму бомбу из урана-235 мощностью ок. 20 кт. Большой город состоял в основном из легких деревянных построек, но в нем было много и железобетонных зданий. Бомба, взорвавшаяся на высоте 560 м, опустошила зону площадью ок. 10 кв. км. Были разрушены практически все деревянные строения и многие даже самые прочные дома. Пожары нанесли городу непоправимый ущерб. Было убито и ранено 140 тыс. человек из 255-тысячного населения города.
ВЗРЫВ АТОМНОЙ БОМБЫ над Хиросимой 6 августа 1945.Японское правительство и после этого не сделало недвусмысленного заявления о капитуляции, и поэтому 9 августа была сброшена вторая бомба – на этот раз на Нагасаки. Людские потери, хотя и не такие, как в Хиросиме, были тем не менее огромны. Вторая бомба убедила японцев в невозможности сопротивления, и император Хирохито предпринял шаги в направлении капитуляции Японии.
В октябре 1945 президент Трумэн законодательным порядком передал ядерные исследования под гражданский контроль. Законопроектом, принятым в августе 1946, была учреждена комиссия по атомной энергии из пяти членов, назначаемых президентом США.
Эта комиссия прекратила свою деятельность 11 октября 1974, когда президент Дж.Форд создал комиссию по ядерной регламентации и управление по энергетическим исследованиям и разработкам, причем на последнее возлагалась ответственность за дальнейшие разработки ядерного оружия. В 1977 было создано министерство энергетики США, которое должно было контролировать научные исследования и разработки в области ядерного оружия.
В 1956 было создано Международное агентство по атомной энергии (МАГАТЭ). В 1970, когда был заключен договор о нераспространении ядерного оружия, МАГАТЭ взяло на себя дополнительную важную функцию – контролировать выполнение названного договора его участниками, не входящими в число ядерных держав. Примерно треть ресурсов МАГАТЭ идет на деятельность, связанную с таким контролем, а другие две трети – на помощь и кооперацию в разработках и обеспечении безопасности энергетики, а также на другие мирные ядерные программы.
В 1958 было создано Европейское сообщество по атомной энергии (Евратом), тоже для контроля за применением ядерной энергии в мирных целях. Первоначально его членами были Франция, Италия, Нидерланды, Люксембург и ФРГ. В 1973 в него вошли также Великобритания, Ирландия и Дания, в 1981 – Греция, в 1986 – Испания и Португалия и в 1995 – Австрия, Швеция и Финляндия.
Бомба, взорванная над Хиросимой, была изготовлена из урана-235, а по конструкции относилась к т.н. орудийному типу. В бомбах такого типа делящийся материал состоит из двух частей, расположенных в противоположных концах орудийного ствола. Масса каждой из этих двух половин – докритическая. Одна из них называется мишенью, другая – снарядом. Чтобы бомба взорвалась, производится детонация неядерного взрывного заряда, в результате чего снаряд выстреливается в мишень. Образуется критическая масса, что приводит к ядерному взрыву.
В бомбе имплозионной конструкции, сброшенной на Нагасаки, требуется меньше делящегося материала для заданной мощности взрыва, она меньше по размерам; мощность оружия можно изменять соответственно типу носителя. В результате параллельных разработок были созданы ядерные артиллерийские снаряды.
Водородная бомба. Поскольку масса каждого заряда урана или плутония в бомбе, основанной на делении ядер, должна быть докритической, мощность атомной бомбы можно наращивать, только увеличивая число зарядов. Таким образом, с повышением мощности бомбы она быстро растет в размерах и в конце концов становится нетранспортабельной. Поэтому исследователи, работавшие в области ядерного оружия, обратились к реакции термоядерного синтеза как возможному источнику энергии взрыва (см. также ЯДЕРНЫЙ СИНТЕЗ). Термоядерную («водородную») бомбу в принципе можно сделать любых размеров.
Соответствующие исследования в США вначале почти не получили поддержки, и до 1950 разработки и испытания практически не проводились. Лишь некоторые ученые, в частности Э.Теллер, продолжали заниматься этим вопросом и совершенствовали теорию, на которой могли основываться испытания.
Советский Союз взорвал свою первую атомную бомбу в 1949. Президент Трумэн 13 января 1951 распорядился ускорить разработку водородной бомбы. В ноябре 1952 в США было взорвано нетранспортабельное термоядерное устройство. Это был первый термоядерный взрыв, мощность его составила несколько мегатонн тротилового эквивалента. В 1953 о взрыве своей термоядерной бомбы объявило советское правительство.
Оружие повышенной радиации. Оружие повышенной радиации по проникающей радиации не уступает атомному (основанному на делении), которое оно призвано заменить, но выделяет значительно меньше тепла, создает более слабую ударную волну и меньше радиоактивных осадков. Такая «нейтронная бомба» (на самом деле не бомба, а артиллерийский снаряд), уничтожающая живую силу, представляет собой тактическое оружие, рассчитанное на применение против бронетехники на малых полях сражения. Нейтронная бомба была испытана в США, Франции, Советском Союзе и, вероятно, в КНР, но, по-видимому, не была принята на вооружение. См. также ЯДЕР ДЕЛЕНИЕ; ЯДЕРНЫЙ СИНТЕЗ.
Испытания ядерного оружия могут проводиться в космосе, в атмосфере, на воде или на суше, под землей или под водой. Если они проводятся над землей или над водой, то в атмосферу вносится облако мелкой радиоактивной пыли, которая затем широко рассеивается. При испытаниях в атмосфере образуется зона долго сохраняющейся остаточной радиоактивности. Соединенные Штаты, Великобритания и Советский Союз отказались от атмосферных испытаний, ратифицировав в 1963 договор о запрещении ядерных испытаний в трех средах. Франция последний раз провела атмосферное испытание в 1974. Самое последнее испытание в атмосфере было проведено в КНР в 1980. После этого все испытания проводились под землей, а Францией – под океанским дном.
В 1968 был открыт к подписанию договор о нераспространении ядерного оружия, подготовленный тоже комиссией ООН по разоружению. К середине 1990-х годов его ратифицировали все пять ядерных держав, а всего подписали 181 государство. В число 13 не подписавших входили Израиль, Индия, Пакистан и Бразилия. Договор о нераспространении ядерного оружия запрещает владеть ядерным оружием всем странам, кроме пяти ядерных держав (Великобритании, КНР, России, Соединенных Штатов и Франции). В 1995 этот договор был продлен на неопределенный срок.
Среди двусторонних соглашений, заключенных между США и СССР, были договоры об ограничении стратегических вооружений (ОСВ-I в 1972, ОСВ-II в 1979), об ограничении подземных испытаний ядерного оружия (1974) и о подземных ядерных взрывах в мирных целях (1976).
В конце 1980-х годов упор был перенесен со сдерживания роста вооружений и ограничения ядерных испытаний на сокращение ядерных арсеналов сверхдержав. Договор о ядерных вооружениях средней и меньшей дальности, подписанный в 1987, обязывал обе державы ликвидировать свои запасы ядерных ракет наземного базирования с дальностью 500–5500 км. Переговоры между США и СССР о сокращении наступательных вооружений (СНВ), проводившиеся как продолжение переговоров ОСВ, завершились в июле 1991 заключением договора (СНВ-1), по которому обе стороны согласились сократить примерно на 30% свои запасы ядерных баллистических ракет большой дальности. В мае 1992, когда распался Советский Союз, США подписали соглашение (т.н. Лиссабонский протокол) с бывшими республиками СССР, владевшими ядерным оружием, – Россией, Украиной, Белоруссией и Казахстаном, – в соответствии с которым все стороны обязаны выполнять договор СНВ-1. Был также подписан договор СНВ-2 между Россией и США. Им устанавливается предельное число боеголовок для каждой из сторон, равное 3500. Сенат США ратифицировал этот договор в 1996.
Договором по Антарктике от 1959 был введен принцип безъядерной зоны. С 1967 вошел в силу договор о запрещении ядерного оружия в Латинской Америке (Тлателолькский договор), а также договор о мирном исследовании и использовании космического пространства. Велись переговоры и о других безъядерных зонах.
В 1952 Великобритания взорвала свою первую атомную бомбу, а в 1957 – водородную. Эта страна полагается на небольшой стратегический арсенал баллистических ракет подводного базирования БРПЛ (т.е. запускаемых с подлодок), а также на использование (до 1998) авиационных средств доставки.
Франция провела испытания ядерного оружия в пустыне Сахара в 1960, а термоядерного – в 1968. До начала 1990-х годов французский арсенал тактического ядерного оружия состоял из баллистических ракет малой дальности и ядерных бомб, доставляемых самолетами. Стратегические вооружения Франции – это баллистические ракеты промежуточной дальности и БРПЛ, а также ядерные бомбардировщики. В 1992 Франция приостановила проведение испытаний ядерного оружия, но в 1995 возобновила их – для модернизации боеголовок ракет подводного базирования. В марте 1996 французское правительство объявило, что полигон для запуска стратегических баллистических ракет, расположенный на плато д"Альбион в центральной Франции, будет поэтапно ликвидирован.
КНР в 1964 стала пятой ядерной державой, а в 1967 взорвала термоядерное устройство. Стратегический арсенал КНР состоит из ядерных бомбардировщиков и баллистических ракет промежуточной дальности, а тактический – из баллистических ракет средней дальности. В начале 1990-х годов КНР дополнила свой стратегический арсенал баллистическими ракетами подводного базирования. После апреля 1996 КНР оставалась единственной ядерной державой, не прекратившей ядерных испытаний.
Распространение ядерного оружия. Кроме перечисленных выше, имеются и другие страны, располагающие технологией, необходимой для разработки и создания ядерного оружия, но те из них, которые подписали договор о нераспространении ядерного оружия, отказались от применения ядерной энергии в военных целях. Известно, что Израиль, Пакистан и Индия, не подписавшие названного договора, имеют ядерное оружие. КНДР, подписавшая договор, подозревается в скрытном проведении работ по созданию ядерного оружия. В 1992 ЮАР объявила, что в ее распоряжении имелось шесть единиц ядерного оружия, но они были уничтожены, и ратифицировала договор о нераспространении. Инспектирование, проведенное специальной комиссией ООН и МАГАТЭ в Ираке после войны в Персидском заливе (1990–1991), показало, что у Ирака имелась серьезно поставленная программа разработки ядерного, биологического и химического оружия. Что касается его ядерной программы, то ко времени войны в Персидском заливе Ираку оставалось лишь два-три года до создания готового к применению ядерного оружия. Правительства Израиля и США утверждают, что своя программа разработки ядерного оружия имеется у Ирана. Но Иран подписал договор о нераспространении, а в 1994 вошло в силу соглашение с МАГАТЭ о международном контроле. С тех пор инспекторы МАГАТЭ не сообщали фактов, свидетельствующих о работах по созданию ядерного оружия в Иране.
При детонации взрывчатых веществ обычного типа почти вся энергия выделяется в виде кинетической энергии, которая практически полностью переходит в энергию ударной волны. При ядерном и термоядерном взрывах по реакции деления ок. 50% всей энергии переходит в энергию ударной волны, а ок. 35% – в световое излучение. Остальные 15% энергии высвобождаются в форме разных видов проникающей радиации.
При ядерном взрыве образуется сильно нагретая, светящаяся, приблизительно сферическая масса – т.н. огненный шар. Он сразу же начинает расширяться, охлаждаться и подниматься вверх. По мере его охлаждения пары в огненном шаре конденсируются, образуя облако, содержащее твердые частицы материала бомбы и капельки воды, что придает ему вид обычного облака. Возникает сильная воздушная тяга, всасывающая в атомное облако подвижный материал с поверхности земли. Облако поднимается, но через некоторое время начинает медленно опускаться. Опустившись до уровня, на котором его плотность близка к плотности окружающего воздуха, облако расширяется, принимая характерную грибовидную форму.
| Таблица 1. ДЕЙСТВИЕ УДАРНОЙ ВОЛНЫ | |||
| Объекты и избыточное давление, необходимое для их серьезного повреждения | Радиус серьезного повреждения, м | ||
5 кт | 10 кт | 20 кт | |
| Танки (0,2 МПа) | 120 | 150 | 200 |
| Автомашины (0,085 МПа) | 600 | 700 | 800 |
| Люди в застроенной местности (вследствие предсказуемых вторичных эффектов) | 600 | 800 | 1000 |
| Люди на открытой местности (вследствие предсказуемых вторичных эффектов) | 800 | 1000 | 1400 |
| Железобетонные здания (0,055 МПа) | 850 | 1100 | 1300 |
| Самолеты на земле (0,03 МПа) | 1300 | 1700 | 2100 |
| Каркасные здания (0,04 МПа) | 1600 | 2000 | 2500 |
Прямое энергетическое действие.
Действие ударной волны. Через долю секунды после взрыва от огненного шара распространяется ударная волна – как бы движущаяся стена горячего сжатого воздуха. Толщина этой ударной волны значительно больше, чем при обычном взрыве, и поэтому она дольше воздействует на встречный объект. Скачок давления причиняет ущерб из-за увлекающего действия, приводящего к перекатыванию, обрушению и разметыванию объектов. Сила ударной волны характеризуется создаваемым ею избыточным давлением, т.е. превышением нормального атмосферного давления. При этом пустотелые структуры легче разрушаются, нежели сплошные или армированные. Приземистые и подземные сооружения в меньшей мере подвержены разрушительному действию ударной волны, чем высокие здания.
Тело человека обладает удивительной стойкостью к ударной волне. Поэтому прямое воздействие избыточного давления ударной волны не приводит к значительным людским потерям. Большей частью люди гибнут под обломками обрушивающихся зданий и получают травмы от быстро движущихся предметов. В табл. 1 представлен ряд различных объектов с указанием избыточного давления, вызывающего серьезные повреждения, и радиуса зоны, в которой наблюдается серьезное повреждение при взрывах мощностью 5, 10 и 20 кт тротилового эквивалента.
Действие светового излучения. Как только возникает огненный шар, он начинает испускать световое излучение, в том числе инфракрасное и ультрафиолетовое. Происходят две вспышки светового излучения: интенсивная, но малой длительности, при взрыве, обычно слишком короткая, чтобы вызвать значительные людские потери, а затем вторая, менее интенсивная, но более длительная. Вторая вспышка оказывается причиной почти всех людских потерь, обусловленных световым излучением.
Световое излучение распространяется прямолинейно и действует в пределах видимости огненного шара, но не обладает сколько-нибудь значительной проникающей способностью. Надежной защитой от него может быть непрозрачная ткань, например палаточная, хотя сама она может загореться. Светлоокрашенные ткани отражают световое излучение, а поэтому требуют для воспламенения большей энергии излучения, чем темные. После первой вспышки света можно успеть спрятаться за тем или иным укрытием от второй вспышки. Степень поражения человека световым излучением зависит от того, в какой мере открыта поверхность его тела.
Прямое действие светового излучения обычно не приводит к большим повреждениям материалов. Но поскольку такое излучение вызывает возгорание, оно может причинять большой ущерб вследствие вторичных эффектов, о чем свидетельствуют колоссальные пожары в Хиросиме и Нагасаки.
Проникающая радиация. Проникающая ядерная радиация действует почти исключительно на людей и другие живые организмы. Возникают два вида проникающей радиации: начальная и остаточная. Начальная радиация, состоящая в основном из гамма-излучения и нейтронов, испускается самим взрывом в течение примерно 60 с. Она действует в пределах прямой видимости. Ее поражающее действие можно уменьшить, если, заметив первую взрывную вспышку, сразу спрятаться в укрытие. Начальная радиация обладает значительной проникающей способностью, так что для защиты от нее требуется толстый лист металла или толстый слой грунта. Стальной лист толщиной 40 мм пропускает половину падающей на него радиации. Как поглотитель радиации сталь в 4 раза эффективнее бетона, в 5 раз – земли, в 8 раз – воды, и в 16 раз – дерева. Но она в 3 раза менее эффективна, чем свинец.
Остаточная радиация испускается длительное время. Она может быть связана с наведенной радиоактивностью и с радиоактивными осадками. В результате действия нейтронной составляющей начальной радиации на грунт вблизи эпицентра взрыва грунт становится радиоактивным. При взрывах на поверхности земли и на небольшой высоте наведенная радиоактивность особенно велика и может сохраняться длительное время.
«Радиоактивными осадками» называется загрязнение частицами, выпадающими из радиоактивного облака. Это частицы делящегося материала самой бомбы, а также материала, затянутого в атомное облако с земли и ставшего радиоактивным в результате облучения нейтронами, высвобождающимися в ходе ядерной реакции. Такие частицы постепенно оседают, что приводит к радиоактивному загрязнению поверхностей. Более тяжелые из них быстро оседают неподалеку от места взрыва. Более легкие радиоактивные частицы, уносимые ветром, могут оседать на расстоянии многих километров, заражая большие площади на протяжении длительного времени.
Прямые людские потери от радиоактивных осадков могут быть значительны вблизи эпицентра взрыва. Но с увеличением расстояния от эпицентра интенсивность радиации быстро уменьшается.
Виды поражающего действия радиации. Радиация разрушает ткани тела. Поглощенная доза излучения – это энергетическая величина, измеряемая в радах (1 рад = 0,01 Дж/кг) для всех видов проникающего излучения. Разные виды излучения оказывают разное действие на организм человека. Поэтому экспозиционная доза рентгеновского и гамма-излучения измеряется в рентгенах (1Р = 2,58Ч10–4 Кл/кг). Вред, нанесенный человеческой ткани поглощением радиации, оценивается в единицах эквивалентной дозы излучения – бэрах (бэр – биологический эквивалент рентгена). Чтобы вычислить дозу в рентгенах, необходимо дозу в радах умножить на т.н. относительную биологическую эффективность рассматриваемого вида проникающей радиации.
Все люди на протяжении своей жизни поглощают некоторое природное (фоновое) проникающее излучение, а многие – искусственное, например рентгеновское. Человеческий организм, по-видимому, справляется с таким уровнем облучения. Вредные же последствия наблюдаются тогда, когда либо полная накопленная доза слишком велика, либо облучение произошло за короткое время. (Правда, доза, полученная в результате равномерного облучения на протяжении более длительного времени, тоже может приводить к тяжелым последствиям.)
Как правило, полученная доза облучения не приводит к немедленному поражению. Даже летальные дозы могут в течение часа и более никак не сказываться. Ожидаемые результаты облучения (всего тела) человека разными дозами проникающей радиации представлены в табл. 2.
Влияние высоты взрыва. Поражающее действие взрыва зависит от высоты, на которой он произведен. Взрыв в воздухе над водой оказывает примерно такое же поражающее действие на надводные цели, как и на наземные. Кроме того, над водой возникает базисная волна высокорадиоактивного белого тумана, распространяющаяся от базиса взрыва со скоростью ок. 80 км/ч.
Электромагнитный импульс. При взрыве ядерного оружия возникает сильное электрическое поле. Взрыв на большой высоте создает на поверхности Земли интенсивные поля электромагнитного излучения на площадях, измеряемых сотнями и тысячами квадратных километров. Действие таких полей на живую силу отнюдь нельзя считать незначительным, но все же сильнее всего они повреждают, на короткое время или окончательно, электронные и электрические устройства, что может иметь самые серьезные последствия для многих систем управления, контроля, связи и наблюдения. См также Война ядерная; Войны звездные; Ракетное оружие.
Таблица 2. БИЛОГИЧЕСКАЯ РЕАКЦИЯ ЛЮДЕЙ НА ПРОНИКАЮЩУЮ РАДИАЦИЮ | |||
| Номинальная доза, рад | Появление первых симптомов | Снижение боеспособности | Госпитализация и дальнейшее протекание |
| 0–70 | В пределах 6 ч легкие случаи проходящей головной боли и тошноты – до 5% группы в верхней части диапазона дозы. | Нет. | Госпитализация не требуется. Работоспособность сохраняется. |
| 70–150 | В пределах 3–6 ч проходящая слабая головная боль и тошнота. Слабая рвота – до 50% группы. | Небольшое снижение способности выполнять свои обязанности у 25% группы. До 5% могут быть небоеспособ-ными. | Возможна госпитализация (20–30 сут) менее чем 5% в верхней части диапазона дозы. Возвращение в строй, летальные исходы крайне маловероятны. |
| 150–450 | В пределах 3 ч головная боль, тошнота и слабость. Легкие случаи поноса. Рвота – до 50% группы. | Сохраняется способность выполнять простые задачи. Способность выполнять боевые и сложные задачи может быть снижена. Свыше 5% небоеспособных в нижней части диапазона дозы (больше – с увеличением дозы). | Показана госпитализация (30–90 сут) после латентного периода 10–30 сут. Смертельные исходы (от 5% и менее до 50% в верхней части диапазона дозы). При наибольших дозах возвращение в строй маловероятно. |
| 450–800 | В пределах 1 ч сильная тошнота и рвота. Понос, лихорадочное состояние в верхней части диапазона. | Сохраняется способность выполнять простые задачи. Значительное снижение боеспособности в верхней части диапазона на период более 24 ч. | Госпитализация (90–120 сут) для всей группы. Латентный период 7–20 сут. 50% смертельных исходов в нижней части диапазона с увеличением к верхнему пределу. 100% смертельных исходов в пределах 45 сут. |
| 800–3000 | В пределах 0,5–1 ч сильные и продолжительные рвота и понос, лихорадка | Значительное снижение боеспособности. В верхней части диапазона у некоторых период временной полной небоеспособности. | Показана госпитализация для 100%. Латентный период менее 7 сут. 100% смертельных исходов в пределах 14 сут. |
| 3000–8000 | В пределах 5 мин сильные и продолжительные понос и рвота, лихорадка и упадок сил. В верх-ней части диапазона дозы возможны судороги. | В пределах 5 мин полный выход из строя на 30–45 мин. После этого частичное восстановление, но с функциональными расстройствами до летального исхода. | Госпитализация для 100%, латентный период 1–2 сут. 100% смертельных исходов в пределах 5 сут. |
| > 8000 | В пределах 5 мин те же симптомы, что и выше. | Полный, необратимый выход из строя. В пределах 5 мин потеря способности выполнять задачи, требующие физических усилий. | Госпитализация для 100%. Латентного периода нет. 100% смертельных исходов через 15–48 ч. |
Ядерный взрыв в космосе, на земле и под землей. М., 1974
Харитон Ю.Б. и др. О создании советской водородной (термоядерной) бомбы. – УФН, 1996, № 2
Ядерные испытания СССР. Общие характеристики, цели, организация. М., 1997
