Ядерный взрыв

Я́дерный взрыв, неуправляемый процесс высвобождения большого количества энергии за малый промежуток времени в результате цепных ядерных реакций деления либо термоядерных реакций синтеза (термоядерный взрыв).

Для осуществления ядерного взрыва в результате цепной ядерной реакции деления необходимо, чтобы масса делящегося вещества (²³⁵ U, ²³⁹ Pu и др.) превысила критическую массу M_кp , зависящую от плотности вещества и его геометрической конфигурации. Для природного ²³⁵ U при сферической форме заряда М_кр ≈ 50 кг. Переход в надкритичное состояние (М > М_кр ) осуществляется быстрым сближением нескольких частей делящегося материала. Обычно для сближения используется химический взрыв, вызывающий сжатие (имплозию) делящегося материала, что уменьшает M_кр . В каждом акте деления выделяется энергия ≈ 200 МэВ (≈ 1 МэВ на 1 нуклон делящегося ядра). При делении 1 кг ²³⁵ U выделяется энергия порядка 10¹⁴ Дж, что эквивалентно энерговыделению при взрыве 20 кт тротила.

Преимущество термоядерных реакций синтеза над реакциями деления в ядерном взрыве связано со значительно бóльшим (в 5 раз) энерговыделением на 1 г вещества. Это обусловливает значительно бóльшую мощность термоядерных взрывных устройств по сравнению с ядерными (может достигать 10⁵ –10⁶ т тротилового эквивалента и выше). Для осуществления термоядерного взрыва также необходимы высокие температура и плотность. В термоядерном взрывном устройстве это создаётся при помощи ядерной бомбы, служащей детонатором.

Ядерные взрывы принято классифицировать по мощности ядерного заряда и местоположению (высоте) центра взрыва. Условно мощность ядерного взрыва подразделяется на сверхмалую (менее 1 кт тротилового эквивалента), малую (1–10 кт), среднюю (10–100 кт), большую (100 кт – 1 Мт) и сверхбольшую (свыше 1 Мт). По высоте точки взрыва различают следующие виды ядерного взрыва: космический – на высоте более 100 км; высотный – выше границы тропосферы Земли (свыше 10 км); воздушный – на высоте, при которой светящаяся область взрыва не касается поверхности земли (воды), но не выше 10 км; наземный (надводный) – на поверхности земли (воды) или на такой высоте, когда светящаяся область взрыва касается поверхности земли (воды); подземный – ниже поверхности земли с выбросом или без выброса (камуфлетный ядерный взрыв) грунта; подводный – ниже поверхности воды.

К поражающим факторам ядерного взрыва относятся: ударная волна, световое излучение, радиоактивное заражение, проникающая радиация, электромагнитный импульс. Действие поражающих факторов изменяется в зависимости от вида взрыва. Так, при воздушном ядерном взрыве образуется мощная ударная волна, которая, достигая поверхности Земли, вызывает разрушения. Выделившаяся энергия в течение нескольких микросекунд передаётся окружающей среде. Образующийся ярко светящийся огненный шар расширяется вначале за счёт лучистой теплопроводности, а затем вместе с распространением ударной волны. По мере расширения температура шара падает, через 10^–2 –10^–1 с шар достигает максимального радиуса (150 м для бомбы в 20 кт). За время свечения (до нескольких секунд) в электромагнитное излучение переходит 10–20 % энергии ядерного взрыва; излучение вызывает пожары, ожоги. Разреженный нагретый воздух, несущий радиоактивные продукты взрыва, поднимается вверх и через несколько минут достигает высоты 10–15 км. После этого облако ядерного взрыва расплывается на сотни км и более. Радиоактивные частицы выпадают на поверхность земли, образуя радиоактивный след. Особенно опасен наземный ядерный взрыв, когда огненный шар, касаясь поверхности Земли, поднимает вверх пыль, радиоактивные частицы прилипают к частицам земли и выпадают вблизи эпицентра взрыва в концентрации, летальной для человека. При ядерном взрыве образуется мощный поток нейтронов и γ-излучения (1 % всей выделяющейся энергии), который, достигая поверхности Земли, может создавать летальную дозу излучения.

Первый ядерный взрыв произведён в США 16 июля 1945 г. близ Аламогордо (штат Нью-Мексико) в рамках ««Манхэттенского проекта». В СССР первый ядерный взрыв произведён 29 августа 1949 г., термоядерный – 12 августа 1953 г. Подземные ядерные взрывы активно использовались и в мирных целях, например при проведении крупномасштабных горных работ, в сейсмической разведке для изучения строения Земли. Однако с 1996 г. они запрещены международным договором наряду с любыми другими ядерными испытаниями.