світиться область торкається поверхні землі. Такі вибухи призводять до найбільш значного забруднення навколишнього середовища. Район вибуху виявляється сильно забрудненим, а радіоактивні опади випадають на поверхню землі у напрямку руху утворився при вибуху хмари, створюючи радіоактивний слід.
При наземних вибухах енергія із зони реакції передається в повітряну і грунтову середу, тому вони мають ознаки, характерними як для повітряних, так і для підземних вибухів.
У повітряному середовищі при наземних ядерних вибухах відбуваються ті ж процеси, що і при повітряних. Відмінність наземних ядерних вибухів від повітряних складається, головним чином, в тому, що при наземних вибухах світиться область в момент виникнення має вигляд півсфери, радіус якої більше радіуса сфери світиться області повітряних вибухів тієї ж потужності. Середовище всередині світиться області приземної її частини містить велику кількість частинок грунту, температура всередині світиться області дещо менше, ніж при повітряних вибухах, пиловий стовп з'єднується з хмарою вибуху в стадії його формування, хмара вибуху набагато більше забруднено частинками грунту.
Світиться область наземного ядерного вибуху
Ознаками, за якими наземні вибухи схожі з підземними, є: освіту воронки і навалу грунту, виникнення сейсмовзривних хвиль в грунті.
Освіта воронки при наземних вибухах обумовлюється випаровуванням, плавленням, викидом і вдавленням грунту в масив: виникнення навалу грунту - викидом і видавлюванням грунту з воронки.
Сейсмовзривние хвилі при наземних вибухах виникають в результаті безпосередньої передачі енергії вибуху грунту і впливу повітряної ударної хвилі на грунт.
Освіта воронки і інтенсивність сейсмовзривних хвиль істотно залежать від висоти вибуху. Воронка утворюється тільки при вибухах
на висотах менше 0,5
Зовнішній вигляд наземного ядерного вибуху
Відмінність зовнішнього вигляду наземних вибухів від повітряних полягає в тому, що при наземних вибухах спостерігаються більш потужні приземний запилений шар атмосфери і пиловий стовп, а також більш темне забарвлення хмари вибуху, яка обумовлюється забрудненням великою кількістю частинок грунту.
Вражаючими факторами наземних ядерних вибухів є: повітряна ударна хвиля, світлове випромінювання, електромагнітний імпульс, радіоактивне зараження місцевості і повітря, пилові освіти, місцеву дію (воронка, зони руйнування, спучування і навал грунту, каменепад), проникаюча радіація, сейсмовзривние хвилі в грунті, хмара вибуху і іонізація повітря.
Наземний ядерний вибух призначений для ураження особливо міцних об'єктів і створення при цьому сильного радіоактивного зараження місцевості.
В СРСР було проведено 32 наземних вибуху (з них 30 - на Семипалатинському полігоні), з яких при 4 вибухи за межами полігону в ближній зоні формувалися локальні радіоактивні сліди. У зоні випадання радіонуклідів виявився 41 населений пункт. Максимальні дози опромінення населення досягали 1.5-1.9 Гр. Дози формувалися в основному за рахунок короткоживучих радіонуклідів, серед яких найбільше значення мали радіоізотопи йоду.
На відміну від повітряного ядерного вибуху. має подвійне призначення (знищення легкобронированной військової техніки польової фортифікації і живої сили на поверхні, а також руйнування міст, промисловості і вбивство мирних громадян на максимальній площі), наземний вибух призначений для руйнування захищених військових об'єктів - танків, пускових установок, укріплених баз, сховищ, командних пунктів і особливо важливих притулків. Мирні громадяни можуть постраждати при такому вибуху опосередковано - від усіх факторів ураження ядерного вибуху - якщо населений пункт виявиться недалеко від захищених військових баз, або від радіоактивного зараження - на відстанях аж до декількох тисяч кілометрів. Специфіка наземного вибуху в тому, що ударна хвиля руйнує сили, що вражає світлове випромінювання і проникаюча радіація поширюються на менші відстані, ніж при вибуху в повітрі (незважаючи на більший діаметр вогненної півсфери) та охоплюють, відповідно, набагато меншу площу. Але стикаються з поверхнею продукти вибуху і випромінювання великої інтенсивності вступають з речовинами грунту в ядерні реакції (нейтронна активація грунту), створюють великі маси радіоактивних ізотопів, які у вигляді випарувався грунту, часток землі і пилу йдуть разом з хмарою високо в атмосферу, а потім довго і на великі відстані випадають у вигляді опадів, довгостроково заражаючи околиці. При наземному вибуху в хмару інтенсивніше засмоктуються частинки грунту з поверхні, на яких осідають іспарённие радіоактивні речовини, і вони швидко починають випадати на поверхню. У разі повітряного вибуху джерелом зараження служать в основному продукти вибуху (пари бомби) і ізотопи компонентів повітря, яким нема на чому осісти і маса яких мала для гігантської площі розносу опадів вибухового хмари. Наприклад, після бомбардувань Хіросіми і Нагасакі (обидва вибухи повітряні на висотах близько 600 м, вогняні сфери не стикалися з поверхнею) не було жодного випадку променевої хвороби від радіоактивного зараження місцевості, всі постраждалі отримали дози тільки проникаючої радіації в зоні безпосередньої дії вибуху.
Також наземний контактний вибух викопує великий котлован - воронку (нагадує метеоритний кратер), розкидаючи навколо радіоактивний грунт і генерує в ґрунтовій товщі потужні сейсмовзривние хвилі, недалеко від епіцентру на багато порядків більше сильні, ніж при звичайних землетрусах. Дію сейсмічних коливань робить малоефективними звичайні притулку підвищеної захищеності, так як люди в них можуть загинути або отримати ушкодження навіть при збереженні притулком своїх захисних властивостей від інших вражаючих факторів, а в районі воронки потужного вибуху не залишається шансів вціліти таким захищеним об'єктам, як тунелі і станції метро глибокого закладання і навіть особливо важливих укриттях і командних пунктах. Якщо тільки вони не побудовані на глибині в кілька сотень метрів - кілометри і бажано в материковій скельній породі (Ямантау, командний пункт NORAD). Так, наприклад, ядерна бомба B53 (цей же заряд - боєголовка W-53 ракети Титан-2, знята з озброєння) потужністю 9 мегатонн, за заявою американських фахівців, при поверхневому вибуху була здатна руйнувати найміцніші радянські підземні бункери. Більшої руйнує здатність до захищених цілей мають тільки заглиблюють боєголовки, у яких набагато більший відсоток енергії йде на освіту сейсмічних хвиль: 300-кілотонн авіабомба B61 при вибуху після ударного проникнення на глибину кілька метрів, із сейсмічного впливу може виявитися еквівалентної 9-мегатонної під час вибуху на поверхні (теоретично).
Розглянемо послідовність ефектів впливу наземного вибуху на шахтну пускову установку, розраховану на ударну хвилю тиском
6-7 МПа і потрапила в ці найважчі для неї умови. Стався вибух, практично миттєво доходить радіація (в основному нейтронна, сумарно близько 105 - 106 Гр або 107 - 108 рентген), через
0,05 - 0,1 с б'є по захисній кришці повітряна ударна хвиля і відразу накочує вал вогненної півсфери. Ударна хвиля генерує в грунті сейсмічний удар, майже одномоментно з повітряною хвилею обливає всю шахту і смещающий її разом з породами вниз, поступово послаблюючи з глибиною; а слідом за ним через частку секунди приходять сейсмічні коливання, утворені самим вибухом під час воронкоутворення, а також відбиті хвилі від шару скельних материкових порід і шарів неоднорідною щільності. Шахту протягом близько 3 секунд трясе і кілька разів кидає вниз, вгору, в сторони, максимальні амплітуди коливань можуть доходити до півметра і більше, з прискореннями до декількох сотень g; ракету від руйнування рятує спеціальна система амортизації. Одночасно зверху на дах шахти протягом декількох секунд діє температура до 5-6 тисяч градусів, потім досить швидко падаюча в міру підйому вогняного хмари і устремління холодного зовнішнього повітря в бік епіцентру. Від температурних впливів оголовок і захисна кришка скриплять і тріщать, поверхня їх оплавляется і частково несеться плазмовим потоком. Через 2-3 с після вибуху тиск плазми в районі шахти знижується до 80% від атмосферного і кришку протягом декількох секунд намагається відірвати підйомна сила в 2 тонни на квадратний метр. На довершення зверху обрушаются грунт і каміння, викинуті з воронки і продовжують падати порядку хвилини. Радіоактивний і розігрітий до злипання грунт утворює тонкий, але зате суцільний навал (подекуди з утворенням озер з розплавленого шлаку), а великі камені можуть завдати кришці пошкодження. Особливо великі уламки, як метеорити, при падінні можуть викопати невеликі кратери, але їх відносно небагато і ймовірність попадання в шахту мала. Жодне наземне спорудження таких впливає не переживе і навіть такі міцні споруди, як потужні залізобетонні каземати (ДОТи і форти часів Першої та Другої світових воєн) частково або повністю руйнуються і можуть бути викинуті зі свого місця ударною хвилею. Якщо ДОТ виявиться досить міцним і встоїть від руйнування, люди в ньому все одно отримають травми від коливань з вібраціями, ураження слуху, контузії і смертельні променеві ураження, а гаряча плазма може проникнути всередину через амбразури і незакриті проходи.
Дія наземного ядерного вибуху потужністю 1 Мт в тротиловому еквіваленті
Ударні явища в грунті описуються законами гідродинаміки: ґрунтову ударну хвилю тиском 50 000-107 МПа формують маси розплавленої і іспарённой землі, розігнаної парами бомби і йде зі швидкостями вище швидкості звуку в породі. Порода при надзвуковому ударі поводиться як нестисливої рідина і розсипається в дрібнодисперсний пил на зразок попелу; міцність породи при цьому не має значення
Сильна ударна хвиля йде в глибину, розвиваючи воронку і ежектіруя в повітря (як з сопла ракетного двигуна) конусоподібний швидкісний потік іспарённого, розплавленого і розмеленого грунту. З'являються сейсмовзривние хвилі в грунті, що йдуть від майбутньої воронки. Формування повітряної ударної хвилі. Величина енергії в приповерхневої області близько 1%, а в усьому нижньому півпросторі
2,5%; інші 97,5% всієї енергії вибуху - у вогняній півсфері
0,001-0,00 2 з
Пізня стадія нестисливого течії, властивості грунту починають впливати на динаміку розвитку воронки, швидкість її зростання помітно знижується. Частина грунту вдавлюється в масив і потім частково отпружінівает назад. Зростаюча воронка в цей час має приблизно напівкруглу форму, її радіус 40-50% остаточного. Формується максимальна глибина воронки, далі росте тільки радіус, так як поверхневий околичний грунт менше чинить опір викиду і видавлювання, ніж глибинний масив. Викинутий грунт утворює конус розльоту (грунтовий «вус» або султан викиду) під кутом 40-60 ° зі швидкостями
10²-10³ м / с (основна маса до 100 м / с)
Значення граф в таблиці:
Час до 8 хвилин відзначає момент приходу ударної хвилі, далі - приблизний час формування радіоактивного сліду хмари у напрямку середнього вітру, що дме в цей час на висотах знаходження хмари 10 - 20 км;
Відстань: від 0 до 8 хвилин від центру вибуху до фронту ударної хвилі у поверхні землі, понад 8 хвилин відстань до найдальшої від епіцентру кордону зони зараження відповідно до напрямку вітру;
Надмірний тиск повітря на фронті ударної хвилі в мегапаскалях (МПа), 1 МПа приблизно дорівнює 10 атмосфер;
Можливе зміщення сухого ґрунту неглибоко від поверхні, в чисельнику зрушення по вертикалі, в знаменнику - по горизонталі. Можливі прискорення при зміщенні на 1,5-2 м і більше - тисячі g, 0,5 - 1,5 м - сотні g, нижче 0,5 м - десятки g. В межах
2-2,5 радіуса воронки вертикальний зсув вгору під дією сил, видавлюють грунт від воронки, далі - вертикальний зсув вниз під дією повітряної ударної хвилі, понад
1 км зрушення знову вгору сейсмічної хвилею, яка обігнала ударну хвилю; горизонтальний зсув завжди від воронки.
Захист: в чисельнику: загальна товщина ґрунту над перекриттям міцного споруди (тунель метро, притулок) під час закладання в двошаровому ґрунтовому масиві, що представляє собою звичайний сухий грунт
200 м і скельну підставу, від ударної сейсмічного навантаження і зміщення грунту, при якій всередині споруди не потрібно амортизація для захисту людей від струсу і удару об стіни і внутрішнє обладнання, ймовірність падіння стоять людей не перевищує 10%, зрушення споруди не більше 0,1 м; а також для зниження дози радіації до прийнятною в притулок 50 рентген = 0,5 Гр в каркасному деревоземляная спорудженні не менше 4 км від епіцентру при необмежене перебування в ньому після вибуху. У знаменнику: товщина скельної породи над особливо міцним спорудою, здатним витримати ударне тиск до 200 МПа, без урахування захисту від зсуву