Подводный ядерный взрыв
Подводными ядерными взрывами называются взрывы ниже поверхности воды, т. е. взрывы, для которых средой, окружающей зону реакции, является вода.
В результате воздействия рентгеновского излучения на воду ее тонкий слой сильно прогревается и превращается в раскаленный газ, излучением этого слоя превращается в раскаленный газ следующий тонкий слой воды и т. д. Таким образом, в воде в результате ее послойного прогрева образуется раскаленный объем. Процесс расширения этого объема в невозмущенной воде называется тепловой волной в воде.
Подводный ядерный взрыв
Внутри раскаленного объема вследствие больших градиентов давления на его границе возникают механические возмущения. С увеличением этого объема и уменьшением температуры среды в нем скорость распространения тепловой волны уменьшается быстрее, чем скорость распространения механических возмущений.
На расстоянии от центра взрыва примерно (0,03—0,04)
м. скорость распространения механических возмущений начинает превышать
скорость тепловой волны и в окружающей воде в это время происходит скачкообразное увеличение давления, плотности, температуры и скорости ее движения. Процесс распространения этих возмущений называется ударной волной в воде или подводной ударной волной.
Подводная ударная волна, распространяясь от центра взрыва во все стороны, достигает поверхности воды. Падение подводной ударной волны на поверхность воды приводит к возникновению в воздухе преломленной ударной волны, а в воде — отраженной волны разрежения. В результате отражения подводной ударной волны от водной поверхности над эпицентром взрыва образуется водяной купол
Водяной купол подводного ядерного взрыва
Водяной купол подводного ядерного взрыва
Вследствие значительного градиента давления в преломленной воздушной ударной волне и подъема водяного купола в воздухе формируется другая ударная волна, которая называется эпицентральной. При распространении волны разрежения в воде возникают растягивающие усилия, приводящие к разрыву сплошности — кавитации жидкости в большой области вокруг эпицентра взрыва. След этой области на поверхности воды виден в виде светлого расширяющегося вокруг водяного купола кольца.
В результате воздействия на водяную среду сначала тепловой, а затем ударной волн в окрестности центра взрыва происходит ионизация, диссоциация и испарение воды, в воде возникает парогазовый пузырь, наполненный радиоактивными продуктами, образовавшимися в начальной стадии взрыва.
Сразу же после возникновения парогазовый пузырь начинает расширяться сначала под действием своего внутреннего давления, затем, после того как оно станет меньше гидростатического, в результате инерционного движения масс воды, приобретенного на предыдущей стадии его расширения.
Если взрыв происходит на значительной глубине и на достаточно большом расстоянии от дна акватории, давление пара внутри парогазового пузыря, достигшего максимального размера, становится значительно меньше давления окружающей воды. Более высокое давление в окружающей пузырь воде вызывает его сжатие, в результате чего давление внутри него повышается, происходит частичная конденсация пара.
В конце стадии сжатия давление пара в пузыре вновь становится значительно выше гидростатического, поэтому начинается новый цикл его расширения — сжатия. После трех циклов расширения — сжатия (пульсаций) в пузыре конденсируется значительное количество пара и его дальнейшая пульсация практически прекращается.
В стадии расширения пузырь имеет сферическую форму, в стадии сжатия она отличается от сферической, так как донная часть пузыря в результате действия большого гидростатического давления сжимается быстрее, чем верхняя.
Во время сжатия в первой пульсации парогазовый пузырь начинает всплывать. По истечении определенного времени он прорывается через поверхность воды.
При взрыве на небольшой глубине пузырь прорывается через поверхность воды во время расширения в первой пульсации, с увеличением глубины взрыва он может прорываться во время сжатия в первой пульсации или в любой момент расширения — сжатия во второй и третьей пульсации, а также после прекращения пульсации. При взрыве вблизи дна акватории пузырь «притягивается» ко дну и его всплытие резко замедляется.
В результате прорыва парогазового пузыря через поверхность воды в воздухе образуется еще одна, третья воздушная ударная волна, а водяной купол превращается в поднимающийся полый водяной столб. Пары из пузыря вместе с радиоактивными продуктами взрыва поднимаются в верхнюю часть столба, образуя конденсационное облако. Водяной столб, увенчанный конденсационным облаком, называют взрывным султаном
Взрывной султан подводного ядерного взрыва
Облако султана (пароводяное облако при взрыве на малой глубине) является источником проникающей радиации — главным образом гамма-излучения радиоактивных продуктов деления и активации.
После достижения максимальной высоты подъема взрывной султан обрушается. В результате разрушения стенок султана (обрушение большой массы воды) и выпадения обильных осадков из конденсационного облака у его основания образуется базисная волна - вихревое кольцо плотного радиоактивного тумана, водяных капель и брызг.
Базисная волна является вторым источником проникающей радиации в основном гамма-излучения радиоактивных продуктов взрыва. Базисная волна быстро распространяется над акваторией во всех направлениях от эпицентра взрыва, увеличивается по высоте и сносится ветром.
С течением времени (3-5 мин) она отрывается от поверхности воды и сливается с конденсационным облаком, образуется остаточное облако взрыва, которое имеет слоисто-кучевой вид. Из движущегося под действием ветра остаточного облака выпадают радиоактивные осадки - создается радиоактивное заражение.
В результате расширения парогазового пузыря и схлопывания воронки, образующейся в воде при прорыве пузыря в атмосферу, происходит радиальное движение воды, которое вызывает возникновение серии кольцевых гравитационных волн.
Воздействие ударной волны в воде на дно акватории мо­жет привести к образованию отражений волны в воде и сейсмических волн в грунте. Последние могут генерировать волны в воде. Их называют волнами сейсмического происхождения в воде.
При подводном ядерном взрыве вблизи дна в грунте образуется воронка и навал грунта.
При подводном взрыве на мелководной акватории расширяющийся парогазовый пузырь приводит в движение большое количество грунта, который в дальнейшем вовлекается в образующееся облако султана или пароводяное облако.
 
Поражающее действие подводного ядерного взрыва
 
При подводном ядерном взрыве поражение объектов флота и инженерных сооружений прибрежной полосы может быть вызвано взрывным султаном, подводной ударной волной, гравитационными волнами, сейсмовзрывными волнами в воде сейсмического происхождения и воздушными ударными волнами. Кроме того, подводный взрыв может вызывать радиационное поражение, которое обусловливается главным образом гамма-излучением из облака султана, базисной волны, пароводяного облака и радиоактивно зараженной акватории. При взрыве вблизи дна образующийся вокруг воронки вал грунта может создать заграждение судоходных участков.
Основными поражающими факторами подводного ядерного взрыва являются взрывной султан, подводная ударная волна и гравитационные волны.
Взрывной султан представляет собой гигантский полый водяной столб, увенчанный конденсационным облаком. Основными параметрами взрывного султана являются радиус основания и высота подъема. Их значения зависят от мощности и глубины взрыва. При подводном ядерном взрыве среднего диапазона мощности на глубине 200 м радиус основания султана составляет около 400 м, высота подъема - 1000 м, а при взрыве сверхкрупного диапазона мощности на той же глубине радиус основания султана достигает 1000 м, высота подъема 3500 м.
Взрывной султан и конденсационное облако ядерного взрыва
Взрывной султан и конденсационное облако
Любые плавающие объекты и летательные аппараты, оказавшиеся в зоне султана, разрушаются.
Подводная ударная волна представляет собой резкое сжатие воды, распространяющееся во все стороны от центра взрыва. Она распространяется со скоростью около 1500 м/с. Переднюю границу подводной ударной волны называют фронтом. Здесь давление имеет максимальное значение.
В момент прихода фронта подводной ударной волны в данную точку давление воды в этой точке мгновенно увеличивается от гидростатического до максимального, находящийся здесь объект испытывает резкий удар. Качественно изменение давления в подводной ударной волне в данной точке с течением времени похоже на изменение давления в воздушной ударной волне. Отличие состоит в появлении вторичного плавного увеличения давления по истечении фазы разрежения.
Подводная ударная волна может оказывать поражающее действие на подводные лодки и надводные корабли вне зоны взрывного султана. Кроме того, в результате действия подводной ударной волны на корпус корабля возникают сотрясения его палуб и платформ, которые могут вызывать поражения личного состава.
Гравитационные волны, образующиеся в водоеме при подводном ядерном взрыве, подобны ветровым волнам. Они концентрически расходятся от эпицентра взрыва. Основными параметрами гравитационных волн являются их высота (расстояние по вертикали между гребнем и подошвой волны), длина (расстояние между двумя смежными вершинами) и скорость распространения.
Базисная и гравитационные волны ядерного взрыва
Базисная и гравитационные волны
Высота гравитационных волн может достигать десятков, длина — сотен метров. При приближении волн к берегу, где глубина акватории уменьшается, их высота увеличивается, а длина уменьшается. Вследствие этого поражающее действие гравитационных волн здесь усиливается.
Гравитационные волны могут:
  • разрушать гидротехнические сооружения порта (молы, волноломы, причалы, пирсы, батопорты и т. п.);
  • повреждать корабли, стоящие у пирсов, и даже выбрасывать их на берег;
  • наносить ущерб расположенным на берегу вблизи уреза воды судостроительным и судоремонтным предприятиям;
  • повреждать подъемно-транспортное оборудование, связи и коммуникаций;
  • перемещать   на   значительное   расстояние   бетонные тетраэдры, железные и железобетонные ежи и надолбы системы противодесантных заграждений.
При подводных ядерных взрывах среднего и крупного диапазонов  мощности  на дне акватории  глубиной  несколько десятков   метров   гравитационные   волны   повреждают   гидротехнические сооружения и противодесантные заграждения на расстоянии  от эпицентра  взрыва,  равном  соответственно  3-7 и 3-4 км.
 
 
Публикация материалов возможна при ссылке на http://gochs.info
© Сергей Кульпинов 2003
Яндекс.Метрика