Физические основы получения атомной энергии

VI. ЯДЕРНОЕ ОРУЖИЕ

Выше рассказано о том, как происходят ядерные реакции, которые могут быть использованы для получения ядерной энергии. Таких реакций по существу две: цепная реакция деления тяжелых ядер и реакция соединения легких ядер (термоядерная реакция).

Цепная реакция деления в чистом уране 235, уране 233 или плутонии 239 происходит, как мы знаем, в виде взрыва, при котором вся энергия выделяется в течение нескольких микросекунд. Также в виде взрыва осуществляется пока и термоядерная реакция с изотопами водорода. Такие взрывы могут быть использованы в военном деле.

Оружие, действие которого основано на использовании ядерной (атомной) энергии, называют ядерным или атомным оружием. Различают два вида такого оружия: ядер-ное оружие взрывного действия и боевые радиоактивные вещества.

Применение ядерного оружия взрывного действия возможно в виде атомных и водородных (термоядерных) бомб, артиллерийских атомных и термоядерных снарядов, морских торпед, управляемых самолетов-снарядов, межконтинентальных баллистических ракет и т. д.

Боевыми радиоактивными веществами называют специально приготовленные для боевого использования радиоактивные вещества. Они могут применяться в виде жидкостей или порошков, которыми снаряжаются авиационные бомбы и ракеты. Поражающее действие боевых радиоактивных веществ основано на вредном влиянии радиоактивных излучений на живые организмы. Этими веществами можно заражать местность, различные предметы и воздух с целью поражения людей.

Ядерное оружие по своему поражающему действию значительно превосходит обычные виды оружия. Это объясняется не только тем, что сила ядерного взрыва превосходит обычный взрыв во много тысяч и миллионов раз, но также и тем, что ядерное оружие, в отличие от обычного оружия, обладает не одним, а несколькими поражающими факторами.

Впервые ядерное оружие появилось в 1945 г. в авиации в виде атомных бомб. Именно с помощью самолетов американцы сбросили на мирное население японских городов Хиросима и Нагасаки первые атомные бомбы. Дальнейшее развитие ядерного оружия привело к появлению его в наземных войсках и на флоте. Ядерное оружие оказывает огромное влияние на развитие всех родов войск и в особенности авиации, которая является одним из основных носителей этого оружия.

В основе всех видов ядерного оружия взрывного действия лежат физические принципы, использованные впервые при создании атомных и водородных бомб. Поэтому ознакомление с этими бомбами позволит понять действие и других видов этого оружия.

Рассмотрим общие принципы устройства атомной бомбы. В кусках ядерного горючего с массой меньше критической цепная реакция, как мы знаем, невозможна. Но если взять несколько таких докритических кусков и быстро соединить их в один кусок, чтобы получилась масса, превышающая критическую, то в то же мгновение под действием одного из блуждающих нейтронов начнется цепная реакция деления, и произойдет взрыв.

Отсюда нетрудно понять устройство атомной бомбы, принципиальная схема которой приведена на рис. 36. Уран 235 или какое-либо другое ядерное взрывчатое вещество (ядерное ВВ), ядра которого способны делиться под воздействием нейтронов, находится в бомбе в виде нескольких докритических кусков. Масса каждого такого куска меньше критической. В схеме, указанной в левой части рис. 36, заряд ядерного ВВ состоит из двух частей, имеющих форму полушарий.

В схеме, приведенной справа, ядерный заряд состоит из трех частей: центральной неподвижной части в виде шара с широким цилиндрическим каналом, внутрь которого могут входить две другие подвижные части, размещенные внизу и вверху. Форма частей такова, что после их соединения получится компактный ядерный заряд в виде шара. Деление заряда на три части дает возможность увеличить общую величину заряда и, следовательно, повысить мощность взрыва.

Чтобы вызвать взрыв, необходимо быстро соединить все куски урана в единую компактную массу, превышающую критическую. Для этой цели в бомбе имеется специальное взрывающее устройство дистанционного, или ударного действия 5, которое осуществляет в нужный момент времени с помощью капсюлей-детонаторов 3 взрыв обычного взрывчатого вещества 2. Силой этого взрыва все куски ядерного ВВ быстро соединяются в один сверхкритический кусок, в результате чего происходит ядерный взрыв. Чтобы большее число вторичных нейтронов использовать для новых делений, ядерное ВВ в бомбе окружено отражателем нейтронов 4, то есть слоем вещества, отражающего нейтроны, направляющиеся за пределы заряда, обратно в зону ядерной реакции. Отражатель нейтронов может быть сделан из графита или легкого металла бериллия. Применением его удается значительно уменьшить критические размеры ядерного заряда. Боевая часть бомбы (ядерный заряд, отражатель нейтронов и заряд обычного ВВ) заключается в прочный металлический корпус, благодаря которому обращение с бомбой безопасно. Кроме того, этот корпус задерживает на некоторое время разлет продуктов цепной реакции, предохраняя части заряда ядерного ВВ от преждевременного разбрасывания и способствуя тем самым лучшему его использованию в реакции, отчего мощность взрыва бомбы увеличивается.

Для обеспечения безотказности взрыва в нужный момент времени в бомбу можно поместить один или несколько небольших источников нейтронов 6.

По данным иностранной печати возможны и другие конструкции ядерного заряда бомбы. В одной из таких конструкций сверхкритическая масса составляется заранее на заводе, а для предохранения от преждевременного взрыва заряда в него включается при сборке сильный поглотитель нейтронов в виде, например, кадмиевого стержня. Наличие такого стержня-предохранителя препятствует развитию цепной реакции деления. В нужный момент кадмиевый стержень быстро удаляется (выбивается) при помощи взрыва заряда обычного ВВ, в результате чего немедленно начинается цепная реакция и происходит ядерный взрыв.

Ядерный заряд того или иного устройства может быть использован не только в авиационных атомных и водородных бомбах, но и в артиллерийских снарядах, морских самодвижущихся торпедах, межконтинентальных ракетах и т. д. Заряд с кадмиевым стержнем-предохранителем, имеющий минимальные размеры и вес, наиболее пригоден, по-видимому, для артиллерийских снарядов.

Принцип устройства и характер поражающего действия атомных бомб, снарядов и т. п. одинаков. Масштабы же поражения зависят в основном от мощности взрыва.

Мощность атомного взрыва принято характеризовать тротиловым эквивалентом, то есть весом тротилового заряда, энергия взрыва которого равна энергии данного атомного взрыва. В зависимости от мощности атомного заряда атомные бомбы, снаряды делят на калибры: малый, средний и крупный. Чтобы получить энергию, равную энергии взрыва, например, атомной бомбы малого калибра, нужно взорвать несколько тысяч тонн тротила. Если такое количество тротила уложить в виде куба, то высота его будет равна высоте четырехэтажного дома. Тротиловый эквивалент атомной бомбы среднего калибра составляет десятки тысяч, а бомбы крупного калибра — сотни тысяч тонн. Еще большей мощностью могут обладать образцы термоядерного (водородного) оружия. Их тротиловый эквивалент достигает миллионов тонн. Такой тротиловый заряд, сложенный в виде куба, по своим размерам сравним со зданием Московского университета на Ленинских горах, высота которого 254 м.

Таким образом, для приближенной оценки мощности ядерного взрыва обычно пользуются так называемым тротиловым эквивалентом, которым характеризуют также и калибр бомбы. Тротиловый эквивалент атомной бомбы — это масса (вес) такого заряда тротила (тола), при взрыве которого выделяется столько же энергии, сколько ее освобождается при взрыве данной атомной бомбы. Тротиловый эквивалент 1 кг урана 235 равнялся бы 20 тыс. т, если бы все ядра делились при взрыве. Однако в действительности он значительно меньше, так как в ходе реакции делится только часть ядер, а остальные рассеиваются силой начавшегося взрыва, так и не успев поделиться.

Первые атомные бомбы, сброшенные американцами в 1945 г. на японские города Хиросима и Нагасаки, имели тротиловый эквивалент, приблизительно равный 20 тыс. т, хотя вес атомного заряда в них был около 50 кг. Следовательно, 49 кг делящегося вещества оказалось неиспользованным.

Общий вес американских бомб 1945 г. составлял 4–10 т. Для доставки их к месту взрыва пришлось использовать тяжелые самолеты-бомбардировщики типа В-29. Ядерным ВВ в бомбе, сброшенной на Хиросима, служил уран 235, а в бомбе, сброшенной на Нагасаки, — плутоний 239.

Последующее развитие ядерного оружия шло в направлении и увеличения и уменьшения мощности атомных бомб и одновременно в направлении создания других видов этого оружия, таких, как водородная бомба, артиллерийские атомные снаряды, ракеты и т. п.

В иностранной печати указывалось, что в настоящее время имеется несколько типов атомных бомб, начиная с так называемых «тактических» бомб с тротиловым эквивалентом в несколько тысяч тонн и кончая стратегическими атомными бомбами большого калибра, тротиловый эквивалент которых достигает 500 тыс. т. Словом «тактические» здесь выражают тот факт, что эти бомбы могут применяться не только против населенных пунктов, но и против наземных войск непосредственно на поле боя.

По данным иностранной печати, если для доставки к цели первых атомных бомб требовались тяжелые самолеты-бомбардировщики, то сейчас в качестве носителей некоторых типов атомных бомб могут использоваться истребители. Атомные бомбы малого калибра, подвешенные на истребителях, могут применяться не только для действий по наземным целям, но и в воздушном бою для уничтожения групп самолетов противника, следующих в тесных боевых порядках. Бомбы среднего и крупного калибра могут быть использованы для бомбардировки больших промышленных и административных центров, портов, крупных аэродромов и других важных стратегических целей.

Следует заметить, что увеличение мощности атомных бомб после 1945 г. шло главным образом за счет повышения коэффициента использования ядерного ВВ, а не за счет увеличения его количества. Чтобы больший процент ядерного ВВ принял участие в цепной реакции, стали снабжать бомбы очень прочной оболочкой, придавая ей, а также и самому заряду ядерного ВВ наиболее выгодную форму.

Количество ядерного ВВ в современных атомных бомбах колеблется от нескольких килограммов до многих десятков килограммов (в зависимости от калибра). Общий вес таких бомб имеет величину от нескольких сот килограммов до нескольких тонн. В качестве ядерного ВВ применяется преимущественно плутоний 239, реже уран 233 и совсем редко уран 235, производство которого значительно дороже производства плутония.

Стремление увеличить мощность атомных бомб привело к созданию водородной бомбы, к изучению которой мы и перейдем.

Водородная бомба основана на использовании энергии, выделяющейся в результате термоядерной реакции. Детонатором, или «зажигалкой», для термоядерного ВВ, которым снаряжается водородная бомба, служит атомная бомба, принципы устройства которой мы рассмотрели. Схема возможного устройства простой водородной бомбы приведена на рис. 37. Внутри конструкции размещается боевая часть атомной бомбы 1. Вокруг нее в плотной оболочке может находиться первая часть заряда термоядерного ВВ в виде смеси дейтерия и трития 2. Дейтерий и тритий обычно применяются в виде соответствующих соединений с другими элементами. Наконец, вокруг всего этого размещается вторая часть термоядерного заряда 3, содержащая большое количество обычного водорода, дейтерия, лития и других легких изотопов.

Схему развития взрыва водородной бомбы можно представить себе следующим образом. Начинается все с взрыва атомного детонатора, ведущего к повышению температуры на время порядка микросекунд до нескольких десятков миллионов градусов. Это начальный период.

Второй период — это «зажигание» смеси дейтерия и трития. Реакция соединения дейтерия и трития воспринимает инициирующее действие взрыва атомного детонатора и ведет к дальнейшему повышению температуры, чем обеспечивается термоядерная реакция в остальной части термоядерного ВВ.

Термоядерные реакции во второй части термоядерного заряда, требующие более высокой температуры, происходят в третий период взрыва. Такими реакциями могут быть реакция соединения ядер дейтерия, ведущая к образованию трития, чем поддерживается наличие его в горючей смеси, а также реакции с различными изотопами лития. Таким образом, в простейшей водородной бомбе используются две ядерные реакции: цепная реакция деления взрывного типа и термоядерная реакция, протекающая в форме теплового взрыва. Бомба называется водородной, потому что главной (но отнюдь не единственной) составляющей частью ее заряда являются различные изотопы водорода.

Мощность взрыва водородной бомбы может превосходить во много раз мощность взрыва атомной бомбы. По сообщениям американской печати, тротиловый эквивалент водородных устройств, взорванных в 1954 г. на острове Бикини, составлял миллионы тонн. Эти устройства весили несколько десятков тонн и представляли собой громоздкие сооружения, смонтированные на земле. Советский Союз шел впереди США в отношении созданий водородных бомб. Известно, например, что тротиловый эквивалент советской водородной бомбы (именно бомбы, а не наземной специально собранной установки), взорванной в 1955 г. в соответствии с планом научно-исследовательской работы, составлял несколько миллионов тонн. По сообщению ТАСС от 27 ноября 1955 г., взрыв этой бомбы был «наиболее мощным из всех, какие только производились до настоящего времени». Чтобы лучше представить себе, насколько велика мощность этого взрыва, можно указать, например, что, по подсчетам немецких ученых, суммарная мощность взрыва всех бомб, сброшенных на территории Германии в течение всей второй мировой войны, равна приблизительно 1 млн. 350 тыс. т тротила.

Мощность водородной бомбы можно существенно увеличить, если быстрые нейтроны, получающиеся в большом количестве при термоядерной реакции с водородом, использовать для новой реакции деления. Как мы знаем, быстрые нейтроны делят как ядра урана 235, так и ядра урана 238, из которых состоит в основном обычный природный уран. Если поэтому корпус водородной бомбы сделать из обычного урана, то при воздействии быстрых нейтронов ядра этого урана будут делиться, освобождая соответствующую энергию и увеличивая тем самым силу взрыва. Мощность такой водородно-урановой бомбы обусловлена уже не двумя, а тремя ядерными реакциями: цепной реакцией деления заряда ядерного ВВ, термоядерной реакцией смеси изотопов водорода и реакцией деления ядер урана корпуса бомбы.

При достаточной толщине урановой оболочки мощность, выделяемая при делении ее ядер, оказывается весьма большой. В этом случае можно ограничиться небольшим количеством смеси дейтерия и трития, взрыв которой будет служить не столько для получения энергии (энергию даст уран оболочки), сколько для образования достаточно мощного потока нейтронов, вызывающих деление урана оболочки.

По сообщениям зарубежной печати, до 80% энергии взрыва водородно-урановой бомбы получается за счет реакции деления урана. Преимуществом такой бомбы является также и то, что увеличение мощности достигается использованием относительно дешевого (по сравнению, например, с дейтерием и тритием) вещества, каким является природный уран.

В настоящее время, судя по опубликованным данным за границей, специалисты работают над созданием особо крупных водородных бомб с тротиловым эквивалентом 40–50 млн. т. Одновременно с увеличением мощности водородных бомб работа идет и по пути уменьшения их калибра и веса. По сведениям зарубежной печати, возможность создания водородных бомб малого калибра доказана испытаниями, проведенными в последние годы. Сообщается, что водородные бомбы малого калибра могут быть использованы для снаряжения зенитных управляемых снарядов, самолетов-снарядов, летящих без пилота, и ракет.

Чтобы познакомить читателя с разнообразными действиями атомных и термоядерных (кратко ядерных) взрывов, рассмотрим сначала внешнюю картину такого взрыва.

Ядерный взрыв может быть произведен в воздухе, у поверхности земли (воды), а также в земле или воде. Взрыв, произведенный в воздухе на высоте нескольких сот метров, называется воздушным ядерным (атомным) взрывом. Взрыв, который производится на поверхности земли (воды) или в непосредственной близости от нее па высоте нескольких десятков метров, называется наземным (надводным) взрывом. Наконец, ядерный взрыв, произведенный в земле (воде), называется соответственно подземным или подводным взрывом.

Если ядерный взрыв происходит в воздухе, то вначале наблюдается ослепительно яркая вспышка, освещающая окружающую местность на десятки и даже сотни (в зависимости от калибра) километров и сопровождающаяся громоподобными звуками. Вслед за этим в месте взрыва образуется светящийся огненный шар, также видимый на очень большом расстоянии. Этот шар состоит из раскаленных очень разреженных газов и паров, входящих в состав атмосферного воздуха, и продуктов взрыва («осколков» деления урана или плутония и элементов, входивших в конструкцию самой бомбы).

Так как за время взрыва, измеряемое, как известно, несколькими миллионными долями секунды, выделяется огромное количество энергии, причем около 80% ее выделяется в виде тепла, то максимальная температура внутри шара достигает нескольких миллионов и даже десятков миллионов градусов, а давление — многих миллиардов атмосфер.

Диаметр огненного шара составляет десятки метров при взрыве бомб малого и среднего калибра и достигает нескольких километров при взрыве водородных бомб большого калибра. С течением времени размеры шара увеличиваются, а температура понижается.

Для бомбы с тротиловым эквивалентом 20 тыс. т диаметр шара по истечении 0,0001 секунды составляет 25 м, а температура его поверхности — примерно 300 тыс. градусов. Яркость его в это мгновение при наблюдении с расстояния в 9 км примерно в 100 раз больше, чем яркость Солнца в ясный летний день. Через несколько десятых долей секунды диаметр шара достигает нескольких сот метров, а температура на его поверхности — 7–8 тыс. градусов.

Имея плотность меньшую, чем у окружающего воздуха, светящийся шар поднимается («всплывает») вверх на высоту 5–20 км и более, в зависимости от тротилового эквивалента бомбы. Вначале скорость подъема велика и составляет около 100 м/сек, затем она постепенно уменьшается. Через несколько секунд, когда свечение прекращается, поднимающийся шар принимает вид небольшого темного облака. Восходящие вслед за шаром потоки воздуха увлекают вверх пыль и дым, образуя пылевой столб. Облако имеет характерную для ядерного взрыва грибовидную форму. Внешняя картина воздушного взрыва атомной бомбы приведена на рис. 38. Таковы же внешние особенности и наземного взрыва.

Если атомная или водородная бомба взрывается в земле, то внешний вид взрыва зависит от глубины, на которой он производится. При взрыве бомбы на небольшой глубине внешние особенности такого взрыва мало отличаются от наземного или воздушного взрыва. Основное отличие заключается в образовании огромной воронки глубиной несколько десятков и диаметром несколько сот метров и выбросе большого количества грунта на расстояние до нескольких километров.

При подводном взрыве, внешний вид которого приведен на рис. 39, большое количество выброшенной воды образует водяной столб, достигающий высоты 1–3 км. На поверхности воды образуется волна, расходящаяся во все стороны; высота ее на расстоянии 1 км от места взрыва бомбы среднего калибра достигает 10 м.

Какое же действие производят ядерные взрывы? Каковы их поражающие факторы?

Резкое повышение давления в огненном шаре при его образовании и последующем стремительном расширении производит сжатие окружающего воздуха, которое распространяется во все стороны со сверхзвуковой скоростью в виде воздушной ударной волны. Ударная волна является основным и самым мощным поражающим фактором ядерного взрыва: она разрушает сооружения и здания, наносит значительные повреждения боевой технике, имуществу и поражения людям.

Действие ударной волны зависит от количества энергии, выделяющейся при взрыве, и времени, в течение которого эта энергия выделяется. Чем больше энергия и чем короче это время, тем сильнее действует ударная волна. При ядерном взрыве колоссальное количество энергии выделяется за несколько миллионных долей секунды, причем почти 50% этой энергии переносится ударной волной. Взрыв же обычной авиационной бомбы, дающий значительно меньше энергии, протекает в течение нескольких тысячных и даже сотых долей секунды. Отсюда становится понятным, почему разрушающее действие ядерного взрыва значительно превосходит действие взрыва обычного взрывчатого вещества.

Установлено, что воздушная ударная волна может разрушать здания и технику, наносит тяжелые поражения людям, если избыточное давление в волне превышает 0,5 кг/см². На каком же удалении от места ядерного взрыва наблюдается такое действие? Имеющиеся по этому вопросу в печати сведения весьма разноречивы. Это объясняется главным образом тем, что, помимо калибра бомбы, действие ударной волны, как и других поражающих факторов ядерного взрыва, сильно зависит от местных условий (рельефа местности, характера зданий и техники, времени года, погоды и т. п.), которые могут быть весьма разнообразными и не всегда учитываются. Если, например, взрыв происходит на сильно пересеченной местности, то на обратных скатах, обращенных в противоположную сторону от взрыва, степень разрушения сооружений и поражения людей будет меньше, чем на прямых скатах, обращенных в сторону взрыва. Поэтому цифры, приводимые ниже (взятые из иностранной печати), следует рассматривать как примерные, весьма ориентировочные.

При воздушном взрыве атомной бомбы среднего калибра (высота взрыва 600–700 м над поверхностью земли) тяжелые разрушения от действия ударной волны наблюдаются на расстоянии до 1,2 км от эпицентра взрыва[8]. Площадь зоны тяжелых разрушений составляет около 4,5 км². Внутри этой зоны могут быть разрушены кирпичные и каменные здания, самолеты, специальные и транспортные автомашины и т. п. Предполагается, что до 80% людского состава, находящегося в этой зоне вне укрытий, будет выведено из строя. Тяжелые разрушения у самолетов, находящихся на земле, могут наблюдаться на расстоянии до 1,6 км от эпицентра взрыва. Деревянные здания барачного типа разрушаются на расстоянии до 1,8 км.

Значительные разрушения могут наблюдаться на расстоянии до 2,2–2,4 км и легкие — на расстоянии до 3,3 км от эпицентра. Что касается поражения людей, то в зоне значительных разрушений может быть выведено до 60% людского состава, находящегося вне укрытий, а в зоне легких разрушений — до 20%. При этом следует иметь в виду, что, помимо прямого (непосредственного) действия, ударная волна ядерного взрыва оказывает на людей еще косвенное действие, когда люди поражаются обломками разрушающихся зданий и летящих под влиянием ударной волны предметов. По данным иностранной печати, при атомном взрыве в г. Хиросима до 50% смертельных ранений было вызвано действием ударной волны, причем основную роль здесь играло косвенное воздействие этой волны.

Приведенные выше данные относятся к бомбе с тротиловым эквивалентом 20 тыс. т. При увеличении калибра бомбы радиус поражения тех же объектов соответственно увеличивается. Так, по данным немецких ученых, радиус зоны тяжелых разрушений от взрыва водородной бомбы с тротиловым эквивалентом 45 млн. т может составить около 16 км. При этом следует иметь в виду, что если водородная бомба превосходит по мощности атомную бомбу, например, в 1000 раз, то радиус разрушительного действия ее будет больше не в 1000, а лишь в 10 раз. Это объясняется тем, что радиус действия ударной волны взрыва растет пропорционально корню кубическому из энергии взрыва.

Наземный ядерный взрыв по действию его ударной волны приближается к воздушному взрыву. Что касается подземного ядерного взрыва, то здесь имеется отличие; подземный взрыв является источником двух ударных волн: сейсмической волны, распространяющейся в земле и подобной тем упругим сейсмическим волнам, которые распространяются в земной коре при землетрясениях, и воздушной ударной волны. Сейсмическая ударная волна, образующаяся при подземном взрыве атомной бомбы с тротиловым эквивалентом 20 тыс. т, причиняет тяжелые разрушения капитальным зданиям в зоне радиусом 1 км. Радиус зоны разрушения воздушной ударной волны в этом случае примерно в 2 раза меньше, чем при воздушном взрыве.

Мы познакомились с действием ударной волны, являющейся первым и основным поражающим фактором ядерного взрыва. Мощное световое излучение, источником которого служит огненный шар, является вторым поражающим фактором этого взрыва. Благодаря высокой температуре шара около 33% всей энергии ядерного взрыва превращается в энергию светового излучения, которое продолжается всего лишь несколько секунд. Но оно настолько сильное, что несмотря на кратковременность действия, может вызвать ожоги открытых участков тела и временное ослепление, если смотреть в сторону взрыва. Ожоги световым излучением не отличаются от ожогов огнем или кипятком. Они тем сильнее, чем меньше расстояние от центра взрыва и больше время воздействия светового излучения. Световое излучение может зажигать или обугливать и оплавлять многие материалы. Таким образом, световое излучение способно поражать людской состав и наносить повреждения боевой технике и разному имуществу, усиливая тем самым действие ударной волны взрыва.

Ожоги кожи возникают обычно на незащищенных частях тела, обращенных в сторону взрыва. По сведениям зарубежной печати, световое излучение воздушного взрыва атомной бомбы с тротиловым эквивалентом 20 тыс. т способно вызывать ожоги 3 степени (тяжелые ожоги) у незащищенных людей на расстоянии до 1,9 км, ожоги 2 степени — на расстоянии до 2,7 км и ожоги 1 степени (легкие ожоги) — на расстоянии до 3,2 км. С увеличением калибра бомбы радиус поражения световым излучением при достаточно чистом (прозрачном) воздухе возрастает приблизительно пропорционально корню квадратному из энергии взрыва.

Поражающее действие светового излучения сильно зависит от прозрачности (чистоты) атмосферы. Дело в том, что свет, проходя через атмосферный воздух, ослабляется вследствие рассеяния и поглощения его. Наличие в воздухе пыли, дыма, частиц воды в виде тумана или облаков увеличивает это ослабление. Поэтому, например, туман или низкая слоистая облачность могут значительно ослабить поражающее действие светового излучения ядерного взрыва.

При наземном взрыве поражающее действие светового излучения несколько меньше, чем при воздушном взрыве. Это объясняется тем, что пыль, поднимаемая взрывом, увеличивает поглощение и рассеяние света.

Кроме ударной волны и светового излучения, ядерный взрыв сопровождается еще радиоактивным излучением и испусканием нейтронов. Радиоактивное излучение, состоящее из бета- и гамма-лучей, испускается «осколками» деления, а также за счет искусственной радиоактивности веществ окружающей среды, возбуждаемой нейтронами. Бета-лучи быстро поглощаются атмосферным воздухом и большой роли в поражающем действии ядерного взрыва не играют. Потоки гамма-лучей и нейтронов, обладающие большой проникающей способностью, составляют проникающую радиацию ядерного взрыва, на долю которой приходится несколько меньше 17% всей энергии, которая выделяется при взрыве.

Проникающая радиация оказывает вредное биологическое действие на людей и при достаточно большой дозе может вызывать лучевую болезнь. Большие дозы проникающей радиации вызывают потемнение стекла оптических приборов, засвечивают фотопленку и фотобумагу. На боевую технику проникающая радиация не оказывает вредного влияния.

Проникающая радиация представляет собой третий поражающий фактор ядерного взрыва, имеющий в сравнении с ударной волной и световым излучением меньшее значение. Поражающее действие проникающей радиации наблюдается в течение примерно 10–15 секунд, причем нейтроны, входящие в состав проникающей радиации, действуют лишь несколько десятых долей секунды после взрыва. За это короткое время половина людского состава, находящегося вне укрытий на расстоянии 1,2 км от эпицентра воздушного взрыва бомбы с тротиловым эквивалентом 20 тыс. т, может получить опасные для жизни дозы радиации.

Наземный взрыв по действию его проникающей радиации приближается к воздушному взрыву. При подземном взрыве проникающая радиация будет значительно слабее, чем при воздушном взрыве. Особенность подземного взрыва состоит в том, что земля, выброшенная из воронки, оказывается сильно радиоактивной и заражает значительный район вокруг места взрыва. При взрыве бомбы с тротиловым эквивалентом 20 тыс. т радиус зоны заражения может достигать 6,5 км при скорости ветра 9 м/сек, а в противоположном направлении — 1,2 км. При наземном взрыве также образуется воронка и тоже происходит заражение местности, но только в значительно меньших размерах.

Радиоактивное заражение местности происходит и при воздушном ядерном взрыве. Дело в том, что при этом взрыве в атмосферу вносится в виде пыли большое количество радиоактивных веществ. Это — главным образом продукты деления («осколки») урана и плутония и частично вещества, радиоактивность которых наведена действием излучений самого взрыва; встречается также плутоний 239, не разделившийся при взрыве. Эта радиоактивная пыль выпадает затем на землю в виде радиоактивных осадков, заражая местность как в районе взрыва, так и по пути движения облака, образующегося при взрыве. В дополнение к осадкам некоторое количество радиоактивных веществ в почве и воде в районе взрыва получается под действием нейтронов.

Радиоактивные вещества являются, как мы знаем, источником радиоактивных лучей, которые, как и проникающая радиация, вредно действуют на людей. Помимо внешнего облучения, эти радиоактивные вещества могут представлять опасность при попадании внутрь организма. Поэтому радиоактивные осадки, сопровождающие ядерный взрыв, представляют собой четвертый поражающий фактор этого взрыва.

Таким образом, ядерный взрыв имеет четыре совместно действующих поражающих фактора: ударную волну, световое излучение, проникающую радиацию и радиоактивные осадки. В силу этого ядерное оружие в отличие от обычного оружия обладает комбинированным поражающим действием. Исходя из этого и строится противоатомная защита, то есть защита людей и техники от действия ядерного оружия.

Основным средством защиты являются специально оборудованные в земле укрытия. Даже обычный окоп полного профиля может спасти людей от ожогов, вызываемых световым излучением, значительно ослабить поражение проникающей радиацией и уменьшить действие ударной волны примерно в 4 раза. Действие атомной бомбы с тротиловым эквивалентом 20 тыс. т на людей, находящихся в окопах или траншеях полного профиля, наблюдается лишь вблизи от эпицентра взрыва: на расстоянии до 700–750 м от ударной волны, до 400 м — от светового излучения и до 550 м — от проникающей радиации. Таким образом, старая поговорка «Окоп — лучший друг солдата» остается в силе и в век ядерного оружия.

Закрытые убежища даже легкого типа предохраняют полностью войска от поражения световым излучением; радиус поражения ударной волной уменьшается до 400 м; степень поражения проникающей радиацией уменьшается в зависимости от толщины покрытия убежиша. Еще более надежным укрытием для людей и техники служат дерево-земляные сооружения противовоздушной обороны, построенные с учетом требований противоатомной защиты.

Свойства ядерного оружия в настоящее время хорошо изучены, разработка средств зашиты от его действий далеко шагнула вперед. Защита от ядерного оружия, обладающего комбинированным действием, требует принятия специальных мер против воздействия ударной волны, светового излучения и проникающей радиации. При этом не следует только забывать, что разные поражающие факторы ядерного взрыва действуют в течение разных промежутков времени. Световое излучение распределяется с очень большой скоростью, равной 300 000 км/сек. Поэтому вспышка ядерного взрыва видна в момент самого взрыва. Все незащищенные объекты подвергаются воздействию светового излучения в течение 2–3 секунд после взрыва. Гамма-лучи, являющиеся основной составной частью проникающей радиации, распространяются также со скоростью света и действуют сразу же после взрыва в течение примерно 10–15 сек. Наконец, ударная волна, распространяясь со сверхзвуковой скоростью, проходит километр за 2 сек., два километра — за 5 сек., три километра — за 8 сек. Таким образом, находясь вне укрытия и увидев вспышку ядерного взрыва, можно еще быстро (за 2–3 сек.) укрыться в щели, траншее, придорожном кювете или воронке от снаряда или бомбы, находящихся в двух — трех шагах. Тем самым доза проникающей радиации и воздействие ударной волны будут значительно уменьшены. Пусть, например, человек находился на расстоянии 2 км от места взрыва, когда увидел его вспышку. Если он сразу же укроется в рядом находящейся воронке, то ударная волна, пробегающая 2 км за 5 сек., достигнет его местонахождения, когда он будет уже в укрытии.

В этой книжке, посвященной физическим основам получения ядерной энергии, не представляется возможным подробно останавливаться на вопросах противоатомной защиты. Однако уже те примеры, которые приведены выше, показывают, что воины, знающие свойства ядерного оружия и хорошо подготовленные к действиям в условиях его применения, могут успешно выполнять свою боевую задачу.

Представления читателя о действии ядерного оружия не будут полными, если не рассказать о том радиоактивном заражении земной атмосферы, которое вызывают ядерные взрывы.

Исследования последних лет показывают, что общее количество радиоактивных продуктов деления, распыляемых при ядерном взрыве в атмосфере, весьма велико. Особенно много их получается при взрыве водородно-урановых бомб. По данным зарубежной печати, полная активность продуктов деления атомной бомбы среднего калибра через одну минуту после взрыва достигает огромной величины, а именно 8∙10¹¹ кюри. Первое время после взрыва активность продуктов деления уменьшается быстро, так как большинство осколков имеет малый период полураспада и поэтому быстро «выходит из игры». К концу первого месяца активность продуктов деления уменьшается в несколько сот тысяч раз. В дальнейшем активность убывает медленнее, так как остаются долгоживущие изотопы с большим периодом полураспада.

Радиоактивная пыль поднимается взрывом на высоту более 30 км, после чего начинает постепенно оседать. Крупные частицы (100 микрон и более) опускаются сравнительно быстро и оседают в районе самого взрыва, заражая местность на площади в несколько квадратных километров. Мелкие частицы оседают медленнее. Подсчитано, что частицы с плотностью вещества 3 г/см³, имеющие диаметр около 1 микрона, опускаются за одну минуту всего на 0,6 см. При столь медленном оседании мельчайшая радиоактивная пыль уносится воздушными течениями, простирающимися над всей землей, и может выпадать на землю в виде радиоактивных осадков в любом месте земного шара.

Существование радиоактивных осадков, выпадающих далеко от места взрыва, стало известно в результате трагического случая, последовавшего за проведенными США 1 марта 1954 г. испытаниями водородных зарядов в Тихом океане. Вследствие перемены направления ветра несколько японских рыбаков, находившихся на расстоянии 75 миль от места испытаний, попали под радиоактивные осадки, вызвавшие у них тяжелую лучевую болезнь со смертельным исходом в одном случае.

К настоящему времени выяснено, что радиоактивные вещества, обязанные своим происхождением ядерным взрывам, перемещаются в атмосфере вокруг земного шара, создавая на высоте 8–12 км активный слой, состоящий главным образом из долгоживущих изотопов стронция 90, церия 144, цезия 137 и плутония 239. Заражение (или загрязнение) атмосферы радиоактивными веществами характеризуется концентрацией активности в воздухе, то есть количеством этих веществ, содержащихся в одном кубическом сантиметре воздуха.

Средняя концентрация активности атмосферного воздуха, вызванная ядерным взрывом, крайне мала и абсолютно безопасна. Если, например, продукты деления небольшой атомной бомбы, обладающие общей активностью 5 млн. кюри, распределятся равномерно вокруг всей Земли в слое воздуха толщиной 10 км, то концентрация радиоактивности составит всего около 10^-18 кюри на 1 см³. Это значительно меньше естественной активности воздуха (10^-7 кюри на 1 см³), которая обусловлена содержанием в нем радиоактивного газа — радона и продуктов его распада. Радон попадает в атмосферу в результате естественного самопроизвольного распада радия, имеющегося в земле. Сравнение цифр (10^-18 и 10^-7) показывает, что средняя концентрация активности атмосферного воздуха от одного ядерного взрыва в сотни миллиардов раз меньше его естественной активности. Следует, однако, учитывать, что распределение продуктов деления в атмосфере вокруг Земли не является в действительности равномерным и к тому же в результате испытаний атомных и водородных бомб, проводимых в настоящее время, происходит накопление в атмосфере и почве долгоживущих «осколков» деления. Отсюда видно, что возможность выпадения радиоактивных осадков не исключена в любом месте земного шара. Установлено, что в результате испытательных взрывов водородных бомб на островах Тихого океана радиоактивные осадки выпадают не только в Индии или Японии, но и в Англии, Франции и других странах. Чаще всего радиоактивные вещества выпадают из атмосферы на землю с дождем и снегом. Вот почему в настоящее время во многих странах организованы регулярные наблюдения за радиоактивным загрязнением атмосферы и почвы. Сеть пунктов наблюдения организована также и в Советском Союзе.

Ядерные взрывы могут представлять опасность для здоровья людей, находящихся за многие тысячи километров от района взрывов.

Из всех радиоактивных продуктов деления, загрязняющих атмосферу и почву, наибольшую опасность представляет стронций 90, период полураспада которого свыше 20 лет, и цезий 137, у которого период полураспада равен примерно 33 годам.

Проникая в организм человека и животных, стронций концентрируется в костях, вызывая возникновение злокачественных образований — костных сарком и белокровия. Стронций может попадать в организм с воздухом, которым мы дышим, а также с водой и пищей. Дело в том, что стронций, находящийся в почве, хорошо усваивается растениями, вместе с которыми поедается животными и человеком. Часть стронция, попавшего в организм животного (в частности коров), выделяется с молоком и вместе с ним также может попадать внутрь человека.

Радиоактивный изотоп цезий 137 тоже заражает атмосферу и почву. При своем распаде он испускает гамма-лучи, увеличивая тем самым естественное радиоактивное излучение атмосферы и земли. Энергия гамма-лучей поглощается телом человека и животных и может вызвать, как мы уже знаем, существенные изменения во всех тканях и органах. На основании изучения последствий атомных взрывов 1945 г. в городах Хиросима и Нагасаки и данных лабораторных экспериментов над животными ученые высказывают достаточно обоснованное предположение о том, что даже незначительные изменения, вызываемые гамма-излучением в живом организме, могут передаваться по наследству.

В настоящее время мировое общественное мнение испытывает глубокое и законное беспокойство в связи с опасностью, которую несут с собой испытания ядерного оружия. Хотя последствия таких испытаний изучены еще не достаточно, однако уже теперь виднейшие ученые мира предупреждают о том, что дальнейшее продолжение таких испытаний создает угрозу для здоровья людей.

Проводимые в настоящее время испытания ядерного оружия способны в случае их продолжения заметно увеличить радиоактивное загрязнение атмосферы и почвы. Если эти испытания не прекратить, то со временем концентрация активности в воздухе может достичь величины, опасной для здоровья населения всего земного шара. Вот почему народы всего мира единодушны в своем требовании о прекращении испытаний ядерного оружия.

Из трех великих держав (США, СССР, Англия), производящих испытания атомных и водородных бомб, только Советское государство последовательно и настойчиво борется за прекращение гонки ядерных вооружений, за безоговорочное запрещение ядерного оружия, за прекращение его производства и уничтожение его запасов. Однако США и Англия под всякими предлогами уклоняются от достижения соглашения по этим жизненно важным для народов вопросам.

Поскольку достижение соглашения оказалось пока невозможным, Советское правительство в качестве первого шага к запрещению ядерного оружия предложило немедленное прекращение испытаний этого оружия. Правительства Индии, Швеции и ряда других стран также потребовали прекращения атомных испытаний. Японский народ, который первым ощутил последствия атомной войны и испытаний ядерного оружия, единодушно требует прекращения этих испытаний. Прекращения атомных испытаний и немедленного соглашения о приостановке этих испытаний потребовал Всемирный Совет Мира в своем Берлинском воззвании от 2 апреля 1957 г., решительно поддержанном народами всех стран.

Большое значение в этом отношении имеют заявления, сделанные знаменитым французским физиком Ф. Жолио-Кюри, учеными Западной Германии, Японии и ряда университетов США, к мнению которых присоединили свой голос ученые многих стран.

Советский народ решительно поддерживает позицию Советского правительства в вопросе о немедленном прекращении испытаний ядерного оружия. Новым выражением мирной политики Советского Союза явилось обращение седьмой сессии Верховного Совета СССР, состоявшейся в мае 1957 г., к конгрессу США и парламенту Великобритании. В этом обращении, исполненном серьезной тревоги за судьбы человечества, Верховный Совет призвал высшие законодательные органы этих двух государств содействовать достижению соглашения между правительствами СССР, США и Великобритании о немедленном прекращении испытаний ядерного оружия. Мирная инициатива Верховного Совета СССР нашла широкий отклик у всех народов земли.

Однако правящие круги США и Англии, заинтересованные в продолжении гонки вооружений, препятствуют достижению соглашения о прекращении или хотя бы о приостановке ядерных испытаний. Некоторые политические деятели капиталистического мира, выступая за продолжение ядерных испытаний, заявляют о возможности якобы тайного проведения этих испытаний. Подобные заявления лишены оснований и опровергаются практикой современного физического эксперимента.

Ядерный взрыв, произведенный в любом месте, на территории любого, даже самого обширного государства, не может в настоящее время остаться в тайне, а будет безошибочно зарегистрирован далеко за пределами этого государства. Для этого могут быть использованы и используются следующие дополняющие друг друга способы:

1) регистрация сейсмических волн, возбуждаемых в земной коре ядерными взрывами;

2) регистрация упругих волн, распространяющихся в атмосферном воздухе на большие расстояния от места взрыва;

3) определение радиоактивности выпадающих атмосферных осадков (дождя и снега);

4) определение концентрации активности воздуха на разных высотах.

Все эти способы в совокупности дают возможность безошибочно установить факт проведения ядерного взрыва и, кроме того, определить с достаточной точностью место и силу взрыва и даже тип бомбы.

Таким образом, советские предложения о немедленном запрещении испытаний ядерного оружия поддаются контролю, они не связаны с какими-либо сложными организационными мероприятиями и вполне осуществимы.

Пытаясь дезориентировать народные массы, требующие прекращения испытаний ядерных бомб, американские «атомные» мракобесы, прикрывающиеся иногда ученым званием, утверждают, что может быть создана, или даже уже почти создана, так называемая «чистая» водородная бомба, взрывы которой будто бы не оставят радиоактивной пыли, загрязняющей атмосферу, и поэтому не будут угрожать здоровью населения земного шара. Группу пропагандистов этой «чистой» бомбы возглавляет руководитель радиологической лаборатории Калифорнийского университета в Беркли профессор Эдуард Теллер, давно уже воспевающий в своих статьях и «научных исследованиях» планы атомной агрессии.

Теллеровскую легенду о «чистой» водородной бомбе охотно подхватили ответственные руководители как в Соединенных Штатах, так и в Англии. Но она вызвала возмущение в прогрессивных кругах. Достойную отповедь дает ей американский журнал «Сатердей ревью оф литератур». «Мы говорим, — пишет этот журнал, — о „чистых“ водородных бомбах так, будто мы имеем в виду высшую цель морального совершенствования. Каким чудовищным воображением нужно обладать, чтобы связать слово „чистый“ с устройством, которое может воспламенить города и превратить в пепел миллионы людей!».

«Чистые» и «нечистые» атомщики всячески стараются помешать решению в ООН вопроса о разоружении и запрещении атомного оружия. Американские, а вслед за ними и английские империалисты встречают в штыки неоднократно предлагаемую Советским правительством четкую, ясную и реальную программу прекращения испытаний ядерного оружия, программу, открывающую возможность соглашения о запрещении этого оружия.