Broń JĄdrowa. Charakterystyka broni jądrowej



Pobieranie 2,61 Mb.
Strona1/3
Data08.12.2017
Rozmiar2,61 Mb.
  1   2   3


Broń jądrowa
i ochrona przed bronią masowego rażenia


Mgr inż. Marek Królikowski

Opracowanie zaliczeniowe z przedmiotu
"Metody i Technologie Jądrowe"


Uczelniana Oferta Dydaktyczna PW,

Prowadzący: prof.dr hab. Jan Pluta

rok ak. 2008/2009

SPIS TREŚCI





  1. BROŃ JĄDROWA.




    1. CHARAKTERYSTYKA BRONI JĄDROWEJ.

Broń jądrowa to kompletny zestaw (np. typu implozyjnego, artyleryjskiego lub termojądrowego), który w swej ostatecznej konfiguracji, po zakończeniu procedury uzbrajania i odpalania jest zdolny do zainicjowania reakcji jądrowej z uwolnieniem energii. Działania wojenne z użyciem broni jądrowej to takie, w których zastosowano broń jądrową. Pierwszy raz broń jądrowa została użyta podczas II wojny światowej. 6 sierpnia 1945 roku Stany Zjednoczone zrzuciły bombę atomową na japońskie miasto Hiroshima. W ułamku sekundy ponad 200-tysięczne miasto obróciło się w ruinę. Zginęło 80 tysięcy ludzi. Wielu innych przez całe lata walczyło ze skutkami choroby popromiennej.


Rys. 1 Obłok dymu po wybuchu bomby atomowej nad Hirosimą

http://pl.wikipedia.org/wiki/Jądro_atomowe



    1. BUDOWA ŁADUNKU JĄDROWEGO.

Jądro atomu stanowi złożony system, który składa się z poszczególnych cząstek - protonów i neutronów. Protony i neutrony mają prawie jednakową masę, lecz różnią się ładunkiem elektrycznym. Proton jest cząstką o dodatnim ładunku elektrycznym, neutron natomiast nie ma żadnego ładunku i jest cząstką elektrycznie obojętną. Protonem i neutronem nadano wspólną nazwę - nukleony, to znaczy ‘‘cząstki jądrowe’’. W jądrze każdego pierwiastka chemicznego znajduje się ściśle określona ilość protonów. Na przykład jądro atomu wodoru zawiera jeden proton, jądro atomu helu - dwa protony, jądro atomu litu - trzy protony itd. Ilość neutronów w jądrach atomu tego samego pierwiastka chemicznego może być różna. Atomy, których jądra zawierają jednakową ilość protonów, lecz różną ilość neutronów, mają te same właściwości chemiczne i dlatego zajmują to samo miejsce
w układzie okresowym pierwiastków chemicznych Mendelejewa. Takie atomy nazwano izotopami (od greckiego: isops - równy, topos - miejsce). Pod wpływem działania elektrostatycznych sił wzajemnego odpychania zawarte w jądrze atomu protony dążą do ucieczki z jądra w różne strony, co doprowadziłoby do całkowitego rozpadnięcia się jądra. Jednak jądra atomów istnieją i jak wykazały badania, w przeważającej większości wypadków trwałość ich jest niesłychanie duża. Duża trwałość jąder atomów jest wynikiem istnienia
w jądrze sił wzajemnego przyciągania między nukleonami. Siły te są znacznie większe od elektrostatycznych sił wzajemnego odpychania protonów. Siły wzajemnego przyciągania nukleonów nazwano siłami jądrowymi. Ich cechą specyficzną jest to, że działają na bardzo małych odległościach i tylko między sąsiednimi nukleonami. Siły odpychania protonów działają natomiast na wszystkie protony w obrębie jądra. Trwałość jąder atomów różnych pierwiastków chemicznych i izotopów określa się wielkością energii wiązania przypadającej na jeden nukleon. Trwałość ta nie jest jednakowa dla wszystkich pierwiastków. Zależy ona od ogólnej ilości nukleonów w jądrze oraz od stosunku ilościowego protonów i neutronów oraz wzajemnego ich rozmieszczenia. Największą trwałość mają jądra atomów pierwiastków chemicznych występującej w środkowej części okresowego układu pierwiastków chemicznych.

    1. BUDOWA I ZASADA DZIAŁANIA ŁADUNKÓW JĄDROWYCH.




      1. Broń jądrowa.

W celu rozczepienia jąder atomów substancji ładunku bojowego w amunicji jądrowej wykorzystuje się neutrony. Mają one stosunkowo łatwą zdolność przenikania do jądra, ponieważ ze względu na swój obojętny charakter nie muszą pokonywać elektrostatycznych sił odpychania dodatnio naładowanego jądra. Cząstki niosące ładunek elektryczny np. protony, nie nadają się do tego celu. Aby przeniknąć do jądra, proton powinien mieć prędkość rzędu setek tysięcy kilometrów na sekundę, w przeciwnym razie nie będzie on w stanie pokonać odpychającego działania jądra. Cząstki naładowane mające taką prędkość, można uzyskać tylko w specjalnych urządzeniach przyśpieszających (akceleratorach). Jądro ciężkie w chwili wychwytu neutronu uzyskuje pewną ilość energii. Jeżeli w wyniku tego wzbudzenia energetycznego działające w jądrze siły odpychania zaczną górować nad siłami jądrowymi to jądro ulegnie rozczepieniu na części. Nastąpi wówczas reakcja rozczepienia jądra ciężkiego. Substancje, w których może wystąpić łańcuchowa reakcja rozczepienia jąder, nazwano materiałem rozczepialnym lub paliwem jądrowym . Obecnie do produkcji broni jądrowej stosuje się trzy rodzaje materiałów rozszczepialnych: uran 235 , uran 233 i pluton 239 (liczby oznaczają ilość nukleonów w jądrze atomu). W innych izotopach pierwiastków ciężkich łańcuchowa reakcja rozczepienia nie może nastąpić, gdyż neutrony powstające w czasie rozczepienia jąder tych pierwiastków mają zbyt małą energię, aby wywołać kolejne procesy rozczepienia.


      1. Broń termojądrowa.

Kolejną metodą uzyskania energii jądrowej jest łączenie jąder lekkich (reakcja syntezy). Wykonanie reakcji syntezy jąder lekkich nastręcza znacznie większe trudności niż reakcje rozczepienia, czego przyczyną jest wzajemne odpychanie dodatnio naładowanych jąder. Połączeniu mogą ulec jądra mające duży zapas energii. Jądra takie poruszają się z dużą prędkością, mogą zbliżyć się do siebie na odległość, w której zaczną działać siły wzajemnego przyciągania, warunkujące syntezę jąder. Jądru można nadać wymaganą energię i prędkość, nagrzewając substancję złożoną z izotopów pierwiastków lekkich do temperatury rzędu kilkudziesięciu milionów stopni. Dlatego też reakcję syntezy jąder lekkich nazwano – reakcją termojądrową.

Odpowiednie warunki do samorzutnych reakcji termojądrowych istnieją w przyrodzie jedynie w słońcu i innych gwiazdach, gdzie temperatura sięga dziesiątków milionów stopni Celsjusza. Uzyskanie tak wysokiej temperatury na Ziemi jest możliwe jedynie bezpośrednio w strefie wybuchu jądrowego, który występuje na skutek rozczepienia jąder ciężkich. Podczas syntezy jąder litu i wodoru, deuteru i trytu w jądra cięższych atomów (np. helu), wydziela się olbrzymia ilość energii. Na przykład podczas syntezy 1 grama helu z mieszaniny trytu


i deuteru wydziela się taka sama ilość energii, jak podczas wybuchu 80 ton trotylu lub podczas rozczepienia 4 g uranu. W odróżnieniu od wybuchu jądrowego wybuch oparty na syntezie jąder lekkich nazwano - wybuchem termojądrowym. Stanowi to niekiedy podstawę do podziału broni, w której wykorzystano energię jądrową, na jądrową (atomową)
i termojądrową. Ze względu na to, że w działaniu rażącym broni jądrowej i termojądrowej nie ma znaczących różnic dla obu rodzajów broni przyjęto wspólne określenie - broń jądrowa.


      1. Broń neutronowa.

Odmianę broni jądrowej stanowią ładunki neutronowe. Są to zminiaturyzowane taktyczne ładunki termojądrowe z detonatorami jądrowych ładunków rozszczepialnych, których głównym czynni­kiem rażącym jest promieniowanie przenikliwe. Podstawową re­akcją wykorzystywaną w ładunkach neutronowych jest reakcja syntezy jąder deuteru i trytu. Zainicjowanie reakcji syntezy deuteru z trytem następuje w wyniku wybuchu ładunku rozszczepial­nego. Ilości substancji niezbędne do wykonania wybuchu są nie­zmiernie małe. Na przykład do ładunku o mocy l kt potrzeba około 13 gramów mieszaniny deuteru i trytu. Wybuchom neutronowym towarzyszą takie same zjawiska fi­zyczne, jak podczas powietrznego wybuchu jądrowego. Występują jednak różnice w rozkładzie energii na poszczególne czynniki ra­żące i związana z tym inna struktura i rozmiary strat przy okreś­lonej (jednakowej) mocy wybuchu. Rażące działanie fali uderzeniowej oraz promieniowania cieplne­go jest 4 razy mniejsze, a promień rażącego działania promienio­wania przenikliwego na nie ukrytych żołnierzy oraz znajdujących się w wozach bojowych lub samolotach jest 3‑4 razy większy w porównaniu z wybuchem ładunków rozszczepialnych i takiej sa­mej mocy. Promieniowanie przenikliwe wybuchu neutronowego działa niszcząco na urządzenia radioelektroniczne, powoduje mato­wienie szkieł optycznych oraz naświetlenie materiałów fotograficz­nych. Najbardziej wrażliwe na promieniowanie neutronowe są przy­rządy półprzewodnikowe, głównie układy scalone. Pod działaniem neutronów zachodzą nieodwracalne zmiany napięciowo prądowe charakterystyk diod oraz zmniejszenie współczynnika wzmocnienia prądowego tranzystorów. Promieniotwórcze skażenie terenu jest niewielkie. Powstaje tylko w rejonie wybuchu, nie tworzy się natomiast ślad obłoku promieniotwórczego. W odległości około 0,5 km od punktu zerowego można działać bez środków ochrony bezpośrednio po wybuchu, bez narażenia się na przekroczenie daw­ki dopuszczalnej. Zasięg rażącego działania impulsu elektromagne­tycznego jest podobny do zasięgu impulsu wybuchu ładunku roz­szczepialnego o takiej samej mocy.


      1. Podział ładunków jądrowych.


Według liczby faz reakcji jądrowych:

  • Jednofazowe - cała energia wybuchu pochodzi z reakcji rozszczepienia jąder uranu 235 lub plutonu 239 za pomocą neutronów powolnych. Ten rodzaj bomby nazywany jest także bombą atomową. W procesie rozszczepienia uwalniane są nowe neutrony, które mogą powodować kolejne rozszczepienia, podtrzymując reakcję (reakcja łańcuchowa).

  • Dwufazowe - wydzielanie energii odbywa się w dwóch etapach (fazach). W fazie pierwszej źródłem energii jest ta sama reakcja jądrowa, która wykorzystywana jest
    w bombie jednofazowej, zaś w fazie drugiej - reakcja syntezy dwóch pierwiastków lekkich. Ten rodzaj bomby nazywany jest również wodorową lub termojądrową.

  • Trójfazowe - ostatnim ogniwem otrzymywania energii jest rozszczepienie naturalnie występującego izotopu uranu 238, który do rozpadu wymaga wysokoenergetycznych, tzw. prędkich neutronów. Neutrony te wytwarzane są właśnie w reakcjach termojądrowych. Uran 238 stanowi obudowę komory reakcyjnej, w której przebiega wybuch ładunku dwufazowego. 


Według zastosowania na polu walki:

  • Taktyczne

  • Operacyjne

  • Strategiczne




      1. Rodzaje wybuchów jądrowych.

1) na dużej wysokości:

  • Troposferyczne (wysokość 10 - 15 km)

  • Stratosferyczne (wysokość 15 - 50 km)

  • Jonosferyczne (wysokość 50 - 150 km)

  • Kosmiczne (wysokość ponad 150 km)

2) powietrzny:



  • Wysoki

  • Niski

3) naziemny

4) nawodny

5) podziemny:


  • otwarty (głębokość 7 - 350 metrów)

  • zakryty (głębokość do 1100 metrów) - kamuflażowy

6) podwodny

7) na przeszkodzie wodnej (głębokość akwenu do 10 metrów).


Rodzaj wybuchu jądrowego określa się na podstawie wysokości wybuchu nad powierzchnią ziemi (wody) lub głębokości wybuchu pod ziemią (wodą). Miejsce na powierzchni ziemi (wody), nad (pod) którym nastąpił wybuch nazywa się punktem zerowym wybuchu jądrowego.


    1. CZYNNIKI RAŻENIA BRONI JĄDROWEJ.

      1. Fala uderzeniowa.

Fala uderzeniowa jest głównym czynnikiem rażenia wybuchu jądrowego. Może uszkodzić lub zniszczyć wyposażenie oraz sprzęt bojowy (naziemny i powietrzny) zasoby logistyczne, umocnienia, stałe obiekty wojskowe (bazy) i infrastrukturę. Fala uderzeniowa powstała w wyniku wybuchu podwodnego i nadwodnego może zniszczyć zarówno obiekty (okręty, instalacje) nawodne jak i podwodne. Zniszczenia wywołane w terenie leśnym lub zurbanizowanym będą powodować utrudnienia lub uniemożliwiać manewr;

Porażenie żołnierzy w wyniku bezpośredniego działania fali uderzeniowej może być:



  • lekkie - powstające przy nadciśnieniu fali uderzeniowej 20-40 kPa (0,2-0,4 kG/cm2). Zalicza się do nich krótkotrwałe uszkodzenia narządu słuchu, ogólną, lekką kontuzję, potłuczenie i zwichnięcie kończyn;

  • średnie - powstające przy nadciśnieniu fali uderzeniowej 40-50 kPa (0,4-0,5 kG/cm2). Zalicza się do nich kontuzje całego organizmu, omdlenie, ból głowy, uszkodzenie narządu słuchu, krwo­toki z nosa, uszu i ust, złamania i zwichnięcia kończyn w wyniku mechanicznych urazów;

  • ciężkie - powstające przy nadciśnieniu fali uderzeniowej 50-100 kPa (0,5-l kG/cm2). Zalicza się do nich ciężkie kontuzje całego organizmu, uszkodzenie mózgu oraz jamy brzusznej, silne krwotoki z nosa i uszu, ciężkie złamania i zwichnięcia kończyn;

  • bardzo ciężkie - powstające przy nadciśnieniu fali uderze­niowej powyżej 100 kPa
    (l kG/cm2). Zalicza się do nich uszkodze­nie organów wewnętrznych i kontuzje, często kończące się śmiercią.

Na rażące działanie fali uderzeniowej duży wpływ ma rzeźba terenu i lasy. Na stokach wzniesień (zwróconych w stronę wybu­chu) o kącie nachylenia 15-60° występuje w fali uderzeniowej ciśnienie około 1,3 do 3 razy większe niż w terenie równinnym, a na przeciwstokach mniejsze około 1,1 razy. W dolinach i okopach, położonych prostopadle do kierunku roz­przestrzeniania się fali uderzeniowej, ciśnienie jest takie samo, jak
w terenie otwartym, lecz znacznie mniejsze działanie miotające. Lasy wpływają hamująco na rozprzestrzenianie się mas po­wietrza i dlatego ciśnienie fali uderzeniowej jest w nich 1,1 razy większe niż w terenie równinnym, a działanie miotające mniejsze.



      1. Promieniowane cieplne.

Źródłem promieniowania cieplnego jest kula ognista, powstająca w momencie wybuchu. Jej pojawienie się jest sygnałem do natychmiastowego zastosowania środków ochrony przed zasadniczymi czynnikami rażenia wybuchu jądrowego. Promieniowanie cieplne może być przyczyną pożarów oraz silnych poparzeń nieosłoniętych powierzchni skóry. Ponadto, promieniowanie cieplne może wywołać spalenie, zniekształcenie lub stopienie elementów wyposażenia i sprzętu wojskowego, które zostało poddane jego działaniu. Pożary powstałe w terenach leśnych lub zurbanizowanych mogą zwiększyć rażące działanie broni jądrowej;
Rozróżnia się trzy stopnie oparzenia:

  • I stopień 80-160 kJ/m2 - zaczerwienienie, obrzęk i ból skóry. Nie pozbawia to żołnierzy zdolności do działania;

  • II stopień 160-400 kJ/m2 - pęcherze. Żołnierze tracą zdol­ność bojową i wymagają pomocy lekarskiej;

  • III stopień 400-600 kJ/m2 - obumieranie skóry i tkanek powodujące powstawanie otwartych ran. Żołnierze tracą zdolność bojową i wymagają pomocy lekarskiej.

Promieniowanie cieplne może być osłabione przez chmury, dym, unoszący się z ziemi pył, las, nierówności terenu itp. Podczas mgły, deszczu i opadów śniegu rażące działanie tego promieniowania jest nieznaczne.




      1. Promieniowanie przenikliwe.

Wybuchowi jądrowemu towarzyszy emisja neutronów, promieniowania alfa, beta
i gamma. Promieniowanie alfa i beta rozprzestrzenia się w powietrzu na niewielkie odległości, nie powodując znaczących strat. Natomiast strumień promieniowania gamma
i neutronów emitowany podczas wybuchu jądrowego nazywany jest promieniowaniem przenikliwym. W bezpośredniej strefie wybuchu jądrowego, poziom mocy dawki promieniowania, zazwyczaj wynosi ponad 75 cGy/h. Może on być przyczyną natychmiastowej utraty zdolności bojowej wojsk. W wyniku oddziaływania promieniowania może wystąpić choroba popromienna.
Wyróżnia się cztery stopnie choroby popromiennej:

  • pierwszy (lekki) - po wchłonięciu jednorazowo dawki od 100 do 250 R;

  • drugi (średni) - po wchłonięciu jednorazowo dawki od 250 do 400 R;

  • trzeci (ciężki) - po wchłonięciu jednorazowo dawki od 400 do 600 R;

  • czwarty (bardzo ciężki) - po wchłonięciu jednorazowo dawki powyżej 600 R.

Po otrzymaniu dawki powyżej 10 000 R choroba ma przebieg błyskawiczny. Objawia się ona zawrotami i bólem głowy, brakiem apetytu, mdłościami i wymiotami, ogólnym osłabieniem


i zwiększoną potliwością. Przy większych dawkach występuje rów­nież podwyższona temperatura, pragnienie oraz krwotoki we­wnętrzne. W ciężkich przypadkach, po napromieniowaniu dawką po­wyżej 300 R, choroba często kończy się śmiercią.


      1. Promieniotwórcze skażenie terenu.

Źródłem promieniotwórczego skażenia terenu są produkty rozszczepienia ładunku jądrowego, promieniotwórczość wtórna, tzn. izotopy promieniotwórcze powstające w wyniku oddziaływania z materią oraz rozproszona pozostałość nie rozszczepionego ładunku jądrowego. Wypadanie substancji promieniotwórczych – materiałów zassanych do kuli ognistej w początkowej fazie wybuchu, może powodować promieniotwórcze skażenie terenu. Kierunki rozprzestrzenia się i gęstość wypadania substancji radioaktywnych jest uzależnione od warunków atmosferycznych, w tym od kierunku wiatru. Przewiduje się, że w przypadku wystąpienia opadów deszczu w danym rejonie powstaną wysokie skażenia;



      1. Impuls elektromagnetyczny.

Dodatkowym efektem oddziaływania promieniowania gamma z otoczeniem jest powstanie silnego impulsu elektromagnetycznego. Wielkość powstającego impulsu elektromagnetycznego jest zależna od mocy wybuchu i jego wysokości nad powierzchnią ziemi. Ze wzrostem wysokości rośnie zasięg oddziaływania impulsu, natomiast jego natężenie maleje. Impuls ulegający częściowemu osłabieniu w atmosferze będzie powodował mniejsze zniszczenia w porównaniu z pozostałymi czynniki rażenia broni jądrowej. Jednakże, nawet wybuch jądrowy o stosunkowo niewielkiej mocy (20kt) wykonany na wysokości powyżej 40 km może wytworzyć impuls elektromagnetyczny oddziaływujący na urządzenia elektryczne i elektroniczne
Czynniki rażenia broni jądrowej

(wybuch z dominującymi reakcjami rozszczepienia).

  • fala uderzeniowa – 40-60%

  • promieniowanie cieplne – 30-40%

  • promieniotwórcze skażenie terenu – 10%

  • promieniowanie przenikliwe –5%

  • impuls elektromagnetyczny –1%


Czynniki rażenia broni jądrowej

(wybuch z dominującymi reakcjami syntezy).

  • fala uderzeniowa – 8%

  • promieniowanie cieplne – 8%

  • promieniotwórcze skażenie terenu – 70%

  • promieniowanie przenikliwe – na poziomie minimalnym

impuls elektromagnetyczny  1 %



    1. ŚRODKI PRZENOSZENIA BRONI JĄDROWEJ.

Do broni jądrowej zalicza się wyposażone w ładunek jądrowy głowice różnych rakiet, torped, bomby lotnicze, pociski artyleryjskie, morskie bomby głębinowe, saperskie miny kierowane. Wszystkie te środki nazwano - amunicją jądrową .



Moc amunicji jądrowej określa się na podstawie ilości energii wyzwalanej podczas wybuchu jądrowego, a nie na podstawie ciężaru lub kalibru, jak to jest przyjęte dla amunicji konwencjonalnej (pociski artyleryjskie , bomby lotnicze) .

Energię wybuchu amunicji jądrowej porównuje się z energią wybuch odpowiednią ilością trotylu.


Pod względem mocy ładunki jądrowe dzieli się na:

  • bardzo małej mocy - do l kt;

  • małej mocy - od l kt do 10 kt;

  • średniej mocy - od 10 kt do 100 kt;

  • dużej mocy - od 100 kt do l Mt;

  • bardzo dużej mocy - powyżej l Mt;


Broń jądrowa może być stosowana przez wszystkie rodzaje sił zbrojnych za pomocą:

  1. pocisków rakietowych „ziemia-ziemia” o znaczeniu strategicznym, operacyjnym
    i taktycznym:

    • rakiety międzykontynentalne - zasięg powyżej 5,5 tyś. km;

    • rakiety strategiczne - zasięg powyżej 1000 km;

    • rakiety operacyjno-taktyczne - zasięg poniżej 1000 km.

  2. pocisków rakietowych „ziemia-powietrze”

  3. samolotów – nosiciele broni jądrowej

  4. artylerii lufowej

  5. okrętów podwodnych (rakiety, torpedy)

  6. okrętów nawodnych (rakiety, torpedy, bomby głębinowe)

  7. min jądrowych




    1. BROŃ RADIOLOGICZNA.


  1   2   3


©operacji.org 2017
wyślij wiadomość

    Strona główna