АТОМНОЕ ОРУЖИЯ И ПРОТИВОАТОМНАЯ ЗАЩИТА
Полковник А. П. ГЛУШКО ДОЦЕНТ, КАНДИДАТ ТЕХНИЧЕСКИХ НАУК Подполковник Л. К. МАРКОВ ДОЦЕНТ. КАНДИДАТ ТЕХНИЧЕСКИХ НАУК Подполковник Л. П. ПИЛЮГИН ДОЦЕНТ, КАНДИДАТ ТЕХНИЧЕСКИХ НАУК
АТОМНОЕ ОРУЖИЕ и ПРОТИВОАТОМНАЯ ЗАЩИТА
Под редакцией профессора доктора технических наук генерал-майора инженерно-технической службы Б. А. ОЛИСОВА
ВОЕННОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО МИНИСТЕРСТВА ОБОРОНЫ СОЮЗА ССР МОСКВА — 1958
ОТ ИЗДАТЕЛЬСТВА
Предлагаемая вниманию читателя книга «Атомное оружие и противоатомная защита» содержит основные сведения о боевых свойствах атомного оружия и противоатомной защите войск.
Книга рассчитана на широкий круг читателей — воинов Советской Армии и Военно-Морского Флота, а также членов ДОСААФ.
оо
ВВЕДЕНИЕ
Интересы безопасности нашей страны требуют постоянного совершенствования Советских Вооруженных Сил, оснащения их новейшей боевой техникой.
До тех пор, пока главные капиталистические страны противятся запрещению атомного и водородного оружия, пока не удается провести разоружение, Советский Союз должен держать на должном уровне свое вооружение, включая наиболее мощные современные виды оружия, основанные на последних достижениях науки и техники.
Благодаря постоянным заботам Коммунистической партии и Советского правительства, усилиям народа наши Вооруженные Силы обеспечиваются первоклассной боевой техникой и в качественном отношении существенно превосходят уровень конца Великой Отечественной войны. Преимущества социалистического общественного строя, возросшие в послевоенный период возможности советской экономики, крупные достижения тяжелой промышленности, а также развитие советской науки и техники позволили перевооружить нашу армию, воздушные силы и флот, оснастить их новейшими боевыми средствами.
1*	3
Наряду с полной механизацией и моторизацией, армии, с крупными успехами в качественном! улучшении артиллерии и танков, со значительным ростом удельного веса Военно-воздушных сил и Войск противовоздушной обороны Советские Вооруженные Силы получили в свое распоряжение разнообразное атомное и термоядерное оружие различных типов', в том числе и ракеты дальнего действия. Первоклассная реактивная авиация способна решать задачи, которые могут возникнуть в случае нападения любого агрессора. Военно-Морской Флот обладает всеми средствами для надежной защиты морских границ нашей страны. В организации ПВО страны учтена реальная угроза нападения с воздуха с применением возможным противником ракет дальнего действия и реактивных самолетов стратегической авиации. Советские Вооруженные Силы располагают мощными средствами противовоздушной обороны — истребительной авиацией со сверхзвуковыми скоростями, высококачественной зенитной артиллерией, зенитным ракетным оружием и другими эффективными средствами борьбы с воздушным противником, в том числе и с носителями таких средств поражения, как атомные и термоядерные бомбы.
XX съезд КПСС поставил задачу: принимать необходимые меры для дальнейшего укрепления оборонной мощи нашего социалистического государства, держать нашу оборону на уровне современной военной техники и науки, обеспечить безопасность нашей Родины.
Выполнение этой задачи включает как дальнейшее всемерное усиление технической оснащенности Вооруженных Сил, так и все другие способы укрепления их боевой мощи и боеготовно
4
сти — совершенствование приемов, способов и форм вооруженной борьбы с применением новых боевых средств, глубокое изучение личным составом свойств и возможностей военной техники и новых средств поражения, повышение боевого мастерства всего личного состава армии и флота.
С появлением атомного оружия возникла необходимость пересмотреть прежние приемы вооруженной борьбы. На учениях и маневрах соединения и части Советских Вооруженных Сил уже получили необходимую практику в решении боевых задач в сложных условиях, в том числе и в условиях, создаваемых применением атомного оружия и других новых средств.
Способы и формы будущей войны во многом будут отличаться от всех минувших войн. Учитывая дальнейший научно-технический прогресс, появление новых средств поражения и военной техники, мы обязаны и впредь своевременно определять наиболее целесообразные способы и формы вооруженной борьбы, всесторонне исследовать их и вводить в учебную практику войск.
Выполнение этих требований связано со всемерным повышением военно-технической культуры личного состава Вооруженных Сил, с творческим изучением и обобщением опыта учений, с дальнейшим развитием советской военной науки. Наряду с этим очевидна необходимость изучения боевой техники и приемов вооруженной борьбы армий главнейших капиталистических государств.
Известно, что главные капиталистические страны не только не сократили своих вооруженных сил, но. продолжая гонку вооружений, увеличивают расходы на военные нужды, а также стремятся к расширению агрессивных блоков и сети
5
военных баз. Главнейшее внимание в США уделяется разработке целой серии образцов атомного и термоядерного оружия, отличающихся различной мощностью, разработке способов и приемов использования этого оружия авиацией, флотом, артиллерией и реактивными средствами, а также изучению способов действия войск, авиации и флота в условиях применения атомного оружия.
Империалистические круги США вынашивают планы развязывания войны против Советского Союза и стран народной демократии. Осуществлению этих планов в значительной мере препятствует наличие в распоряжении Советских Вооруженных Сил атомного и термоядерного оружия. Советский Союз обладает также средствами доставки этого мощного оружия в любой пункт земного шара, в том числе на территорию США и государств, предоставивших свои земли для расположения американских военных баз, предназначенных для нападения на СССР.
Бдительность и постоянная боевая готовность Советских Вооруженных Сил могут обеспечить защиту от внезапного нападения агрессора, а умелые и решительные действия в условиях применения атомного оружия и других средств поражения создадут необходимые условия для окончательного разгрома врага.
Боевые действия в условиях применения атомного оружия требуют решительности и быстроты реализации результатов атомного удара, а также умения обеспечивать защиту войск от атомного нападения противника. Для этого необходимо глубокое изучение и знание боевых свойств атомного оружия, средств и способов противоатомной защиты.
. 6
В предлагаемой вниманию читателя книге содержатся сведения об атомном оружии и противоатомной защите.
Материал данной работы освещает три основные вопроса: физические основы атомного оружия, его боевые свойства, а также средства и способы противоатомной защиты.
Краткое изложение физических основ атомного оружия позволяет осмыслить физическую сущность ядерных реакций, лежащих в основе действия средств поражения с использованием энергии деления и синтеза атомных ядер, а также энергии ионизирующих излучений.
Более подробно рассмотрены принципы устройства атомного оружия взрывного действия и его поражающие факторы — ударная волна, световое излучение, проникающая радиация и заражение местности радиоактивными веществами. При этом приведены основные данные о возможном поражении различных объектов при атомном взрыве.
В книге содержатся также сведения о средствах и способах защиты войск от действия атомного оружия. Здесь основное внимание уделено устройству укрытий для войск и вопросам радиационной разведки. Кроме того, в этих главах рассмотрены вопросы методики приближенных расчетов, связанных с определением размеров защитных конструкций убежищ, обеспечивающих защиту от действия атомного оружия, а также расчетов, связанных с обеспечением действий войск на местности, зараженной радиоактивными веществами. Предлагаемая методика может быть использована для быстрого решения отдельных практических задач по противоатомной защите.
0
Глава 1
СТРОЕНИЕ ВЕЩЕСТВА И АТОМНАЯ ЭНЕРГИЯ
АТОМЫ И МОЛЕКУЛЫ
Получение энергии тесно связано с использованием различных процессов, происходящих в окружающем нас мире. Человек уже давно научился использовать энергию ветра и падающей воды, химическую, электрическую и тепловую энергию. В последнее время положено начало использованию атомной энергии. Атомная энергия может быть использована как в мирных, так и военных целях.
Чтобы говорить о том, что такое атомное оружие, что такое атомная энергия и как она получается, необходимо хотя бы кратко ознакомиться со строением вещества.
Все мы повседневно имеем дело с различными веществами и предметами, окружающими нас. Только в течение одного дня каждому из нас приходится соприкасаться с десятками предметов бытового и производственного назначения. Эти предметы обладают характерными для каждого из них признаками или свойствами: размерами, формой, цветом, запахом, весом и многими другими.
8
ПЕРИОДЫ '	РЯДЫ		ГРУППЫ	ЭЛЕМЕНТОВ										
			I -	R,0	II - RO	III - R,O3	IV RH, RO,	V RH3 R&	VI rh2 ro3	VII RH RJ),	VIII R0.			0
1	1		Водород 1,0080	1						(H)				Не2 ГЕЛИЙ 4,003	2
2	11	L К	^Цитий I 6,940	2	?е?ИЛЛЙЙ 2 9,013	а	5 В 3 ВОР 2	Ю,82	6 С 4 УГЛЕРОД 2	18,011	7 N $ АЗОТ S >4,008	8 0 6 КИСЛОРОД 2	16,0000	9 F 7 ФТОР 2	19,00 .				Ne‘° НЕОН • 80,183	»
3	Ш	М К	^ЙгРИЙ t as,991	2	^мВ'ний ; 24,32	2	13 А1 | АЛЮМИНИЙ 2	26,98	14 о. * Si ; КРЕМНИЙ 2	26,09	15 р 5 фосфор 2	30,979	.	,6	s В	СЕРА 2	32,066	, 17 Cl В ХЛОР 2	85,437				Аг*8 . АРГОН J 39.944 I
4	IV	н м U к	к *9  1 КАЛИЙ t 39,100	2	Са2° ‘ ^гальций 1 40,06	2	^Шндий , 44,96	2	гр. 22 *Хтан ’° ТИТДп а 47,90	2	V 23	3 ВАНАДИЙ 50,95	2	Сг24 д ХРОМ в 52,01	2	Мп5 ,5 МАРГАНЕЦ в 54,94	2	Ге 26 5 ЖЕЛЕЗО а 55,85	2	С0И Д КОБАЛЬТ в 58,94	2	Ni28 НИКЕЛЬ 8 98,69	2	
	V	N м L К	5	63,54	30 г» is цинк 2	65,38	3< гз '! галлий8 2	69,72	S2 р Ge 8 ГЕРМАНИЙ 2	72.60	35 * 5 As 1 мышьяк 2	74,91	,1 34 Se 1 СЕЛЕН 2	78,96	.5 33 Вг в БРОМ 2	78,916				Кг” ,! КРИПТОН • 83.80	2
5	VI	0 N М 1 К	^МкИйИЙ *	Sr38 •* СТРОНЦИЙ '! 87,63	2	Y 39 .* ИТТРИЙ '} 88,92	2	rw 40	, £1Т ,о ЦИРКОНИЙ’’ 91,22 а	NbM « НИОБИЙ ч 92,91	2	Мо42 Й МОЛИБДЕН в 95,95	2	Тс43 -? ТЕХНЕЦИЙ'* (99)	1	Ru44. РУТЕНИИ е 101,1	2	Rh45a РОДИЙ а 102,91	2	Pd46 - а ПАЛЛАДИИ 5	
	VII	0 н м L К	"Ар-'! СЕРЕБРО® 2	107,080	i= 68 Cd в КАДМИЙ *4	112,41	з 49 т |п в индия t 114,76	а	50 g й 8п В олово t 118,70	з s,Sb В СУРЬМА 2	121,76	!1 52 Те ! ТЕЛЛУР .8	127,61	, 5S . IS	J в ИОД г 121.91				Хе54 ;| КСЕНОН ! 181.3	8
6	VII	с N М L К	г 55 • Дзий 'а 132,91	2	Ba56. БАРИЙ » »Э?,Э6	2	Lafcaii ЛАНТАН в 133,92	2	72	2 Hf « ГАФНИЙ '5 и а, а	г	Та73 « ТАНТАЛ '* 180,9$	2	W24 || ВОЛЬФРАМ в •83,92	8	Be75. » РЕНИИ t <86,31	2	_ ТА	2 0s „ « ОСМИИ 8 190,2	8	I ”	.1 1г . ИРИДИИ а «М а	Pt“ « ПЛАТИНА 8 198,28	2	
	IX	р 0 N N К	« ” Au А золото 2	«97.0	а 80Не 8 РТУТЬ Ь 2	200,61	Й 8‘ Т1 ’J ТАЛЛИЯ 2	204,99	» 82 Pb а СВИНЕЦ 2	207,21	83 Bi 9 ВИСМУТ 2	209,00	is 84 Ро 6 ПОЛОНИИ 2	210,9	Й 85 At в АСТАТИН 2	(210)				Rn88 й РАДОН Ч 882,0	2
7	X	Q о W W к Л	87	1 Fr ? ФРАНЦИЙ , (22 Э)	3	88	’ Ra я РАДИЙ '? 326,02	1	89	« АКТИНИЙ 337	3								
ЛАНТАНОИДЫ	N М К	Се5’ ;» ЦЕРИЙ в «40,13	2	Рг58 .? ПРАЗЕОДИМ в 140,92	г	Nd60 | НЕОДИМ § • 44,27 в	,, 61 г Pm « ПРОМЕТИЙ а . (ИW 3	Sm62 « САМАРИИ в «50.43	2	Ей83 з? ЕВРОПИЙ В 182,0	2	Gd64 ГАДОЛИНИЙ в 156|9	2
	Р 0 N М К	Ть65 J ТЕРБИЙ в 158,93	2	Г8 66	а Dy л ДИО1 РОЗИ Ив 162,46	г	Но" J гольмий а «64,94	2	Ег68. 3 ЭРБИИ ‘J 167,2 г	Ти9 ,1 тулий ‘1 168.94 г	Yb’° л ИТТЕРБИЙ в 173,04	2	Lu* ,| ЛУТЕЦИЙ ’I 174,99	2
Число Меншем Я
|Ч £-1 (ПОРЯДКОВЫЙ МОМЕР) 2 Р м Химическое ЖЕЛЕЗО «*!| обозначение Название элемента g” о
Химически? ХтомныЙ мс
АКТИНОИДЫ	S 0 N М L К	»о .! Th к ТОРИЙ '* 232,05	2	Ра” й ПРОТАЛТНННЙ'в 211	2	TI 92 5 и Я УРАН 'J 236,07	t	WT 9S S Np НЕПТУНИЙ ’J (237)	t	•ж	1 Pu	й ПЛУТОНИЙ 'J (2*9)	1	95	5 Am й АМЕРИЦИЙ 'J (9*3) I	Cm8 il _S_I
	U р 0 N М И	9’	1 Вк si ЪЕРКЕЛИЙ 'J (S4S)	9	88	1 Cf i* КАЛИФОРНИЙ'^ (246)	2	»»	1 F	aS и	« ЭЙНШТЕЙНИЙ# (247)	2	too  Fm й ФЕРМИЙ 'e (246)	2	№1 * Mv a МЕНДЕЛЕВИЙ» 2	103 J S3 Н0БИЯИН '/ 2	tO3 J J8 32 «6 8 S
Ц8Л01 ЧИСЛО В СКОБКАХ - МАССОВОЕ ЧИСЛО НАИБОЛЕЕ УСТОЙЧИВОГО ИЗОТОПА ИСКУССТВЕННОГО								
I эммаоиный сдай - К
I)
Ш ----- —-И
IV	....щ
V ----- —-О
VI ---- ...	- р
VD	...-Q
радиоактивного элемента ;
Целое «чсло вез сковок- массовое число наиболее распространенного изотопа природного РАДИОАКТИВНОГО ЭЛЕМЕНТА
Рис. 1. Периодическая система элементов Д. И. Менделеева
Зак. 401
Свойства веществ могут изменяться. Вещества способны расширяться или сжиматься, переходить из твердого состояния в жидкое и даже газообразное, иногда способны светиться, испаряться и т. д. Все это нельзя объяснить, если представлять вещества однородными и сплошными. Но если предположить, что вешества состоят из частиц с особыми свойствами, можно просто и стройно объяснить многие явления. Поэтому еще в древние времена предполагали, что все вешества состоят из мельчайших невидимых частиц — атомов1. Существование атомов теперь точно доказано, и их свойства в основном изучены и описаны.
Атомы различных веществ не одинаковы. Например, атсм водорода не похож на атом железа, а атом железа отличается от атома свинца. Вешества, состоящие из однородных атомов, называются химическими элементами, или простыми веществами. Как показывают исследования, в земных условиях встречается всего лишь 88 различных атомов. За период с 1937 по. 1957 год благодаря успехам науки получено искусственным путем еще 14 новых видов атомов. Таким образом, к настоящему времени известно 102 химических элемента. Все они представлены в периодической системе элементов Д. И. Менделеева1 2 (рис. 1).
1 Слово «атом» в переводе с греческого означает неделимый.
2 Периодическая система элементов была опубликована Д. И. Менделеевым в 1869 г. в работе «Опыт системы элементов, основанный на их атомном весе и химическом сродстве». К этому времени ученым было известно 63 химических элемента.
9
!
A. M. Бутлеров, развивая идеи великого русского ученого М. В. Ломоносова о строении вещества, многообразие веществ в природе объяснял тем, что отдельные атомы, объединяясь друг с другом, способны образовывать новые частицы — молекулы. В свою очередь объединение молекул между собой приводит к образованию сложных веществ. Фактически людям сейчас известно более миллиона различных веществ.
Если разложить сложное вещество, например воду (НзО), на ее составные части, то увидим, что молекула воды состоит из двух атомов химического элемента водорода и одного атома химического элемента кислорода. Молекула серной кислоты имеет другое строение: H2SO4. Она состоит из двух атомов водорода, одного атома серы и четырех атомов кислорода. Сталь, бетон, дерево, грунт также состоят из различных молекул. Все это сложные вещества в отличие от таких, как азот, кислород, водород, серебро и т. д., которые являются простыми веществами.
Молекулы различны не только по составу, но и по размерам. Однако молекулы веществ нельзя обнаружить с помощью обычного микроскопа. Некоторые наиболее сложные и большие моле кулы можно увидеть в электронный микроскоп. В настоящее время советскими учеными создан электронно-ионный проектор, с помощью которого можно видеть сложные и простые молекулы.
Общее число атомов и молекул в веществе очень велико. Если взять все атомы, содержащиеся в 1 г железа, и равномерно распределить их по территории Советского Союза (22,4 млн. км?У, то на каждый квадратный сантиметр его поверхности придется около 48 000 атомов. Размеры атомов весьма незначительны и
10
мало отличаются друг от друга. На отрезке длиной в 1 см может разместиться примерно 100 млн. атомов. Вес атома также очень мал. Например, вес одного атома водорода составляет всего лишь 1,673 • 10-24 г а вес атома меди 1 • 10~22 г.
Атомы и молекулы в любом теле находятся в непрерывном движении и взаимосвязи. В твердых веществах атомы и молекулы связаны между собой более прочно, чем в жидкостях, а в жидкостях более прочно, чем в газах. Поэтому твердые тела имеют определенную форму, а жидкости могут течь. При нагревании твердых тел расстояние между атомами увеличивается, и связь между ними ослабляется. Тело может плавиться и испаряться. При испарении происходит отрыв отдельных атомов и молекул от вещества. Этим объясняется, например, распространение запахов.
СТРОЕНИЕ АТОМА
Весьма длительное время атомы считались неделимыми частицами. После открытия электрона и изучения явления радиоактивности представлению о неделимости атома был положен конец. Было доказано, что, несмотря на малые размеры и незначительный вес, атом имеет сложное строение. В центре атома находится ядро, обладающее положительным электрическим зарядом. Вокруг ядра вращаются по определенным орбитам отрицательно заряженные частицы —
1 10 24—это число, равное
1
1 000 000 000 000 000 000 000 000
электроны ’. Ila рис. 2 представлены схемы атомов водорода, гелия и кислорода.
Электроны всех химических элементов одинаковы. Они обладают хотя и малой, но вполне
Протон Нейтрон
Электрон
Рис. 2. Схемы атомов водорода, гелия и кислорода
определенной массой. Их масса равна 9,1066 • 10~28 г, а в атомных единицах массы (аем) равна 0, 000548 аем 2 * * 5 * *. Иначе говоря, для получения массы в миллионную долю грамма понадобилась бы тысяча миллиардов миллиардов электронов. Если сравнить массу электрона с массой ядра самого легкого химического элемента — водорода, то масса ядра будет в 1836,5 раза больше массы электрона.
Электрический заряд электрона также невелик. Он равен 4,802-10~10 электростатических единиц электричества. Это самый малый электрический заряд, известный в природе. В электрической
1 Электрон был открыт в 1897 г. французом Ж. Пер-
реном (по другим источникам англичанином Дж. Том-
соном).
5 Аем — атомная единица массы равна '/is части веса
атома кислорода. Атомная единица массы равняется
1,66 • 10-2* г.
12
лампочке мощностью в 100 ватт за каждую секунду протекает 6- 1018 таких зарядов.
Число электронов в различных атомах различно. Отрицательный заряд всех электронов атома равняется положительному заряду ядра. Поэтому атом в своем обычном состоянии электрически нейтрален.
Атомы различных химических элементов отличаются друг от друга числом электронов, а следовательно, и зарядом ядра. Порядковый номер химического элемента в периодической системе Д. И. Менделеева равен положительному заряду его ядра или полному числу электронов в атоме. У водорода заряд ядра равен единице; вокруг него вращается один электрон. Водород стоит в таблице на первом месте. У последнего химического элемента—нобилия—заряд ядра равен 102.
Электроны атома движутся по орбитам, которые объединяются в электронные оболочки (слои), обозначаемые большими буквами латинского алфавита: К, L, М, N, О, Р, Q (рис. 3, а). На каждом из этих слоев может быть от 2 до 32 электронов. Так, 92 электрона в атоме урана располагаются в семи электронных слоях: 2 электрона расположено на ближайшем к ядру слое (К), 8 — на втором (L), 18 — на третьем (М), 32 — на четвертом (N), 21 — на пятом (О), 9 — на шестом (Р) и 2 — на седьмом (Q) слое. Распределение электронов по слоям для других элементов приведено в таблице Менделеева (см. рис. 1).
Как указывалось выше, размеры атома очень малы и составляют около стомиллионной доли сантиметра (10-8 см). Размеры атомного ядра примерно в 100 000 *раз меньше размеров атома. Если условно изобразить радиус ядра атома
13
отрезком 10 см, то радиус атома будет равен 1 км. В этом относительно большом объеме, занятом электронами, может двигаться не более 102 электронов (у нобилия). Таким образом, атом представляет собой систему, масса которой почти
Переход электрона на более дальнюю орбиту '
Электрон, вырванный из атама ~\
Подведенный квант энергии
Подведенный «вант энергии
। Испускание кванта энергии /
Электронные оболочки ' (слей)
орбиту
а.	Возбуждение атома
б.	Ионизации атома
Рис. 3. Схемы возбуждения и ионизации атомов водорода
полностью сосредоточена в его ядре. Вокруг ядра атома существует электромагнитное поле, создаваемое движущимися электронами.
Между электронами и ядром атома постоянно действуют электрические силы притяжения. Поэтому электроны, двигаясь, удерживаются на строго определенных орбитах подобно планетам, движущимся вокруг солнца. Чем ближе электрон расположен к ядру, тем больше сила связи его с ядром. И, наоборот, чем дальше электрон отстоит от ядра, тем меньше силы электрического взаимодействия его с ядром.
Чтобы удалить электрон с внутренней орбиты на внешнюю, необходимо затратить некоторую 14
энергию. Так, если атому сообщить некоторую порцию (квант) энергии, то хотя бы один из его электронов перейдет на одну из более дальних орбит. Атом в этом случае становится возбужденным и будет обладать некоторым излишком энергии, равным энергии, подведенной к атому.
Атом в возбужденном состоянии находится менее миллионной доли секунды. Как камень, подброшенный вверх, возвращается на землю, так и электрон, удаленный от ядра, стремится обратно к нему. Этот процесс возвращения электронов на ближнюю орбиту связан с переходом атома из возбужденного состояния в невозбужденное. В этом случае происходит испускание излишка энергии в виде порции (кванта) излучения (рис. 3, а).
Возбуждение атомов наблюдается, например, при нагревании металлической проволоки. При нагревании до температуры более 600° С стальная проволока начинает светиться. Свечение нагретых тел связано с испусканием световой энергии при переходе атомов из возбужденного в невозбужденное состояние. Процесс возбуждения атомов является основной причиной возникновения светового излучения при атомном взрыве.
При подведении к атому достаточной энергии может произойти отрыв электронов от атома. Этот процесс называется ионизацией. Атом, в котором не хватает одного или нескольких электронов, называется ионизированным (рис. 3,6). При ионизации атома возникает пара ионов: свободный электрон и роложительно заряженный остаток атома.
Процесс ионизации атомов не изменяет природы химического элемента. Например, атом ионизированного натрия остается по-прежнему
15
атомом натрия. Однако процесс ионизации может существенно влиять на некоторые физические свойства веществ. Так, например, ионизированный воздух становится проводником электрического тока, а ионизация тканей живого организма приводит к нарушению жизнедеятельности клеток. Интенсивная ионизация клеток может привести к расстройству физиологической деятельности организма.
ЯДРО АТОМА
По современной теории, предложенной советским ученым Д. Д Иваненко, ядро атома состоит из элементарных частиц двух типов — нейтронов и протонов, называемых иногда нуклонами.
Протон — это ядерная частица, имеющая положительный электрический заряд, равный по величине и обратный по знаку заряду электрона '.
Масса протона составляет 1,6724 • 10-24 г, или 1,00758 аем, что в 1836,5 раза больше, чем масса электрона.
Нейтрон — это ядерная частица, не обладающая электрическим зарядом1 2. Масса нейтрона составляет 1,6725 • 10~24 г, или 1,008985 аем. Масса нейтрона превышает массу протона на 0,00138 аем, то есть больше массы протона приблизительно на 2,5 массы электрона.
Число протонов в ядре определяет его заряд Z. он является важной характеристикой ядра. Число протонов в ядре равно числу электронов атома. Оно определяет место химического элемента в периодической системе Менделеева. Другими словами, порядковый номер химического элемента в
1 Протон был открыт в 1919 г. англичанином Э. Резерфордом.
2 Нейтрон был открыт в 1932 г. англичанином Дж. Чэдвиком.
16	Зак. 401
таблице Д. И. Менделеева прямо указывает на количество протонов в его ядре. Водород стоит на первом месте—в его ядре находится один протон. В ядре гелия два протона — он расположен на втором месте. В ядре урана 92 протона — его порядковый номер 92.
Заряд ядра является более важной характеристикой атома, чем число электронов. Так, в процессе ионизации атом может потерять от одного до нескольких электронов. Заряд ядра при этом остается неизменным и поэтому не изменяется место химического элемента в таблице Менделеева.
Второй важной характеристикой атома является его массовое число А. Массовое число А определяется общим числом протонов и нейтронов в ядре атома. Массовое число равно атомному весу химического элемента, округленному до целых чисел.
Зная массовое число ядра и его заряд, легко определить число нейтронов как разность между массовым числом А и зарядом Z, т. е.
п = А — Z.	(1,1)
Например, гелий имеет массовое число А = 4 и заряд Z = 2. Тогда число нейтронов в его ядре будет равно: 4 — 2 = 2.
Для обозначения ядер различных химических элементов применяются символы где X — символ химического элемента, А — его массовое число и Z — заряд ядра.
Число протонов в ядре данного химического элемента остается неизменным. Что касается нейтронов, то их число может быть различным.
Атомы, в ядрах которых одинаковое число протонов, но различное число нейтронов, обладают
2 Зак. 40)
17
одинаковыми химическими свойствами, но различными атомными весами. Атомы, отличающиеся друг от друга числом нейтронов, но одинаковые по химическим свойствам, называют изотопами.
Почти каждый химический элемент имеет изотопы. Например, водород имеет три изотопа. Кроме наиболее распространенного водорода iH1, известны еще два его изотопа: дейтерий iH2 и тритий iH3 (рис. 4). В ядре каждого из них на-
Протн
О )
"Электрон
Водород ,Н1
Протон* нейтрон
®э )
Злентрон
Дейтерий |Н2
Протон* 2 нейтрона
Электрон
Тритий tH3
Рис. 4. Изотопы водорода
ходится по одному протону, а у дейтерия дополнительно один нейтрон, у трития — два нейтрона, а на электронной оболочке — по одному электрону. Содержание изотопа iH1 в соединениях водорода составляет 99,9844%, дейтерия — 0,0156%. Тритий в природных соединениях не встречается У олова имеется 10 изотопов. Уран известен в виде 11 изотопов. В природных соединениях урана находится 3 изотопа: уран 238 (99,28%), уран 235 (0,714%) и уран 234 (0,005%), в их ядрах находится по 92 протона и соответственно 146, 143 и 142 нейтрона.
В настоящее время на 102 химических элемента известно свыше 1000 их изотопов.
При рассмотрении общего строения ядра атома мы установили, что в его состав входят нейтроны и протоны. Между протонами ядра существуют
18
электрические силы отталкивания. Однако вместо того, чтобы протоны ядра разлетались с большими скоростями в разные стороны, они совместно с нейтронами образуют ядро весьма малого размера.
Это объясняется тем, что между ядерными частицами действуют огромные силы притяжения, превосходящие во много раз электрические силы отталкивания между протонами. Величина этих сил очень большая. Так, если бы листок папиросной бумаги состоял из ядерного вещества (нейтронов и протонов), то для того, чтобы разорвать его, потребовалась бы сила нескольких сот электровозов. О величине этих сил можно также судить по плотности ядерного вещества. Так, если объем в 1 см3 наполнить ядерным веществом, то его вес составлял бы около 140 млн. т. В повседневной практике мы встречаемся с атомами, основной объем которых «пустой», удельный вес вещества не превышает 20 г/см3.
Нейтроны и протоны удерживаются в ядре особыми силами, называемыми ядерными. Природа внутриядерных сил до сих пор еще не раскрыта. Однако известно, что эти силы весьма велики и что действуют они как силы притяжения между ядерными частицами; действие их распространяется на небольшие расстояния, которые составляют величину порядка 10“13 см. Практически ядерные силы действуют в пределах атомного ядра.
О характере действия ядерных сил выдвинуто несколько гипотез (предположений). Согласно капельной модели ядро сравнивается с каплей воды, а внутриядерные силы уподобляются силам молекулярного сцепления. Увеличение энергии ядра сравнивается с повышением температуры
2*
19
капли и т. д. Однако эта гипотеза не объясняет природы многих ядерных процессов. В частности, капельная модель ядра не объясняет самой природы ядерных сил.
В 1934 г. советские ученые И. Е. Тамм и независимо от него Д. Д. Иваненко высказали идею, объясняющую природу ядерных сил. Согласно этой идее, развитой дальше японским ученым Юкава, между частицами ядра происходит сложное и непрерывное взаимодействие, выражающееся в постоянном обмене порциями, или квантами, энергии. Носителями этой энергии являются особые частицы — мезоны. Мезоны могут иметь положительный или отрицательный электрический заряд. Масса их может быть в 100— 200 раз больше массы электрона *.
Любой нейтрон может испустить отрицательный мезон. В результате испускания отрицательного заряда нейтрон теряет свою электрическую нейтральность и превращается согласно закону сохранения заряда в протон (рис. 5, а). Если какой-нибудь протон ядра захватит испущенный нейтронами отрицательный мезон, то он превратится в нейтральную частицу — нейтрон.
Аналогичное превращение может наблюдаться с протонами ядра. Протон может испустить положительно заряженный мезон, превращаясь при
1 Кроме электрона, протона, нейтрона и фотона, известны следующие элементарные частицы: позитрон, антинейтрон, антипротон, нейтрино и различные мезоны с массами в 200—2000 раз большими, чем масса электрона. Мезоны могут быть нейтральными, с положительным или отрицательным зарядом. Все мезоны нестабильны и способны к взаимным превращениям. Со свойствами элементарных частиц можно ознакомиться по книге С. Ю. Лукьянова «Основные представления экспериментальной ядер-ной физики», Издательство «Знание», Москва, 1955 г.
20
этом в нейтрон. Нейтрон, захватив мезон, становится протоном (рис. 5,6).
При таком энергетическом взаимодействии нейтрон и протон способны превращаться друг в друга. Однако изменений в структуре ядра не
Протон	Нейтрон
мезон
нейтрон
Протон
Нейтрон
Нейтрон	Пропя
9	О
6
Рис. 5. Взаимодействие ядерных частиц между собой: а — переход нейтрона в протон; б — переход протона в нейтрон
произойдет, хотя обмен энергией совершился. Обмен энергией происходит в ядре непрерывно. Как предполагают, этим объясняется притяжение частиц друг к другу или наличие внутриядерных сил.
ЭНЕРГИЯ АТОМНОГО ЯДРА
Все ядерные частицы, входящие в состав ядра, испытывают воздействие внутриядерных сил, а протоны, кроме того, электрического отталкивания. Наличие внутриядерных сил обусловливает прочность, стабильность ядер. Для того чтобы разрушить ядро или удалить из его состава даже одну ядерную частицу, необходимо затратить некоторое, иногда весьма большое количество энергии.
211
Наименьшая энергия, необходимая для удаления нейтрона или протона из ядра, называется энергией связи.
Из закона сохранения энергии вытекает весьма важный вывод. Если для удаления частицы из ядра необходимо затратить энергию, то при образовании новых ядер из отдельных частиц будет выделяться энергия, равная энергии связи. Эта энергия называется внутриядерной, или атомной, энергией.
Как известно из физики и химии, сближение тел или молекул часто сопровождается выделением энергии. Напомним некоторые примеры.
Для того чтобы поднять груз на некоторую высоту, необходимо затратить энергию. Если груз будет падать с той же высоты, то он совершит работу или выделит энергию, равную затраченной для подъема.
При горении угля происходит соединение молекул углерода и кислорода в молекулу углекислого газа. При этом выделяется энергия в количестве 7000 ккал на 1 кг сгоревшего угля. Для того чтобы разложить 1 кг углекислого газа на молекулы углерода и кислорода, необходимо затратить также 7000 ккал.
При возбуждении атома электрон переходит с ближней орбиты на дальнюю, удаляясь от ядра. Этот переход связан с затратой некоторой энергии. Обратный переход электрона на ближнюю орбиту (приближение электрона к ядру) сопровождается испусканием энергии.
Таким образом, удаление частиц друг от друга связано с затратой энергии, а приближение сопровождается выделением энергии, равной по величине энергии, израсходованной на их удаление.
Приведенные примеры являются внешней ана-
22
логией, показывающей возможность получения атомной энергии при образовании ядер из отдельных частиц.
Атомная энергия может проявляться в виде кинетической, или тепловой, энергии, энергии радиоактивного излучения и света. Как определить количество атомной энергии, выделяющейся при образовании новых ядер?
Как показали опыты, при образовании новых ядер наблюдаются изменения массы ядерных частиц. При этом масса ядра меньше общей массы отдельных частиц, составляющих это ядро. Эта разница в массе получила название дефекта массы. Дефект массы т можно определить как разность массы отдельных частиц и ядра, составленного из них:
т = Мвач — Л4КОН.	(1,2)
Опытами доказано, что дефект массы является мерой энергии связи, которая определяет выход атомной энергии, выделяющейся при образовании новых ядер. Образование этой энергии связано с изменением массы покоя ядерных частиц. Так, например, ядро лития з1л6 состоит из трех нейтронов (Зга) и трех протонов (Зр). Их масса до образования ядра равна
Л4нач = Зга + Зр = 3 • 1,008985 + 3-1,00758 = = 6,04969 аем.
Измеренная масса ядра лития 6 составляет А4Кон=6,017021 аем. Налицо разница в массе исходных и конечных продуктов реакции. Это дефект массы; в данном случае он согласно формуле (1,2) равняется
т = Л4на, — Л4КОН = 6,04969 — 6,017021 =
= 0,03267 аем.
23
В 1905 г. немецкий физик А. Эйнштейн открыл закон взаимосвязи массы с энергией. Экспериментальной основой этого закона явилось открытие (1899—1901 гг.) русским физиком П. Н. Лебедевым явления светового давления. Закон о взаимосвязи массы и энергии записывается следующим образом:
Е = csm,	(1,3)
где Е — энергия, выделяемая при изменении массы тела на величину т;
с—коэффициент пропорциональности, равный скорости света (с = 3 • 1010 см/сек);
т—изменение массы тела, г.
Используя формулу (1,3), можно определить возможный выход атомной энергии, получающейся при образовании ядра лития 6:
Е — с'2т — 9 • Ю20 • 0,03267 • 1,66 • 10~24 = = 4,87 • 10~5 эргов,
где множитель 1,66- 10~24 связывает переход от атомных единиц массы к массе в граммах.
Эта энергия и есть атомная энергия, выделяющаяся при образовании ядра лития 6 из отдельных ядерных частиц.
Формулу (1,3) можно также записать в следующем виде:
£ = 931 (Л4нач-Л4вон), (1,4) где 931 — множитель перехода от массы в аем к энергии в мегаэлектрон-вольтах (Мэв) х. * 1
1 Электрон-вольт (эв)—это такая кинетическая энергия, которая приобретается электроном за счет разгона в электрическом поле с разностью потенциалов в 1 вольт.
1 Мэв (мегаэлектрон-вольт) равен миллиону электронвольт (1 • 10е эв).
24
По формулам (1,3) или (1,4) можно вычислить энергию связи любого ядра, а следовательно, и атомную энергию, которая будет выделяться при его образовании.
На основании подобных расчетов составлен график энергии связи различных атомных ядер на одну ядерную частицу (рис. 6).
Как видно из приведенного графика, энергия связи, приходящаяся на одну ядерную частицу, зависит от массового числа. Для легких химических элементов она резко возрастает, достигая наибольшего значения 8,75 Мэв при массовых числах, близких к 60, и далее плавно убывает до 7,5 Мэв (уран).
Химические элементы, имеющие наибольшую энергию связи на одну частицу, наиболее устойчивы. Они находятся примерно в средней части таблицы Менделеева. И, наоборот, элементы, расположенные в начале и конце периодической системы, менее устойчивы.
Получение атомной энергии возможно при образовании новых ядер, обладающих большой энергией связи на один нуклон, из ядер с малой энергией связи на нуклон.
Как видно из графика (рис. 6), все атомы тяжелее атома серебра (символ его Ag, порядковый номер 47, массовое число А = 108) обладают способностью выделять энергию связи (атомную энергию) при делении ядер. А все атомы легче серебра испускают атомную энергию при слиянии ядер. Выделение энергии будет тем больше, чем дальше элемент отстоит от серебра. Поэтому, с точки зрения получения атомной энергии, наибольший интерес представляют наиболее легкие и наиболее тяжелые химические элементы. В связи с этим приведенный график дает возмож
25
ность указать два пути освобождения внутриядерной энергии.
Первый путь — расщепление (деление) тяжелых ядер с образованием двух новых ядер, рас-
Энергия связи на одну частицу ядра(мзв')
Рис. 6. Зависимость энергии связи от массового числа ядра
положенных в средней части таблицы Менделеева. Максимальный выход энергии при этом будет примерно 1,1 Мэв на каждую частицу ядра.
Второй путь — синтез (соединение) легких ядер с последующим получением более тяжелых ядер. Например, соединение двух ядер дейтерия с образованием ядра гелия. Ожидаемый выход
26
энергии на одну частицу согласно графику в этом случае составляет около 4 Мэв.
Освобождение атомной энергии при расщеплении тяжелых ядер и при синтезе легких ядер осуществляется искусственным путем.
Однако далеко не все ядерные реакции или ядерные превращения связаны с выходом атомной энергии. В тех случаях, когда вновь образовавшееся ядро имеет энергию связи меньшую, чем энергия связи исходного ядра, выхода атомной энергии наблюдаться не будет. Наоборот, в этом случае ядерные реакции пойдут с большой затратой энергии.
Освобождение атомной энергии возможно не только при искусственном образовании новых ядер, но и при естественном образовании новых ядер или при «распаде радиоактивных элементов.
РАДИОАКТИВНЫЕ ВЕЩЕСТВА
Большинство атомов химических элементов обладает весьма большой устойчивостью или, как говорят, стабильностью. Поэтому подавляющее число веществ окружающей нас природы сохраняет неизменными свои физические и химические свойства. Но наряду со стабильными атомами в природе существует ряд неустойчивых элементов, атомы которых способны самопроизвольно изменяться, распадаться. Явление самопроизвольного распада атомов некоторых элементов было открыто в 1896 г. французским ученым Анри Беккерелем. Это явление позднее было названо радиоактивностью, а вещества, подверженные распаду, — радиоактивными.
Начало детального изучения радиоактивного распада было положено работами Марии и
27
Пьера Кюри, открывших в 1898 г. радиоактивные элементы полоний и радий.
В настоящее время известно 15 радиоактивных элементов, встречающихся в природных соединениях, а с учетом их изотопов около 40. Сюда, в частности, относятся уран, радий, полоний, актиний и некоторые другие. Эти элементы называются естественными радиоактивными элементами, а радиоактивность, связанную с ними, называют естественной радиоактивностью.
Все естественные радиоактивные элементы и продукты их распада объединяются в 4 радиоактивных семейства, во главе которых стоят уран, торий, актиний и плутоний. Последовательный распад этих элементов приводит к образованию остальных 11 естественно радиоактивных элементов. При этом радиоактивный распад всегда заканчивается образованием стабильного элемента— свинца и в одном случае висмута. Таким образом, в результате естественного распада одни элементы превращаются в другие.
Кроме естественных радиоактивных элементов и их изотопов, известны искусственные радиоактивные элементы и их изотопы.
Впервые искусственный радиоактивный элемент фосфор был получен в лабораторных условиях Ирен и Фредериком Жолио-Кюри в 1934 г. из стабильного химического элемента алюминия. Это открытие позволило получать из нерадиоак-тивных химических элементов искусственные радиоактивные изотопы, то есть такие элементы, которые не встречаются в природных соединениях. В настоящее время известно более 1000 изотопов, из которых около 600 искусственные радиоактивные изотопы. В это число входит 14 новых химических элементов и их изотопов,
28
места которых пустовали в таблице Менделеева.
Распад радиоактивного вещества происходит со строго определенной, постоянной, не зависимой от внешних условий скоростью, характерной для данного элемента. Эта скорость оценивается по величине периода полураспада. Периодом полураспада Т называется время, в течение которого распадается половина всех атомов радиоактивного вещества.
Период полураспада отдельных радиоактивных изотопов имеет самое различное значение. Так, например, время, необходимое для распада половины всех атомов радиоактивного изотопа полония 84Ро212 (тория O-ThC1) составляет одну тридцатимиллионную долю секунды. Период полураспада натрия с массовым числом 24 и зарядом 11 (uNa24) составляет 14,8 часа; для изотопа урана 92U235 он равен 707 млн. лет.
Почему атомы радиоактивных элементов без какого-либо внешнего воздействия превращаются в атомы других химических элементов? Ответ на этот вопрос можно получить, рассматривая соотношение числа нейтронов и протонов в ядре атома.
Оказывается, что все атомные ядра стабильных элементов характеризуются определенным отношением числа нейтронов к протонам. Для легких химических элементов оно равно 1 и с ростом порядкового номера возрастает до 1,65. При отклонении отношения числа нейтронов к числу протонов от стабильного будем иметь радиоактивный элемент.
Для наглядности все стабильные ядра нанесены на график (рис. 7), называемый часто протонно-нейтронной диаграммой. Каждое стабильное атомное ядро изображено на диаграмме одной
29
Рис. 7. Протонно-нейтронная диаграмма стабильных атомных ядер
точкой, соответствующей определенному числу нейтронов и протонов. Через средние точки, соответствующие стабильным элементам, может быть проведена ломаная линия, которую называют линией устойчивости или стабильности. Кроме того, имеется линия, соответствующая равному числу нейтронов и протонов в ядре, т. е. п\р= 1. На этой диаграмме отчетливо видно, что стабильные изотопы образуют узкую дорожку.
В легких ядра£ число нуклонов незначительно, и отношение числа нейтронов к числу протонов близко к единице. В этих ядрах частицы связаны между собой наиболее слабо. Это объясняется тем, что каждая частица в легких ядрах связана ядерными силами со всеми остальными частицами ядра, но этих частиц мало.
Как видно из диаграммы, линия устойчивости с увеличением порядкового номера химического элемента отклоняется вправо от линии п : р = 1. Это значит, что с ростом числа протонов число нейтронов в атомном ядре увеличивается значительно быстрее. Это увеличение числа нейтронов объясняется тем, что с ростом числа протонов в ядре возрастают электрические силы отталкивания, которые как бы разрыхляют ядро. Электрические силы отталкивания компенсируются внутриядерными силами взаимного притяжения между протонами и нейтронами. Однако увеличение числа нейтронов выше пределов, указанных в диаграмме (рис. 7), также приводит к образованию неустойчивого ядра, так как ядерные силы действуют в основном между соседними протонами и нейтронами. Удаленные друг от друга нейтроны и протоны между собой не взаимодействуют. Поэтому увеличение сил связи с ростом
31
числа нуклонов в ядре происходит до определенных пределов.
Линия устойчивости обрывается на 83 химическом элементе (висмут 210). Все химические элементы с порядковым номером (числом протонов в ядре) более 83 радиоактивны.
По обе стороны от линии устойчивости располагаются радиоактивные изотопы. Устойчивость изотопов и, следовательно, период их полураспада уменьшаются с удалением от линии стабильности. Стабильные изотопы, не лежащие на линии устойчивости, можно рассматривать как радиоактивные элементы с большим периодом полураспада, измерить который не удалось.
Итак, в ядрах радиоактивных химических элементов находятся излишние нейтроны или протоны. Все ядра химических элементов, расположенные левее линии устойчивости, имеют в своем составе излишек протонов, а правее — излишек нейтронов Наличие лишних частиц в ядре определяет также излишек внутриядерной энергии. Эта излишняя энергия испускается при выбрасывании ядерных частиц в процессе радиоактивного распада. В результате распада выделяется атомная энергия.
Испускание атомной энергии при радиоактивном распаде происходит в виде альфа-, бета-частиц и электромагнитного излучения (гамма-лучей). Все эти частицы и лучи, испускаемые при распаде, как показывают опытные данные, обладают энергией. Так, например, при распаде 1 г радия выделяется 136 калорий в час, а при распаде 21 г плутония 239 всего лишь 0,009 калории. Радиоактивный распад — это первое явление, при изучении которого люди столкнулись с внутриядерной, или атомной, энергией,
32
Следует особо отметить, что явление радиоактивного распада протекает в строгом соответствии с законом сохранения массы и энергии и электрических зарядов ядра. Радиоактивный распад всегда сопровождается изменением порядкового номера атома; это значит, что в результате распада происходит образование нового химического элемента.
। Чтобы уяснить физическую сущность радиоактивного распада, рассмотрим его основные типы — бета-распад и альфа-распад.
Бета-распад характеризуется испусканием из ядра бета-частицы. Этот процесс может происходить двумя путями, вследствие чего все бета-радиоактивные элементы подразделяются на две группы.
К первой группе относятся радиоактивные элементы, в ядрах которых (в сравнении с ядрами стабильных элементов) имеются излишние нейтроны. Распад подобных бета-активных элементов сопровождается испусканием отрицательных бета-частиц или электронов ядерного происхождения. Эти элементы называются {З'-активными элементами, а распад — отрицательным бета-распадом. К ним принадлежит большинство естественных и искусственных элементов, расположенных на рис. 7 правее линии стабильности.
Ядра элементов второй группы характеризуются (в сравнении со стабильными ядрами) излишним числом протонов. Они распадаются с испусканием положительно заряженных бета-частиц (р4"), называемых позитронами. Радиоактивный распад этих элементов называют положительным бета-распадом (fH-распад). Сюда относятся некоторые искусственные химические эле
3 Зак. 401
33
менты, находящиеся на рис. 7 левее линии устойчивости.
При отрицательном бета-распаде происходит увеличение, а при положительном бета-распаде уменьшение заряда ядра на одну единицу. Вследствие этого вновь образуемый химический элемент будет стоять правее или левее исходного. Массовое число ядер при этом не изменяется.
В качестве примера отрицательного бета-распада рассмотрим распад изотопа свинца, имеющего массовое число 210. Он стоит на 82 месте в таблице Менделеева. В его ядре имеется излишек нейтронов. Распад этого ядра представлен на рис. 8, б.
В результате бета-распада изотопа свинца 210 образуется изотоп полония 210, который по отношению исходного ядра свинца занимает в периодической таблице элементов Менделеева уже 83 место. Отрицательный бета-распад изотопа свинца 210 можно представить как процесс превращения одного нейтрона ядра в протон путем испускания нейтроном отрицательно заряженного мезона (рис. 8, а). Мезон как неустойчивая частица распадается на две другие частицы, одна из которых несет электрический отрицательный заряд и является бета-частицей, а другая — нейтральная частица нейтрино *.
В результате такого изменения в ядре его массовое число остается неизменным, а заряд за счет превращения одного нейтрона в протон увеличивается на одну единицу. Процесс радиоактивного распада заканчивается захватом из окружающего
1 Идея о существовании нейтрино в последние годы подтверждена убедительными опытами.
34
пространства полонием 210 одного свободного электрона.
Бета-частицы (электроны, испускаемые ядрами) движутся с различными скоростями, изме-
Нейтрон
82РЬг10 --------8зр°г1°
Свинец	Полоний
Электрон
Протоны 82	83	0
Нейтроны 128	127	0
Рис. 8. (3—-радиоактивный распад:
а — схема 0 -радиоактивного распада: б — радиоактивный распад свинца 210
няюшимися в широких пределах; самая малая скорость может быть весьма близкой к нулю, а максимальная приближается к скорости света. Изменение скорости, а следовательно, и кинетической энергии бета-частиц объясняется распре
3*	35
делением энергии мезона между электроном и нейтрино.
Процесс положительного бета-распада сопровождается испусканием позитронов. В этом случае один из протонов ядра выбрасывает положительно заряженный мезон. Мезон распадается с образованием позитрона и нейтрино (рис. 9, а). Как только протон ядра преобразуется в нейтрон, один из электронов покидает атом. В результате изменяется порядковый номер элемента. Новый химический элемент располагается на одну кле-
Протон	Нейтрон
Протона 6	5	О
Нейтроны Ь	5	О
Рис. 9. (3+-радиоактивный распад;
а — ехема ₽+• радиоактивного распада: б — радиоактивный распад углерода 10
за
точку левее исходного. Например, изотоп углерода 10 является (^-активным. Его распад сопровождается испусканием одного позитрона, после чего образуется новое стабильное ядро—бор 10. Этот радиоактивный распад представлен на рис. 9, б.
Испущенная ядром положительная бета-частица, или позитрон, является весьма неустойчивой частицей. За ничтожные доли секунды после образования она при столкновении с электроном превращается в квант гамма-лучей.
Альфа-распад характерен для химических элементов с порядковым номером 83 и больше. Эти элементы отмечены на протонно-нейтронной диаграмме (см. рис. 7) звездочками. У всех альфа-активных элементов число нейтронов в ядре превышает число протонов в 1,4 раза и более. В ядрах подобных элементов оказываются лишними уже не менее двух нейтронов и двух протонов, освобождаясь от которых ядро претерпевает альфа-распад.
На рис. 10 представлена схема альфа-распада радия 8sRa226. Исходный атом радия 226, испустив альфа-частицу, для восстановления электрической нейтральности выбрасывает со своей орбиты два электрона, вследствие чего образуется новый химический элемент — инертный газ радон, коюрый стоит в таблице Менделеева на две клетки левее радия.
Альфа-частицы состоят из двух протонов и двух нейтронов и представляют собой ядро атома гелия. Эти частицы обладают, как правило, большой энергией (не менее 4 Мэв), так как они вылетают из ядра со скоростью 15 000— 20 000 км/сек.
Следует отметить, что в результате радиоак
тивного распада образуется более устойчивое ядро. Однако часто оно бывает также радиоактивным и в свою очередь распадается дальше. Распад продолжается до тех пор, пока не обра-
	0Мв 		 - 222	< н Л 8б"п т“ гНе Радий	Радон	Гелий
Протоны Нейтроны	88	86	2 138	136	г
Рис. 10. а-радиоактивный распад радия 226
зуется стабильное ядро. Поэтому многие радиоактивные ядра претерпевают ряд последовательных альфа- или бета-распадов.
Существуют также ядра, обладающие смешанной активностью. Так, например, изотоп висмута 213 (Т = 47 минут) альфа-, бета-активен. При его распаде испускаются частицы обоих видов.
В некоторых случаях после альфа- или бета-радиоактивного распада ядро обладает еще излишком энергии, которая мгновенно выделяется в виде гамма-квантов, т. е. коротковолнового электромагнитного излучения. Такие элементы называются гамма-активными. Гамма-активность всегда сопутствует альфа- или бета-распаду и никогда не наблюдается у радиоактивных веществ самостоятельно.
Другой разновидностью радиоактивного рас
38
Пада является К-з а х в а т. Ядра, в которых наблюдается К-захват, имеют в своем составе «лишние» протоны. Процесс К-захвата сводится к следующему. Один из протонов ядра путем захвата электрона с ближайшей орбиты к ядру атома, которую принято называть орбитой К, превращается в нейтрон. Вследствие этого заряд ядра уменьшается на одну единицу, но массовое число его остается прежним. Так, изотоп бериллия 7 испытывает К-захват, превращаясь в литий с испусканием гамма-кванта в 0,47 Мэв
4Ве73Li7 + 7.
Место электрона, захваченного с К-орбиты, заполняется электронами с других орбит. Подобный переход электронов, как известно, сопровождается испусканием квантов электромагнитного излучения.
Интенсивность излучения любого радиоактивного вешества определяется его активностью, то есть числом актов распада, происходящих в единицу времени. За единицу активности принята активность такого количества радиоактивного вещества, в котором в 1 сек. происходит 37 миллиардов (3,7- 10 |0) распадов. Эта единица носит название кюри. Применяются также и такие единицы, как милликюри (10~3 кюри) и микрокюри (10-6 кюри). Эти единицы применимы к любым радиоактивным элементам. Вес радиоактивного вещества, необходимого для получения активности в 1 кюри, зависит от периода полураспада изотопа. Для изотопа урана 238 (Т = 4,49Х X Ю9 лет) 1 кюри равен нескольким тоннам урана, а для иода 126 (Т — 13 дней) активность в 1 кюри создается одной десятитысячной долей грамма.
39
Несмотря на различие физических свойств альфа-, бета-частиц и гамма-квантов, все они обладают одним общим и весьма характерным для них свойством — ионизирующей способностью.
Если принять, что энергия частиц, и гамма квантоз равна 2,5 Мэв, то при прохождении их в воздухе на 1 см пути будет образовываться следующее число пар ионов для альфа-частиц — 60 000, бета-частиц — 60 и гамма-квантов—10.
Так как процесс ионизации связан с затратой работы на вырывание электронов из атома (около 32 эв), то при ионизации агомов расходуется энергия. При этом чем больше ионизирующая способность излучения, тем быстрее оно растрачивает энергию и тем меньший путь пройдет излучение в среде. Путь, пройденный частицами в веществе, называется длиной пробега.
В связи с этим альфа-частицы, обладающие наибольшей ионизирующей способностью, имеют минимальную длину пробега. Так, в воздухе они проходят в среднем путь до 2—3 см, а в алюминии — всего лишь доли миллиметра. Проникающая способность бета-частиц относительно большая. При распространении в воздухе они проникают до 20 м, а в алюминии — до 3 мм. Гамма-кванты, расходуя мало энергии на ионизацию атомов среды, обладают наибольшей проникающей способностью — в воздухе они распространяются на несколько сот метров.
При действии радиоактивного излучения на живые организмы также наблюдается процесс ионизации их клеток. При длительном и интенсивном облучении ионизация может привести к развитию особого заболевания — лучевой болезни. Эго вредное биологическое действие ра-
40
дйоактивного излучения используется При применении особого вида атомного оружия — боевых радиоактивных веществ.
ВИДЫ ЯДЕРНЫХ РЕАКЦИЙ
При химических реакциях все взаимодействия происходят между электронными оболочками атомов, а ядра атомов при этом не претерпевают никаких изменений. В отличие от химических реакций ядерные реакции связаны с изменениями в ядрах атомов. В этом случае в ядре атома происходит увеличение или уменьшение числа нейтронов или протонов, что приводит к образованию нового химического элемента или же изотопа исходного элемента.
Если ввести, например, каким-либо путем в состав ядра гелия 4 дополнительно один протон, то в этом случае заряд ядра увеличится на единицу. Образующееся при этом новое ядро, захватив из окружающего пространства один электрон, превратится в атом другого химического элемента с порядковым номером 3. Это будет литий 5. Если ядро гелия 4, наоборот, потеряет один протон, то его атом, испустив электрон, станет уже не гелием, а изотопом водорода — тритием.
Изменение состава ядра, или ядерные превращения, происходит естественным путем при радиоактивном распаде. Однако ядерные превращения можно осуществить искусственно. Для этого необходимо каким-то путем изменить состав ядра. Изменение состава ядра может достигаться бомбардировкой его специальными ядерными снарядами. Такими снарядами являются главным образом альфа-частицы, ядра дейтерия (дейтероны), протоны и нейтроны.
41
Воздействие на ядро такими частицами связано с большими практическими трудностями. Во-первых, при бомбардировке ядер заряженными частицами необходимо преодолеть электрические силы отталкивания ядра, которые можно сравнить с мощной «броневой защитой», создаваемой протонами. Чем больше протонов в ядре, тем мощнее эта защита. Во-вторых, необходимо попасть в ядро, а так как его размеры в 10— 100 тыс. раз меньше атома, то эта задача будет напоминать стрельбу с закрытыми глазами из мелкокалиберной винтовки по мишени размером с горошину, расположенной на площадке 100- 100 м.
Поскольку альфа-частицы, протоны и дейтероны обладают положительным электрическим зарядом, то для пробивания «броневой защиты» ядра (преодоление электрических сил отталкивания) необходимо сообщить им большую скорость. Поэтому перед бомбардировкой ядра эти атомные снаряды-частицы разгоняются до больших скоростей в специальных, весьма сложных установках — «атомных пушках», то есть ускорителях ядерных частиц'. Эти установки могут выпускать ядерные снаряды со скоростями, в сотни и тысячи раз большими, чем у самых быстрых альфа-частиц, получаемых от радиоактивных источников. Так, например, новейший советский ускоритель частиц синхрофазотрон может давать дейтероны с энергией в 10 миллиардов электрон-
1 В качестве ускорителей ядерных частиц используются линейные ускорители, циклотроны, синхротроны, бетатроны, синхрофазотроны и т. п. Принцип ускорения ядерных частиц изложен в статье В. И. Векслера «Принцип ускорения заряженных частиц». Журнал «Атомная энергия», № 1, 1956 г.
42
вольт, что почти в 1000 раз больше, чем энергия частиц, которую получали в довоенное время. Такие частицы способны не только успешно достигать ядра, но и преобразовывать его.
Первым атомным снарядом являлась альфа-частица. Еще в 1919 г. английский ученый Э. Резерфорд осуществил впервые ядерную реакцию, подвергая ядра азота воздействию альфа-частиц. В результате чего он превратил ядра азота в ядра кислорода. При этом как исходное, так и конечное ядра не обладали радиоактивностью.
В 1934 г. Фредерик и Ирен Жолио-Кюри впервые получили искусственный радиоактивный элемент — фосфор. Для этого они подвергли бомбардировке альфа-частицами ядра алюминия. В результате образовались ядра радиоактивного фосфора и нейтроны. Эта реакция превращения ядер алюминия в ядра фосфора записывается следующим образом:.
13А127-ЬНе^15рз» + 0п1.
В последующем радиоактивный фосфор 30 превращается в изотоп кремния 31 с испусканием позитронов
15Р3° -> 14Si30 + +1₽о.
Лучшим атомным снарядом является нейтрон, который в силу своей электрической нейтральности способен без труда проникать в любое атомное ядро. Для нейтрона «броневая защита» ядра не является преградой. Когда в распоряжении ученых оказалась мощная «нейтронная пушка» — источник нейтронов, то были осуществлены ядер-ные реакции с большинством химических элементов,
43
Так, например, при попадании нейтрона в ядро водорода получается его стабильный изотоп — дейтерий:
1Н1 + 0п1->1Н2.
С помощью нейтронов можно осуществить превращение ртути в золото, о чем мечтали в средневековье алхимики:
soHg198 + «и1 -> 80Hg199 -> 79Au198 + jH1.
Что является характерной особенностью рассмотренных выше ядерных реакций? При действии ядерной частицы на исходное ядро последнее, получив некоторое количество энергии (энергия активации) от ядерной частицы, возбуждается. Пребывание ядра в возбужденном состоянии кратковременно — это время достигает 10-6 сек. Практически ядро немедленно стремится избавиться от излишних частиц или, другими словами, от излишка энергии. При этом исходное ядро может превратиться в ядро другого химического элемента. Однако подобные превращения наблюдаются далеко не всегда. В некоторых случаях наблюдается образование стабильных изотопов исходного ядра.
Рассмотренные ядерные преобразования не находят практического применения для получения атомной энергии, поскольку расход энергии для их осуществления (энергии активации) часто превышает выход атомной энергии. Эти реакции представляют научный интерес, а также применяются для получения искусственных изотопов.
В настоящее время атомная энергия, испускаемая искусственными радиоактивными веществами, находит все более широкое применение в народном хозяйстве. Применение меченых (ра
диоактивных) атомов уже позволило решить ряд проблем во многих областях науки и техники: исследование процессов, происходящих в живых организмах и растениях, при плавке чугуна и варке стали, изучение износа различных деталей машин и механизмов, геологическая разведка, диагностика и лечение болезней, дефектоскопия различных изделий и т. п. Метод меченых атомов найдет еще более широкое применение в будущем.
Значительный выход атомной энергии может быть получен при осуществлении особых видов реакций — делении тяжелых ядер и соединении легких ядер. Эти ядерные реакции находят практическое применение при создании атомного (ядерного) оружия взрывного действия.
В силу особого значения ядерных реакций деления и синтеза ядер они рассматриваются отдельно.
РЕАКЦИЯ ДЕЛЕНИЯ ТЯЖЕЛЫХ ЯДЕР
(первый путь получения атомной энергии)
Деление тяжелых ядер было открыто в 1939 г., хотя первоначальные опыты расщепления урана были проделаны еще в 1934 г. В открытии деления ядер урана большую роль сыграли работы итальянского физика Э. Ферми, немецких физиков О. Гана, Ф. Штрассмана и Л. Мейтнер, французских физиков Фредерика и Ирен Жолио-Кюри. Теория деления ядер впервые была создана советским ученым Я. И. Френкелем.
Реакцию деления тяжелых ядер рассмотрим на примере расщепления ядра урана 235.
Напомним основные свойства урана. Уран является металлом с удельным весом около 19 г/см3 и температурой плавления 1133° С. Он хорошо
45
поддается механической обработке (куется, штампуется, прокатывается, режется) и сварке. При обыкновенной температуре окисляется на воздухе, а при слабом нагревании (160—170°) в кислороде горит. Уран в природе встречается
Рис. 11. Схема деления тяжелого ядра
более часто, чем золото и медь, но более рассеян. В природном уране содержится всего лишь 0,714% урана 235
При воздействии нейтрона на ядро урана 235 последнее захватывает его. В результате ядро получает некоторое количество дополнительной энергии, что приводит его в возбужденное состояние. Возбуждение ядра внешне проявляется в изменении его формы — ядро то вытягивается, то сжимается (деформируется). Если деформация ядра настолько значительна, что ядерные силы взаимного притяжения не могут преодолеть силы электрического отталкивания, существующие между протонами, то ядро распадается на два новых ядра, называемых «осколками» (рис. 11). «Осколки» по существу являются ядрами вновь образовавшихся атомов.
1 М. А. Ф и л я н д, Е. И. Семенова. Свойства редких элементов» (Справочник). Металлургиздат, Москва, 1953 г.
46
Как показывают опытные данные, «осколки» имеют чаще всего разные массовые числа; обычно образуются тяжелый и легкий «осколки». Так, например, при делении ядра урана 235 могут образоваться новые ядра с массовыми числами 139 (ксенон) и 95 (стронций), или 137 (теллур) и 97 (цирконий) и т. д. Характеристики одной из возможных пар «осколков» урана 235 приведены в табл. 1 х.
Таблица 1
Характеристика «осколков» урана 235
Легкий «осколок» стронций 95
Тяжелый «осколок» ксенон 139
Заряд ядра .........................
Энергия, Мэв........................
Скорость, км/сек....................
Степень ионизации (число недостающих электронов на орбитах атома)
Средний пробег в воздухе, см . . .
38
97
14 000
20
2,5
54
65
9 300
22
1,9
На электронных орбитах «осколков» недостает от 20 до 22 электронов, что свидетельствует о высокой степени ионизации и значительном электрическом заряде вновь образовавшихся атомов Большой электрический заряд этих атомов обусловливает появление значительных сил электрического отталкивания между ними. Поэтому новые атомы с большими скоростями разлетаются
1 «Научные и технические основы ядерной энергетики», т. I. Под редакцией К. Гудмена. Перевод с английского. Издательство иностранной литературы, Москва, 1948 г.
47
в разные стороны, что и определяет их значительную кинетическую энергию.
При делении ядра урана, помимо образования новых радиоактивных атомов, происходит испускание 2—3 нейтронов и гамма-квантов. Радиоактивные атомы претерпевают ряд последовательных превращений с образованием атомов стабильных элементов. Эти ядерные превращения в свою очередь сопровождаются испусканием бета-частиц и гамма-квантов.
Один из возможных видов деления ядер урана 235 представлен на рис. 12.
Определим количество атомной энергии, выделяемой при делении ядра урана 235. Реакцию деления ядра урана 235 можно представить в следующем виде:
ми23Б оП! 4зМо97 + 5бВа137	6
Масса исходных продуктов деления (92U235 + 4-оП1) равна Л4ИОХ = 236,06 аем, а конечных
G,Mow + 56Ва137 + ^п1 + 6,(3 -) - Л4КОН = = 235,831 аем1. Разница в массах исходных и конечных продуктов деления (дефект массы) составит т = Мплч— Л/Кон = 236,06 — 235,831 =0,23 аем.
Подставляя полученное значение дефекта массы в формулу (1,4), определим выход атомной энергии на одно разделившееся ядро урана 235
Е = 931 (Л1пач — Л1КОН) = 931 -0,23^200 Мэв.
Выход атомной энергии на один нуклон ядра составит 200 : 235 == 0,85 Мэв.
1 «Экспериментальная ядерная физика», т. I. Под редакцией Э. Сегре. Издательство иностранной литературы, Москва, 1955 г.
48
Рис. 12. Один из возможных вариантов деления ядра урана 235 вод действием нейтрона
4 Зак. 401
Вся атомная энергия, освобождаемая при делении ядер урана 235, выделяется в виде кинетической энергии «осколков» и нейтронов (около 83%), а также в виде энергии радиоактивного излучения (около 17%). Примерное распределение энергии приведено ниже *.
Кинетическая энергия „осколков" и нейтронов . . 165 Мэв
Энергия, уносимая гамма-излучением, испускаемым в процессе деления .............................. 5	„
Энергия, испускаемая при радиоактивном распаде новых ядер (гамма-, бета-лучи и частично нейтроны) ......................................... 30	„
Всего. . . 200 Мэв
Для оценки количества выделяемой энергии приведем некоторые сравнения. Если предположить, что делятся все ядра, содержащиеся в 1 кг урана 235, то количество выделяемой атомной энергии составит:
Е = 200^-—= 5,12 • 1026 Мэв =
235
= 19,65  10" ккал,
6,02-1023.1000	„пг ,
где-----—------= числу атомов урана 235 в 1 кг.
Если вспомнить, что при сжигании 1 кг высококачественного каменного угля выделяется 7000 ккал, а при взрыве 1 кг тротила 1000 ккал, то получается, что энергия, выделяемая при делении всех ядер, содержащихся в 1 кг урана 235, будет эквивалентна энергии, получающейся при сжигании 3000 т высококачественного каменного угля или при взрыве 20 000 т тротила.
1 «Научные и технические основы ядерной энергетики», т. 1. Под редакцией К. Гудмена. Перевод с английского. Издательство иностранной литературы, Москва, 1948 г.
50
Для получения атомной энергии в больших количествах необходимо осуществить непрерывное деление большого числа ядер урана. Это достигается проведением так называемой цепной реакции деления тяжелых ядер.
Для осуществления цепной ядерной реакции необходимы особые условия, которые обеспечиваются в специальных устройствах: одни из них позволяют проводить управляемые цепные ядерные реакции, другие — неуправляемые.
Неуправляемые цепные ядерные реакции осуществляются в атомном оружии взрывного действия — атомных бомбах; управляемые цепные ядерные реакции проводятся в ядерных реакторах (урановых котлах) различных конструкций. Возможность осуществления подобных реакций была показана Ф. Жолио-Кюри и советскими учеными Я. Б. Зельдовичем и Ю. Б. Харитоном. Первый ядерный реактор был спроектирован в США итальянским физиком Э. Ферми в 1942 г.
Ядерные реакторы в настоящее время практически применяются для получения тепловой и электрической энергии в промышленных целях, а также для проведения экспериментальных исследований.
27 июня 1954 г. в Советском Союзе была пущена первая в мире атомная электростанция мощностью в 5000 квт. Заметим для сравнения, что в 1920 г. по указанию В. И. Ленина в Шатуре была пущена опытная электростанция, работающая на торфе. Ее мощность, как и мощность первой атомной электростанции, также составляла 5000 квт.
В Советском Союзе усиленно ведутся работы по проектированию и строительству промышлен-4*	51
ных электростанций на атомной энергии мощностью 400—600 тыс. квт.
Согласно директивам XX съезда КПСС к концу шестой пятилетки в нашей стране будут построены атомные электростанции общей мощностью 2—2,5 млн. квт. Эта мощность почти в 3—4 раза превышает мощность Днепрогэса. Часть из них даст промышленный ток в конце 1958 г. и 1959 г., а некоторые в 1960 г.
РЕАКЦИИ СИНТЕЗА ЯДЕР
(второй путь получения атомной энергии)
Реакция соединения (синтеза) легких ядер, так же как и реакция деления тяжелых ядер, сопровождается выделением большого количества атомной энергии. Как видно из графика, приведенного на рис. 6, эта энергия будет особенно большой при образовании альфа-частиц — ядер  гелия. Так, например, синтез гелия 4 из отдельных протонов (41Н1-* гНе4 + 2iP+) сопровождается выделением энергии на один нуклон около 7 Мэв, а реакция образования ядра гелия 4 из ядер лития 7 и протонов (sLB+iH1-> 2гНе4)— около 2,2 Мэв. Выход энергии в приведенных реакциях синтеза соответственно в 8,25 и 2,6 раза больше, чем в реакции расщепления ядра урана 235 (0,85Мэв).
Для соединения атомных ядер необходимо преодолеть значительные электрические силы отталкивания и сблизить ядра на расстояния, где начинают действовать ядерные силы притяжения. Преодоление сил электрического отталкивания возможно только быстрыми ядрами, обладающими большим запасом кинетической энергии. Ядра с большой скоростью, а следовательно, с большой кинетической энергией можно получить, 52
в частности, путем нагревания их до весьма высоких температур (порядка десятков миллионов градусов). Такие реакции синтеза называют термоядерными реакциями.
При обычных температурах согласно закону Д. Максвелла о распределении частиц по скоростям некоторые заряженные частицы могут обладать большой энергией. Однако эти частицы быстро теряют энергию на возбуждение и ионизацию атомов. Поэтому вероятность взаимодействия ядерных частиц будет весьма незначительной.
Если температура будет высокой (около 1 000 000°), то вследствие взаимодействия атомов между собой начнется интенсивный процесс их ионизации. Молекулы тяжелых атомов, на орбитах которых много электронов, оказываются вы-сокоионизированными, а атомы водорода, у которого имеется всего лишь один электрон, полностью ионизированными- Таким образом, при значительном повышении температуры легкие элементы (прежде всего водород), а также их соединения превращаются в плазму или электронно-ядерный газ. Атомные ядра и свободные электроны, входящие в состав плазмы, находясь в тепловом движении, обладают скоростями порядка нескольких сот тысяч метров в секунду. Однако подобные скорости еще недостаточны для преодоления сил электрического отталкивания и осуществления реакции синтеза.
При сверхвысоких температурах (несколько десятков миллионов градусов) интенсивность ионизации атомов и теплового движения частиц возрастает, в результате чего увеличивается вероятность взаимного сближения ядер. Как только ядра сблизятся на расстояния, где проявляется
53
действие внутриядерных сил, то они, притягиваясь, соединяются.
Скорость соединения ядер друг с другом характеризуется продолжительностью ядерных реакций. При этом под продолжительностью термоядерных реакций понимается время, в течение которого одно ядро, попав в среду из других ядер, вступит в ядерную реакцию.
Продолжительность термоядерных реакций некоторых легких ядер при плотности плазмы 1 г/см3 приведена в табл. 2.
Таблица 2
Основные характеристики некоторых термоядерных реакций
Реакция синтеза	Выход энергии на один элементарный акт, Мэв	Продолжительность реакции в секунду при	
		20 000 000°	200 000 000°
1Н1 + 1Н1->1№ + _1^	1,4	—	Юн лет
iHl + jH2 -* 2Не3	5	—	0,5
jHl + iH3 -* 2Не4	19,8	—	0,05
;Н2 +	.2НеЗ + onl	3,26	1,9-10“ 3	1,9-10“6
ХН2 + jH2 -> iHl + jH3	4,03	1,9-10“3	1,9-10“6
jH2 -f- jH3 2Hei +	17,6	3,9-10“5	2,4-10“7
XH2 + 2He3 -> iHl + 2He*	18,4	0,9	2,4-10“6
3Li6 + iH2-^22Hei	22,4	7,5-103	7,5-10“5
3Li7 + iHl 22Hei	17,3	1,8-103	4,5-Ю-3
gLj6 -|- iHl —> 2He3 -|- 2Hei	4,02	180	4,5-10“5
gLi?	> 2gHel -p onl	14,9	2,4-103	2,4-10“5
54
Для практического осуществления термоядерных реакций должны быть выбраны такие реакции, продолжительность которых не превышает долей микросекунды. Поэтому при осуществлении реакций синтеза могут быть использованы изотопы легких химических элементов — водорода, гелия и лития. Применение этих изотопов в реакциях синтеза определяется тем, что в ядрах их атомов находится, как правило, больше нейтронов, чем протонов, а это уменьшает силы электрического отталкивания. Продукты термоядерных реакций в отличие от реакции деления тяжелых ядер являются нерадиоактивными.
Определим возможный выход атомной энергии при реакции синтеза ядра гелия аНе3 из двух ядер дейтерия iH2. Реакция записывается так:
1Н2 + 1Н2-^2Не3 + 0п1.
Масса конечных продуктов реакции (гНе3 + on1) равна 4,025959 аем, а начальных (iHa + iH1) — 4,014735 аем. Тогда выход энергии на одно ядро гелия 3 по формуле (1,4) составит:
£ = 931 (4,025959 —4,014735) = 3,26 Мэв1.
Если соединится 6,02-1026 атомов, содержащихся в 1 кг дейтерия, то выход атомной энергии составит:
£ = 6,02 • 1026 • 3,26= 1,96 • 1027 Мэв = = 7,5 • 1010 ккал.
Полученное количество энергии соответствует взрыву 75 000 т тротила.
1 Э. В. Ш польский. Атомная физика, т. II. Государственное издательство технико-теоретической литературы, Москва, 1951 г.
55
Как видно из приведенного примера, энергетические возможности термоядерных реакций значительно выше, чем реакций деления тяжелых ядер. Этот путь получения атомной энергии нашел применение при устройстве водородных бомб. Практическое осуществление термоядерных реакций в водородных бомбах стало возможным лишь с появлением атомных бомб, при взрыве которых развиваются температуры в десятки миллионов градусов.
Однако водородные бомбы — не единственный путь использования реакции синтеза для получения атомной энергии. Как известно из доклада академика И. В. Курчатова, сделанного им в Харуэлле в апреле 1956 г. во время пребывания советской правительственной делегации в Англии, нашими учеными намечены пути решения проблемы управления термоядерными реакциями . Исследования в области управляемых термоядерных реакций проводятся под руководством академика Л. А. Арцимовича, а разработку теоретических вопросов возглавляет академик М. А. Леонтович.
Исследования показали, что в управляемых реакциях синтеза необходимо использовать газообразное ядерное горючее. Это горючее, обладая незначительной плотностью, исключает возможность появления высоких давлений и, следовательно, взрыва.
Нагревание газообразного ядерного горючего до сверхвысоких температур в лабораторных условиях проводилось путем кратковременного
1 И. В. Курчатов. О возможности создания термоядерных реакций в газовом разряде. Журнал «Атомная энергия» № 3, 1956 г.
56
электрического разряда и столкновения суживающихся ударных волн в газах.
Практическое осуществление управляемых термоядерных реакций встречается с весьма большими трудностями. Одна из них заключается в необходимости нахождения такого метода нагревания ядерного горючего (плазмы), при котором тепловые потери практически сводятся к нулю. При нагревании плазмы всего лишь до нескольких тысяч градусов эти потери в случае отсутствия теплоизоляции становятся настолько большими, что дальнейшее повышение температуры оказывается невозможным.
В 1950 г. академиками А. Д. Сахаровым и И. Е. Таммом была выдвинута идея о теплоизоляции плазмы с помощью мощного магнитного поля. В магнитном поле электроны и ядра атомов могут свободно передвигаться только вдоль силовых линий. В перпендикулярной плоскости их движение будет происходить по окружностям малого радиуса. Поэтому под действием магнитного поля образуется тонкий плазменный шнур, что исключает возможность диффузии и столкновения частиц плазмы с частицами окружающей среды и резко уменьшает теплопотери.
Магнитное поле создается пропусканием через плазму сильного электрического тока. При пропускании тока в несколько тысяч или миллионов ампер через фарфоровые цилиндры (диаметр их в опытах был равен 20—40 см, а длина — 60— 100 см), наполненные газами, под действием возникающего магнитного поля образуется тонкий плазменный шнур. Этот шнур отрывается от стенок цилиндра и за счет джоулевого тепла и работы электродинамических сил нагревается до
57
температур, необходимых для возникновения реакции синтеза.
Плазменный шнур существует только в момент нарастания электрического тока. Поэтому термоядерные реакции, осуществляемые в подобных установках, носят не постоянный, а импульсный характер.
Опыты, поставленные советскими учеными, показали, что в результате реакции синтеза может происходить мгновенное выделение энергии, превышающее более чем в 10 раз мощность Куйбышевской гидроэлектростанции (2 100 тыс. квт).
Овладение методами управления термоядерными реакциями приближает перспективу освоения людьми новых огромных источников энергии. Пока энергия, получаемая за счет реакции синтеза ядер, приходит к нам лишь от солнца, являющегося своеобразным естественным термоядерным реактором. В земных условиях термоядерные реакции осуществляются в водородных (термоядерных) бомбах.
Рассмотренные сведения о строении вещества и атомной энергии необходимы для правильного понимания физических основ устройства ядерного оружия и его поражающего действия.
Глава 2
АТОМНОЕ ОРУЖИЕ
ВИДЫ АТОМНОГО ОРУЖИЯ
Оружие, поражающее действие которого основано на использовании энергии, освобождающейся при ядерных превращениях, называется атомным оружием.
Термин «атомное оружие» до некоторой степени является условным. Условность его заключается в том, что для нанесения поражения этим видом оружия используется не вообще энергия атомов, а внутриядерная энергия, освобождающаяся при ядерных превращениях. В связи с этим этот вид оружия точнее было бы назвать ядерным оружием. Так его иногда и называют. Однако термин «атомное оружие» прочно вошел в обиход и поэтому в настоящее время нет особого смысла его изменять.
Современное атомное оружие подразделяется на два основных вида — атомное оружие взрывного действия и боевые радиоактивные вещества (сокращенно БРВ).
Атомное оружие взрывного действия основано на использовании внутриядерной энергии, которая освобождается в результате ядерных превращений, вызываемых искусственным путем. Скорость этих ядерных превращений настолько велика, что
59
сама реакция приобретает характер взрыва. Та« кой взрыв принято называть атомным взрывом. Атомное оружие взрывного действия предназначается для поражения живой силы, а также для уничтожения и разрушения различных сооружений, боевой техники и вооружения.
Боевые радиоактивные вещества основаны на использовании вредного биологического действия на организм человека радиоактивных излучений, сопровождающих самопроизвольные ядерные превращения. Они предназначаются для заражения местности и воздуха с целью поражения людей и затруднения боевой деятельности войск.
Атомное оружие взрывного действия в зависимости от способа освобождения внутриядерной энергии в свою очередь подразделяется на средства поражения с урановым или плутониевым зарядом и водородные бомбы.
В средствах поражения с урановым или плутониевым зарядом освобождение энергии осуществляется при делении тяжелых ядер (урана 233, урана 235 или плутония 239). Реакция деления тяжелых ядер происходит под действием нейтронов.
В водородных бомбах освобождение энергии осуществляется при синтезе легких ядер — изотопов водорода (дейтерия и трития) и лития. Реакция синтеза легких ядер происходит лишь при очень высоких температурах, измеряемых обычно миллионами градусов. По-гречески теплота — терме. В связи с этим реакции синтеза легких ядер получили название термоядерных, а водородные бомбы называют также термоядерным оружием.
Атомное оружие взрывного действия может применяться в виде авиационных атомных бомб, 60
артиллерийских атомных снарядов, торпед, ракет и самолетов-снарядов.
В американской печати имеются описания так называемых заменителей атомных бомб, предназначенных для имитации атомных взрывов. Идея устройства таких заменителей заключается в воспроизведении всех внешних (видимых) признаков, атомного взрыва: яркой вспышки, образования светящейся сферы, дымового облака, характерной для атомного взрыва формы, и сильного звука. Кроме того, для имитации радиоактивного заражения местности, наблюдающегося при атомном взрыве, предполагается сопровождать ложный взрыв одновременным рассеиванием радиоактивных веществ. Сильной ударной волны, мощного светового и ядерного излучений, характерных для атомного взрыва, при взрыве заменителей атомных бомб не образуется. Таким образом, применение заменителей атомных бомб, очевидно, рассчитано на оказание психологического воздействия на противника, а также на введение его в заблуждение относительно места и времени применения настоящих атомных бомб.
Поражающее действие атомных и водородных бомб, снарядов, торпед и т. д. в качественном отношении одинаково. Различие состоит только в средствах и способах доставки атомного оружия к цели и мощности его взрыва. Поэтому в дальнейшем, для краткости изложения, устройство атомного оружия взрывного действия рассматривается на примере атомных и водородных бомб. При этом следует иметь в виду, что все относящееся к явлениям, сопровождающим взрыв атомной бомбы, его поражающему действию и т. п., относится также и к другим видам атомного оружия взрывного действия.
61
Основной величиной, определяющей мощность атомных бомб, является количество внутриядерной энергии, освобождающейся при атомном взрыве. Это количество энергии принято характеризовать тротиловым эквивалентом. Под тротиловым эквивалентом понимается вес такого тротилового заряда, при взрыве которого выделяется столько же энергии, сколько и при взрыве данной атомной бомбы. Например, атомные бомбы, взорванные американцами в 1945 г. над японскими городами Хиросима и Нагасаки, имели тротиловый эквивалент 20 000 т. Это значит, что взрыв каждой из них сопровождался выделением такого же количества энергии, как и взрыв тротилового заряда весом 20 000 т.
В зависимости от мощности атомного заряда атомные бомбы, снаряды делят на калибры: малый, средний и крупный.
Тротиловый эквивалент урановых и плутониевых атомных бомб может колебаться в пределах от нескольких тысяч до нескольких сотен тысяч тонн. В частности, по мнению американских военных специалистов, возможно применение атомных бомб с тротиловыми эквивалентами 2 000, 15 000, 20 000, 75 000, 100 000, 200 000 и 500 000 т.
Водородные бомбы представляют собой оружие значительно более мощное, чем атомные бомбы с урановым или плутониевым зарядом. Тротиловый эквивалент водородных бомб может составлять величину до нескольких миллионов и даже десятков миллионов тонн. Так, например, в иностранной печати имеются сообщения об испытаниях водородных бомб с тротиловыми эквивалентами в 10 и 14 млн. т. По опубликованным данным, в настоящее время ведутся работы над созданием 62
водородных бомб с тротиловыми эквивалентами порядка 40—50 млн. т.
В последние годы в Советском Союзе в соответствии с планом научно-исследовательских и экспериментальных работ в области атомной энергии были проведены испытания новых типов атомного и термоядерного (водородного) оружия. Эти испытания полностью оправдали соответствующие научно-технические расчеты. Опытные взрывы водородных бомб новой конструкции (на большой высоте в целях безопасности населения и участников испытаний) были самыми мощными из всех взрывов, проведенных до сих пор. Нашим ученым и инженерам удалось при сравнительно небольшом количестве используемых ядерных материалов получать взрывы, сила которых равна силе взрыва многих миллионов тонн обычных взрывчатых веществ и она может быть значительно усилена.
Представители некоторых агрессивных кругов на Западе, выступая против разоружения, исходят из ложной предпосылки, будто бы они располагают наиболее совершенным атомным и водородным оружием. Советский народ предостерегал и предостерегает этих поборников пресловутой политики «с позиции силы», что они могут серьезно просчитаться в своей азартной игре. В области произвсдства термоядерного оружия советские люди добились таких успехов, что в положении отсталых оказался не Советский Союз, а некоторые капиталистические страны.
Наличие в Советском Союзе атомного и водородного оружия еще более укрепляет его обороноспособность и повышает роль Советского государства в его борьбе за мир во всем мире.
63
ПРИНЦИП УСТРОЙСТВА АТОМНЫХ БОМБ
Атомная бомба представляет собой устройство, обеспечивающее практически мгновенное выделение внутриядерной энергии в результате осуществления цепной реакции деления тяжелых ядер.
Характерными особенностями реакции деления тяжелых ядер под действием нейтронов (см. рис. 12) являются:
1)	выделение огромного количества энергии (до 200 Мэв) на каждое разделившееся ядро;
2)	испускание двух — трех нейтронов при каждом акте деления;
3)	испускание гамма-излучения в процессе деления ядер;
4)	образование радиоактивных «осколков» ядер.
Испускание двух — трех нейтронов при каждом акте деления тяжелых ядер обеспечивает принципиальную возможность осуществления цепной ядерной реакции, при которой количество делящихся ядер все время возрастает по закону геометрической прогрессии (рис. 13). Для развития такой цепной реакции необходимо, чтобы в среднем не менее чем один нейтрон из освободившихся при делении каждого ядра вызвал последующее деление. Среднее число новых делений, вызванных нейтронами одного разделившегося ядра, называется коэффициентом развития цепной ядерной реакции. Следовательно, быстро нарастающая цепная ядерная реакция возможна только в том случае, если величина коэффициента развития этой реакции больше единицы. При коэффициенте развития цепной ядерной реакции, достаточно превышающем единицу, число деля-
64
шихся ядер лавинообразно нарастает, и она приобретает характер взрыва.
В настоящее время известен ряд тяжелых изотопов, ядра которых способны делиться под воздействием нейтронов. Однако не во всех этих веществах может быть осуществлена цепная ядер-
Рис. 13. Схема развитая цепной ядерной реакции
ная реакция. Нейтроны, испускаемые при делении ядер большинства тящелых изотопов, обладают энергией, недостаточной для последующего деления других ядер. Наиболее эффективно цепная реакция может развиваться в тяжелых изотопах, ядра которых способны делиться под действием нейтронов любой энергии. К таким веществам относятся:
1)	уран 235, содержащийся в естественном уране в количестве 0,714%;
5 Зак. 401
65
2)	искусственный радиоактивный элемент плутоний 239, получаемый из природного урана 238 в ядерных реакторах;
3)	уран 233, получаемый из тория 232 в ядерных реакторах.
Перечисленные вещества называются делящимися веществами или ядерным горючим. Они используются в качестве заряда в урановых и плутониевых атомных бомбах.
Для осуществления атомного взрыва необходимо в нужный момент времени создать условия, при которых коэффициент развития цепной ядерной реакции был бы больше единицы. При этом наличие хотя бы одного свободного нейтрона в делящемся веществе уже приведет к возникновению и развитию ядерной реакции взрывного характера.
Величина коэффициента развития цепной ядерной реакции зависит от ряда факторов. Наиболее важными из них являются: количество делящегося вещества, форма заряда, материал и конструкция оболочки, применяемой для отражения нейтронов в зону ядерной реакции, а также наличие примесей в веществе заряда. Кратко рассмотрим влияние этих факторов на условия развития цепной ядерной реакции в делящемся веществе.
Путь, проходимый нейтронами в веществе до первого столкновения с ядром атома, называется длиной свободного пробега. Средняя длина свободного пробега нейтронов в делящемся веществе составляет величину порядка нескольких сантиметров. В связи с этим в небольшом количестве делящегося вещества даже при наиболее благоприятной форме заряда, в виде шара с диаметром, меньшим средней длины свободного пробега нейтронов, цепная ядерная реакция невозможна.
56
В этом случае, как показано на рис. 14, а, нейтроны, освобождающиеся при делении отдельных ядер, будут вылетать за пределы заряда, не вызвав деления других ядер, и рассеиваться в окружающем пространстве.
в
Рис. 14. Влияние формы и размеров делящегося вещества на развитие цепной ядерной реакции:
а — в малом куске делящегося вещества даже при наиболее благоприятной форме заряда, в виде шара, цепная реакция не развивается; б — в заряде делящегося вещества в виде шара с диаметром, в несколько раз превышающим среднюю длину свободного пробега нейтронов, цепная реакция быстро развивается; в — в тонкой пластинке из делящегося вещества цепная реакция не развивается
Для того чтобы освобождающиеся при делении отдельных ядер нейтроны не терялись в окружающем пространстве, а в свою очередь вызывали бы деление других ядер, необходимо обеспечить
5й	67
им достаточно большой путь в делящемся веществе. Это достигается за счет увеличения размеров заряда. На рис. 14,6 показан процесс развития цепной ядерной реакции в заряде делящегося вещества в виде шара с диаметром, в несколько раз превышающим среднюю длину свободного пробега нейтронов. Нейтроны, вылетевшие при делении ядра 1, двигаясь в веществе, встречают на своем пути ядра II и вызывают их деление. При делении ядер II освобождается энергия и вылетают нейтроны, которые в свою очередь вызовут деление ядер III, и т. д.
Из приведенных примеров следует, что атомный взрыв может произойти лишь при достаточном количестве делящегося вещества. Наименьшее количество делящегося вещества, при котором возможна цепная ядерная реакция взрывного характера, называется критической массой.
Величина критической массы в значительной мере зависит от формы заряда делящегося вещества. С увеличением поверхности заряда при равном весе делящегося вещества растет доля нейтронов, которые вылетают за его пределы, не вызывая деления других ядер. В связи с этим вес критической массы шарового заряда меньше веса критической массы кубического заряда и значительно меньше веса критической массы заряда, имеющего форму параллелепипеда. Тонкие пластинки или проволока из делящегося вещества обладают настолько большой поверхностью, что через нее, как это показано на рис. 14,в, практически будут вылетать почти все нейтроны, образующиеся при делении ядер. Поэтому тонкие пластинки или проволока из делящегося вещества могут иметь очень большой вес, но все-таки масса их будет меньше критической. В связи с
68
этим такая форма может придаваться делящемуся веществу для длительного его хранения.
Существенное влияние на величину коэффициента развития цепной ядерной реакции и на величину критической массы может оказывать специальная оболочка (отражатель нейтронов), устраиваемая вокруг заряда делящегося вещества. Эта оболочка предназначена для возвращения нейтронов, вылетающих из делящегося вещества, в зону ядерной реакции. Отражатели нейтронов могут изготавливаться, например, из бериллия. Возвращая в зону ядерной реакции часть вылетающих из делящегося вещества нейтронов, отражатель способствует увеличению коэффициента развития цепной ядерной реакции и уменьшению величины критической массы делящегося вещества.
Наличие примесей в делящемся веществе также существенно сказывается на величине коэффициента развития цепной ядерной реакции. С увеличением примесей величина коэффициента развития цепной ядерной реакции уменьшается, а величина критической массы возрастает. При большом содержании примесей последние могут поглощать настолько значительное количество нейтронов, освобождающихся при делении тяжелых ядер, что осуществление взрывной ядерной реакции будет невозможным.
В делящемся веществе с массой, равной или большей критической, коэффициент развития цепной ядерной реакции больше единицы. Таким образом, если в нужный момент времени обеспечить создание заряда делящегося вещества с массой, равной или большей критической, путем быстрого соединения отдельных частей его в одно целое, то деление любого ядра даст начало цеп
69
ной ядерной реакции взрывного характера. Этот принцип и положен в основу устройства современных атомных бомб.
Рис. 15. Принципиальные схемы устройства атониных бомб:
а — заряд делящегося вещества разделен на две части; б — заряд делящегося вещества разделен на три части
Принципиальные схемы устройства атомных бомб показаны на рис. 15. Как видно из этих схем, основными элементами атомных бомб яв
70
ляются: заряд делящегося вещества, взрывающее устройство и оболочка бомбы.
Заряд атомной бомбы (уран или плутоний) разделен на две или несколько частей, причем масса каждой из них должна быть меньше критической. Отдельные части заряда в атомной бомбе находятся на достаточном удалении друг от друга в специальной полости, из которой выкачан воздух. Для осуществления атомного взрыва все части заряда соединяются в единое целое, образуя общий заряд делящегося вещества с массой, равной или большей критической.
Соединение частей заряда должно производиться достаточно быстро, поскольку цепная ядерная реакция уже начинается, когда они находятся еще на некотором расстоянии друг от друга. При медленном сближении частей заряда атомная бомба может разрушиться от сильного перегрева еще до того, как прореагирует большая часть делящегося вещества. В этом случае атомный взрыв или вовсе не произойдет или мощность его будет весьма незначительной.
Необходимое для осуществления атомного взрыва быстрое соединение отдельных частей заряда делящегося вещества производится при помощи взрывающего устройства, состоящего из взрывателя и заряда обычного взрывчатого вещества. В нужный момент времени срабатывает взрывающее устройство, и под действием продуктов взрыва отдельные части заряда делящегося вещества с большой скоростью соединяются в единое целое. Масса делящегося вещества в момент соединения частей заряда становится больше критической, и возникающая в заряде цепная реакция приводит к взрыву.
Цепная ядерная реакция практически начи-
71
нается сразу, в момент образования заряда с массой, равной или большей критической. В принципе она может начаться в результате деления хотя бы одного ядра урана или плутония. Это деление может произойти самопроизвольно или при захвате ядром свободного нейтрона.
Свободные нейтроны появляются в делящемся веществе при самопроизвольном распаде ядер урана или плутония. В I кг урана 235 претерпевают самопроизвольные деления несколько десятков ядер в секунду. Кроме того, в делящееся вещество попадают нейтроны, возникшие под действием космических лучей, а также нейтроны, образующиеся в атомной бомбе в результате ядерных превращений, вызываемых космическими лучами или альфа-частицами, испускаемыми ураном (плутонием) в процессе радиоактивного распада. В 1 кг урана 235 альфа-распад испытывает 78,2 миллиона ядер в секунду.
Для обеспечения безотказности действия атомной бомбы, а также для увеличения количества делящихся ядер ядерное горючее в момент соединения частей заряда можно интенсивно облучать нейтронами из специального искусственного источника.
Весьма существенным элементом атомной бомбы, способствующим повышению эффекта ее действия, является отражатель нейтронов. Отражатель нейтронов позволяет уменьшить критическую массу заряда или обеспечить более высокий коэффициент развития цепной ядерной реакции по сравнению с равным по величине зарядом, но без отражателя.
Все части атомной бомбы монтируются в ее оболочке. Помимо этого назначения, оболочка бомбы выполняет и другую, не менее важную, 72
роль. Вследствие чрезвычайно высоких температуры и давления, возникающих в зоне ядерной реакции, делящееся вещество разбрасывается, не успев полностью прореагировать. Прочная оболочка из тугоплавкого материала, задерживая преждевременное разбрасывание заряда ' бомбы, способствует более полному использованию делящегося вещества и тем самым увеличивает мощность атомного взрыва.
При делении всех ядер атомов, содержащихся в 1 кг урана 235, как указывалось выше, освобождается такое же количество энергии, как и при взрыве 20 000 т тротила. Эта энергия выделяется за миллионные доли секунды. В связи с гем, что огромное количество внутриядерной энергии освобождается в небольшом объеме заряда в течение очень короткого промежутка времени, атомный взрыв характеризуется очень высокой концентрацией энергии, в десятки миллионов раз превышающей концентрацию энергии при взрыве обычных взрывчатых веществ.
Расчеты показывают, что максимальная температура в зоне взрывной ядерной реакции достигает нескольких десятков миллионов градусов, а давление — нескольких десятков миллиардов атмосфер, тогда как максимальная температура в зоне взрыва обычных взрывчатых веществ составляет несколько тысяч градусов, а давление — несколько сотен тысяч атмосфер.
Количество внутриядерной энергии, освобождающейся при взрыве урановых и плутониевых атомных бомб, прежде всего зависит от величины заряда делящегося вещества и конструкции атомной бомбы. С увеличением веса делящегося вещества количество внутриядерной энергии, освобождающейся при атомном взрыве, обычно воз
73
растает. Однако, как бы ни была совершенна конструкция атомной бомбы, общий вес заряда делящегося вещества нельзя увеличивать беспредельно. Это объясняется тем, что возможности увеличения числа частей заряда, которые должны быть соединены в единое целое для осуществления атомного взрыва, практически ограничены. В то же время нельзя беспредельно увеличивать и вес отдельных частей заряда, так как масса их должна быть меньше критической. Следовательно, возможности увеличения количества внутриядерной энергии, освобождающейся при атомном взрыве, практически также ограничены. По взглядам иностранных ученых, максимальный тротиловый эквивалент урановых и плутониевых атомных бомб может достигать величины порядка до 500 000 т.
ПРИНЦИП УСТРОЙСТВА ВОДОРОДНЫХ БОМБ
Водородная бомба представляет собой устройство, обеспечивающее практически мгновенное выделение внутриядерной энергии в результате, осуществления термоядерной реакции синтеза легких ядер.
Соединение (синтез) легких ядер происходит под действием исключительно больших по своей величине сил ядерного притяжения. Однако расстояния, на которых действуют эти силы, чрезвычайно малы. Поэтому для соединения ядер необходимо предварительно разрушить электронные оболочки атомов и преодолеть силы электрического отталкивания, которые действуют на значительно больших расстояниях, чем силы притяжения ядер.
Внутриядерная энергия, освобождающаяся при синтезе легких ядер, значительно превосходит
74
энергию, затрачиваемую на разрушение электронных оболочек и преодоление сил электрического отталкивания между ядрами. В связи с этим начавшаяся в веществе реакция соединения легких ядер в дальнейшем продолжается самостоятельно, за счет избыточной энергии, освобождающейся при синтезе предыдущих ядер. При больших скоростях ядерных превращений такая реакция, так же как и при делении тяжелых ядер,i приобретает характер взрыва.
Энергию, необходимую для начала реакции синтеза ядер, можно сообщить веществу путем интенсивного его нагревания. При весьма сильном нагревании атомы вещества освобождаются от электронных оболочек, а их ядра приобретают скорости, необходимые для преодоления сил электрического отталкивания. Чем больше электрический заряд ядра, тем более интенсивное нагревание требуется для осуществления реакции синтеза. Это объясняется тем, что с увеличением заряда ядра количество энергии, затрачиваемой на разрушение электронных оболочек и преодоление сил электрического отталкивания между ядрами, возрастает.
Вещества, в которых может быть осуществлена термоядерная реакция синтеза легких ядер, обычно называют термоядерным горючим. В зарядах водородных бомб в качестве термоядерного горючего могут быть использованы тяжелые изотопы водорода (дейтерий и тритий), а также литий.
Дейтерий может быть выделен из тяжелой воды. В обычной воде содержится около О,О2°/о по весу тяжелой воды.
Тритий является радиоактивным изотопом во
75
дорода с периодом полураспада 12,46 года и в естественных условиях не встречается. Его получают в ядерных реакторах как продукт реакции между нейтронами и ядрами лития.
Литий получают из природной руды путем электролиза.
В энергетическом отношении наиболее выгодно в качестве термоядерного горючего в зарядах водородных бомб использовать смесь дейтерия и трития. Термоядерная реакция между указанными изотопами водорода сопровождается выделением наибольшего количества внутриядерной энергии на 1 кг смеси.
Внутриядерная энергия, освобождающаяся при синтезе ядер дейтерия и трития, выделяется в виде кинетической энергии образующихся ядер гелия и нейтронов, а также интенсивного излучения. При этом нейтроны в отличие от реакции деления тяжелых ядер не участвуют в реакции синтеза.
Как видно из табл. 2, термоядерная реакция между дейтерием и тритием развивается весьма быстро при температуре порядка нескольких десятков миллионов градусов. Примерно такая же температура возникает в зоне цепной ядерной реакции при атомном взрыве. Таким образом, атомный взрыв может быть использован в качестве источника сверхвысокой температуры, необходимой для начала термоядерной реакции между дейтерием и тритием. Для того чтобы атомный взрыв мог «поджечь» как можно большее количество смеси, термоядерное горючее должно иметь достаточно высокую плотность. Это достигается за счет сжижения смеси изотопов водорода при низкой температуре и высоком давлении.
76
Принципиальная схема водородной бомбы с зарядом из смеси дейтерия с тритием представляет собой следующее устройство. Дейтерий и тритий в жидком состоянии помещаются в специальном резервуаре с термоизоляционной оболочкой. Эта оболочка необходима для длительного поддержания низких температур, требующихся для сохранения смеси изотопов водорода в жидком состоянии. По данным иностранной печати, термоизоляционная оболочка может выполняться из жидкого азота и твердой углекислоты (сухого льда), заключенных в корпусе водородной бомбы. В резервуаре с термоядерным горючим помещается атомная бомба с урановым или плутониевым зарядом. При взрыве атомной бомбы смесь дейтерия и трития, непосредственно прилегающая к очагу взрыва, нагревается до температуры, при которой начинается термоядерная реакция синтеза. Дальнейшее развитие термоядерной реакции обеспечивается за счет энергии, освобождающейся при синтезе ядер дейтерия и трития.
Описанная конструкция водородной бомбы имеет слишком большой вес и значительные размеры. Так, например, американская водородная бомба подобного типа имела размеры автомобильного фургона и весила 62 т. В связи с этим ее не мог поднять ни один из существующих типов самолетов. Другим серьезным недостатком таких бомб является то, что производство трития, входящего в состав основного заряда бомбы, представляет собой весьма сложный и дорогостоящий процесс. Кроме того, тритий радиоактивен и имеет сравнительно небольшой период полураспада (около 12,5 лет).
Важным усовершенствованием в конструкции
77
водородной бомбы явилась замена жидких изотопов водорода твердым химическим соединением тяжелого водорода (дейтерия) с литием — дейтеридом лития. Это позволило значительно уменьшить вес и размеры водородных бомб, так как дейтерид лития представляет собой легкое твердое вещество.
Как полагают, литий, введенный в состав заряда водородной бомбы, под действием нейтронов, освобождающихся в процессе термоядерной реакции, превращается в тритий, который в свою очередь вступает в реакцию с дейтерием. Кроме того, температура, возникающая при взрыве уранового или плутониевого заряда, может обеспечить непосредственное протекание термоядерной реакции между дейтерием и литием.
Весьма высокая температура и мощный поток нейтронов, требующиеся для эффективного развития термоядерной реакции в дейтериде лития, могут быть получены при синтезе ядер дейтерия и трития. Таким образом, если смесь дейтерия и трития использовать только в качестве своеобразного промежуточного термоядерного детонатора, то взрыв атомной бомбы сможет обеспечить весьма быстрое развитие термоядерной реакции в основном заряде водородной бомбы — дейтериде лития. Не исключена также возможность использования в качестве промежуточного термоядерного детонатора твердого соединения сверхтяжелого водорода (трития) с литием.
На рис. 16 показана принципиальная схема устройства водородной бомбы, в которой в качестве основного заряда используется дейтерид лития. Термоядерная реакция в дейтериде лития осуществляется через термоядерный детонатор при взрыве атомной бомбы. Прочная оболочка
78
из тугоплавкого материала способствует более полному использованию заряда водородной бомбы. Она несколько задерживает преждевре-
Рис. 16. Принципиальная схема устройства водородной бомбы
менное разбрасывание непрореагировавшей части заряда.
При синтезе всех ядер атомов, содержащихся в 1 кг смеси дейтерия и трития или дейтерида лития, выделяется такое же количество внутри
79
ядерной энергии, как и при делении ядер всех атомов, содержащихся соответственно в 4,15 или 3,3 килограмма урана 235. Следовательно, количество энергии, освобождающейся на 1 кг заряда, при взрыве водородной бомбы будет примерно в 3—4 раза больше, чем при взрыве урановой бомбы. Если при этом также учесть, что возможности увеличения количества внутриядерной энергии, освобождающейся при атомном взрыве, ограничены, а у водородной бомбы теоретически такого ограничения нет, то станет понятным, почему водородные бомбы являются оружием значительно более мощным, чем атомные бомбы.
При взрыве водородной бомбы появляется большое количество свободных нейтронов. Если в состав оболочки водородной бомбы включить химические элементы, способные под действием нейтронов превращаться в радиоактивные изотопы с большой энергией излучения и длительным периодом полураспада, то при взрыве такой бомбы может образоваться значительное количество стойких радиоактивных веществ. Эти вещества способны на длительное время заразить воздух, а также местность в районе и по пути движения радиоактивных продуктов взрыва.
К химическим элементам, обладающим такими свойствами, относятся: кобальт, цинк, стронций, цезий и др. Следовательно, «кобальтовая», «цинковая» и им подобные бомбы не являются оружием с новым видом ядерного горючего, а могут представлять собой, в частности, водородную бомбу, в которой радиоактивное действие усилено включением перечисленных выше элементов в состав ее оболочки.
Оболочка водородной бомбы может -быть изготовлена также из природного урана. В при-
80
родном уране содержится 99,28% урана 238. Ядра атомов урана 238 в отличие от ядер атомов урана 235 делятся только нейтронами, обладающими весьма высокой энергией (более одного мегаэлектрон-вольта). Нейтроны, испускаемые при термоядерной реакции, обладают весьма высокой энергией. В связи с этим они способны делить ядра урана 238. Предполагают, что в результате деления ядер атомов урановой оболочки, если сделать последнюю достаточно массивной (толщиной порядка нескольких дюймов), может выделиться до 80% энергии, освобождающейся при взрыве ураново-водородной бомбы.
Поскольку уран 238 и дейтерид лития несравненно более дешевы, чем уран 235 или плутоний 239, мощность взрыва подобной бомбы может быть увеличена в грандиозных масштабах без пропорционального увеличения ее стоимости.
ЯВЛЕНИЯ, СОПРОВОЖДАЮЩИЕ АТОМНЫЙ ВЗРЫВ
Взрыв атомных бомб и других видов атомного (ядерного) оружия взрывного действия может осуществляться в воздухе на высоте нескольких сот метров над поверхностью земли, у поверхности земли или воды, а также на некоторой глубине под землей или под водой. В соответствии с этим различают воздушный, наземный (надводный) и подземный (подводный) взрывы.
Явления, сопровождающие атомный взрыв, в значительной мере зависят от условий, в которых он происходит.
В настоящее время наиболее изучен воздушный атомный взрыв. Поэтому явления, сопровождающие этот вид взрыва, рассмотрим более подробно. Затем, установив общие закономерности,
6 Зак. 401
81
отметим особенности других видов атомного взрыва.
На рис. 17 схематично показаны наиболее характерные этапы развития явлений, сопровождающих взрыв атомной бомбы в воздухе *.
В зоне цепной ядерной реакции наблюдается исключительно высокая концентрация тепловой энергии. Температура здесь быстро повышается до нескольких десятков миллионов градусов. Вследствие этого к моменту окончания взрывной ядерной реакции оболочка атомной бомбы испаряется. Пары оболочки и продукты деления заряда атомной бомбы, нагретые до весьма высокой температуры, начинают ярко светиться, испуская в окружающее пространство сильное световое излучение.
Большая часть нейтронов, не участвующих в ядерной реакции, а также гамма-лучей, испускаемых при делении ядер, поглощается оболочкой бомбы. Лишь относительно небольшая доля их в момент окончания цепной ядерной реакции проникает в окружающее пространство вследствие испарения оболочки бомбы.
Таким образом, через миллионные доли секунды после начала цепной ядерной реакции (рис. 17, а) в месте взрыва атомной бомбы образуется ярко светящаяся сферическая область, состоящая из раскаленных продуктов взрыва. За пределами светящейся области в окружающем пространстве распространяются поток нейтронов, гамма-лучи и световое излучение.
1 Описание явлений, сопровождающих атомный взрыв, приводится для бомбы с тротиловым эквивалентом 20 000 т по данным книги „The Effects of atomic, weapons,“ New York, 1950.
82
СТ>
Рис. 17. Схема развития явлений, сопровождающих взрыв атомной бомбы в воздухе: а, б, в, г, д, е, ж, з— последовательные этапы развития явлений, сопровождающих g°	атомный взрыв
Внутри светящейся области температура газа во всех точках примерно одинакова. У поверхности этой области наблюдается очень резкий перепад температуры и давления. Вследствие резкого перепада давления раскаленные продукты взрыва начинают стремительно расширяться, сжимая и приводя в движение окружающие слои воздуха. Сжатие передается от слоя воздуха к слою и в виде ударной волны распространяется на значительные расстояния от места взрыва атомной бомбы.
На близких расстояниях от места взрыва фронт (передняя граница) ударной волны является одновременно и поверхностью светящейся области, испускающей в окружающее пространство мощное световое излучение. Раскаленные газы (продукты взрыва), находящиеся в центральной части светящейся области, являются источником, интенсивного гамма-излучения, испускаемого в процессе распада радиоактивных продуктов деления.
Примерно через две сотые доли секунды после взрыва атомной бомбы (рис. 17,6) фронт ударной волны удаляется от центра взрыва на расстояние до 100 м. Приблизительно за это же время нейтроны достигают поверхности земли. В результате захвата нейтронов ядрами атомов некоторых химических элементов, находящихся в составе грунта, образуются гамма- и бета-радиоактивные изотопы. Вследствие этого возникает наведенная радиация, являющаяся одной из причин радиоактивного заражения местности при атомном взрыве.
По мере удаления ударной волны от центра взрыва температура воздуха на ее фронте уменьшается, и свечение воздуха прекращается. После
84
прекращения свечения воздуха на фронте ударной волны источником светового излучения становится поверхность раскаленных газов. Радиус светящейся области, состоящей из раскаленных газов, быстро увеличивается и спустя примерно 0,3 секунды после взрыва достигает величины порядка 100 м, а через 1 секунду— 150 м. При дальнейшем, сравнительно медленном, увеличении размеров светящейся области температура ее поверхности падает и мощность светового излучения уменьшается. Увеличиваясь в размерах, светящаяся область одновременно поднимается вверх, поскольку вещества в ней находятся в парообразном состоянии и легче воздуха. Действие светового излучения прекращается примерно через 2—3 секунды после взрыва.
На рис. 17, в и г показаны последовательные положения светящейся области и фронта ударной волны спустя примерно 0,3 и 1 секунду после взрыва. Интенсивность гамма-излучения в это время начинает резко падать вследствие уменьшения числа короткоживущих радиоактивных «осколков».
После прекращения интенсивного свечения сильно нагретые продукты взрыва поднимаются вверх с большой скоростью. Скорость подъема продуктов взрыва быстро возрастает, достигая максимальной величины, примерно равной 100 м/сек.
При подъеме продуктов взрыва образуется восходящий поток воздуха, который захватывает и увлекает с собой пыль, поднятую с поверхности земли действием ударной волны. Таким образом,
85
в районе эпицентра взрыва 1 возникает столб пыли, быстро поднимающийся вверх.
Спустя 10 секунд после начала атомного взрыва картина явлений, сопровождающих его, выглядит примерно так, как это показано на рис. 17, д. Продукты взрыва в это время продолжают оставаться источником радиоактивных излучений. Однако в связи с распадом короткоживущих радиоактивных «осколков», а также значительным увеличением расстояния между продуктами взрыва и поверхностью земли интенсивность гамма-излучения, воздействующего на наземные объекты, становится ничтожной. Практически можно считать, что действие гамма-излучения, распространяющегося из области, в которой сосредоточены продукты атомного взрыва, кончается на поверхности земли примерно через 10—15 секунд после атомного взрыва.
По мере подъема продукты взрыва охлаждаются и превращаются в клубящееся дымовое радиоактивное облако (рис. 17, е), постепенно увеличивающееся в своих размерах. При дальнейшем охлаждении продуктов взрыва на поверхности дымового облака происходит конденсация водяных паров, содержащихся в воздухе. Продукты конденсата вначале образуются в верхней части облака и в виде белой пелены быстро окутывают его (рис. 17, ж). В это время столб пыли, поднимающийся с земли, продолжает быстро расти, а дымовое облако приобретает характерную для атомного взрыва грибообразную форму.
1 Эпицентром взрыва называется точка на поверхности земли, расположенная под центром воздушного взрыва.
86
Примерно через 10—12 минут (рис. 17, з) грибообразное облако при взрыве бомбы среднего калибра поднимается на высоту 10—15 км. При этом размеры его в поперечнике увеличиваются до нескольких километров. Затем оно постепенно утрачивает свою характерную форму и, двигаясь в направлении ветра, рассеивается. Часть продуктов взрыва оседает на поверхности земли в районе взрыва и по пути движения радиоактивного облака, вызывая заражение местности радиоактивными веществами.
Внешне картина воздушного атомного взрыва выглядит следующим образом Вначале вся местность в районе взрыва озаряется светом ослепительно яркой вспышки, сияние от которой наблюдается на расстоянии многих десятков километров. Вслед за вспышкой в месте взрыва образуется яркий огненный шар, поднимающийся вверх (рис. 18, а). Через 2—3 секунды огненный шар, быстро увеличиваясь в размерах, остывает, свечение его становится менее сильным и наконец совсем прекращается; он превращается в клубящееся дымовое облако, постепенно приобретающее характерную грибообразную форму (рис. 18,6). Размеры облака атомного взрыва, а также скорость и высота его подъема тем больше, чем мощнее взрыв. Если воздушный взрыв произошел на большой высоте, то столб пыли может не соединиться с клубящимся облаком.
Атомный взрыв сопровождается резким звуком, напоминающим сильный раскат грома. Этот звук слышен на расстоянии нескольких десятков километров.
Картина воздушного взрыва водородной бомбы характеризуется теми же признаками, что и кар
87,
тина взрыва атомной бомбы. Однако вследствие значительно большей мощности водородных бомб все внешние явления, сопровождающие взрыв, выглядят еще грандиознее.
При наземном атомном взрыве светящаяся
Рис. 18. Внешний вид воздушного атомного взрыва:
а — светящаяся область в виде шара, наблюдаемая в течение нескольких секунд после взрыва (вид через сильный светофильтр); б — облако грибообразной формы, образующееся через несколько минут после взрыва
область приобретает форму полусферы (рис. 19, а). В зоне соприкасания светящейся области с поверхностью земли верхний слой грунта оплавляется, превращаясь при остывании в шлак. Интенсивность светового излучения при наземном взрыве меньше, чем при воздушном.
Некоторая часть радиоактивных продуктов, образующихся в результате деления ядер, при наземном взрыве смешивается с расплавленным
88
грунтом и оседает на поверхность земли, что обусловливает более сильное заражение местности в районе взрыва по сравнению с воздушным взрывом.
В месте наземного взрыва возможно образование неглубокой воронки.
Рис. 19. Внешний вид наземного атомного взрыва: а — светящаяся область в виде полусферы, наблюдаемая в течение нескольких секунд после взрыва (вид через сильный светофильтр); б—облако грибообразной формы, образующееся через несколько минут после взрыва
На рис. 19, б показан вид грибообразного облака, образующегося через несколько минут после наземного взрыва атомной бомбы.
При подземном атомном взрыве сильно нагретые и сжатые газообразные продукты взрыва создают огромное давление на грунт. Это приводит к образованию в грунте сильной ударной волны. Распространяясь по грунту, ударная
89
волна вызывает колебания в поверхностном слое земли, напоминающие по своему характеру землетрясение.
Ударная волна, распространяющаяся в воздухе, при подземном взрыве значительно слабее, чем при воздушном или наземном взрыве.
В месте взрыва образуется большая воронка. Выброшенный из воронки грунт перемешивается с радиоактивными продуктами взрыва. Вследствие этого в районе подземного взрыва радиоактивное заражение местности значительно увеличивается по сравнению с воздушным и наземным взрывами, а площадь заражения уменьшается.
Проникающая радиация и в особенности световое излучение при подземном взрыве значительно слабее, чем при воздушном или наземном взрывах.
При подводном атомном взрыве раскаленные продукты взрыва образуют в воде светящуюся область в виде газового пузыря. В месте взрыва на поверхности воды наблюдается ярко освещенное пятно. Тепловая энергия, излучаемая светящейся областью, расходуется в основном на нагревание воды в зоне взрыва.
В результате резкого расширения продуктов взрыва в воде образуется мощная ударная волна. Газовый пузырь, имея меньшую удельную плотность, чем вода, поднимается к поверхности воды. Однако скорость его подъема несравненно меньше скорости распространения ударной волны. Вследствие этого ударная волна достигает поверхности воды значительно раньше газового пузыря.
Достигнув поверхности воды, ударная волна частично отражается от нее в виде волны разре-90
женин, а также создает ударную волну в воздухе. Вследствие насыщенности воздуха парами воды над местом взрыва при прохождении ударной волны образуется плотное конденсационное облако, существующее примерно в течение одной секунды в виде полусферы с радиусом в несколько сот метров (рис. 20,а).
Газовый пузырь, поднимаясь к поверхности, вовлекает в движение большие массы воды. Вследствие этого в тот момент, когда газовый пузырь достигает поверхности воды, над местом взрыва начинает быстро подниматься полый цилиндрический столб воды (рис. 20, б) с толщиной стенок до 100 м. Высота столба воды достигает 2—3 км, а его диаметр — нескольких сотен метров.
Через полый столб воды газы (главным образом пары воды) прорываются вверх и охлаждаются, образуя над верхней частью столба грибовидное облако, состоящее из паров и брызг воды и содержащее радиоактивные продукты взрыва. Облако быстро увеличивается и покрывает значительный район, достигая нескольких километров в диаметре (рис. 20, в).
При разрушении столба воды у его основания образуется плотное кольцевое облако тумана (рис. 20, г). Это облако иногда называют базисной волной. Облако тумана быстро двигается во все стороны от места взрыва, одновременно поднимаясь кверху. По истечении нескольких минут оно принимает вид большого слоисто-кучевого облака, из которого начинает выпадать дождь. Дождь этот радиоактивен, так как в облаке содержится значительная часть радиоактивных продуктов взрыва. Большая часть продуктов деления остается в воде, обусловливая сильное за-
91
Рис. 20. Внешний вид подводного атомного взрыва:
а — конденсационное облако, образующееся над местом взрыва; б — начальная фаза образования столба воды; в — столб воды и образующееся над ним облако из паров и брызг воды перед началом разрушения; г — начало разрушения столба воды и образование у его основания облака тумана
г
93
ражение ее в районе взрыва радиоактивными веществами.
Одним из внешних проявлений подводного взрыва является также образование волн на поверхности воды. Высота, форма и число волн зависят от глубины, на которой произошел взрыв, а также от расстояния до места взрыва. С увеличением расстояния высота волн уменьшается, а интервалы между ними увеличиваются.
Рассматривая явления, происходящие при атомном взрыве, нетрудно заметить, что действие атомного оружия сопровождается образованием мощной ударной волны, испусканием интенсивного светового излучения, гамма-излучения, потока нейтронов, а также радиоактивным заражением местности. В связи с этим различают следующие поражающие факторы атомного взрыва: ударную волну, световое излучение, проникающую радиацию, состоящую из гамма-излучения и потока нейтронов, и радиоактивное заражение местности. Таким образом, в отличие от взрыва обычных взрывчатых веществ атомный взрыв характеризуется комбинированным поражающим действием.
Внутриядерная энергия, освобождающаяся при атомном взрыве, распределяется между его поражающими факторами примерно следующим образом. На долю ударной волны приходится около 50% всей энергии, на долю светового излучения — примерно 30% всей энергии, остальные 20% энергии атомного взрыва приходятся на долю проникающей радиации и радиоактивного заражения местности и атмосферы.
94
БОЕВЫЕ РАДИОАКТИВНЫЕ ВЕЩЕСТВА
Боевые радиоактивные вещества (БРВ) предназначаются для заражения воздуха, воды, местности и различных объектов с целью нанесения поражения личному составу и затруднения действий войск. Они представляют собой специально приготовленные смеси (в виде жидкости или порошков), содержащие в своем составе радиоактивные изотопы.
Ядра атомов радиоактивных изотопов вследствие их неустойчивости претерпевают самопроизвольные ядерные превращения, происходящие с постоянной, характерной для данного вещества скоростью. Самопроизвольные ядерные превращения сопровождаются освобождением внутриядерной энергии в виде радиоактивных излучений. Как известно, различают три вида излучений, которые могут испускаться при распаде радиоактивных веществ. Это альфа-лучи, представляющие собой поток положительно заряженных частиц — ядер атомов гелия; бета-лучи, представляющие собой поток отрицательно заряженных частиц — электронов ядерного происхождения и, наконец, гамма-лучи, являющиеся электромагнитными волнами высокой частоты.
Все виды радиоактивных излучений, взаимодействуя с атомами вещества, вызывают их ионизацию. Этим обусловливается их вредное биологическое действие на живые организмы.
В зависимости от состава боевых радиоактивных веществ в них могут преобладать те или другие виды радиоактивных излучений, которые в значительной мере предопределяют характер поражающего действия БРВ и способы защиты от них.
95
Альфа-лучи обладают наибольшей ионизирующей способностью. В связи с этим они должны были бы оказывать на живой организм вредное биологическое воздействие в значительно большей степени, чем бета-лучи или гамма-излучение. Однако вследствие весьма малой проникающей способности поражение альфа-лучами может быть нанесено личному составу, как правило, только при непосредственном контакте с альфа-активными веществами. Уже обычное летнее обмундирование полностью задерживает все альфа-частицы. В связи с этим наибольшее поражение альфа-активные вещества причиняют при попадании их на слизистые оболочки (глаз, носа, глотки) и в особенности внутрь организма, например, с пищей, при вдыхании зараженного воздуха, через раны и т. п.
Бета-лучи, обладающие несколько большей проникающей способностью по сравнению с альфа-лучами, могут оказывать вредное биологическое действие на человека, находящегося на зараженной местности, как при попадании бета-активных веществ внутрь организма, так и в результате внешнего облучения. При внешнем облучении большинство бета-частиц проникает в организм всего лишь на несколько миллиметров. Обычное летнее обмундирование ослабляет бета-излучение почти в 2 раза. Поэтому поражающий эффект бета-лучей при внешнем облучении сравнительно невелик.
Наиболее сильное поражение организму при внешнем облучении наносят гамма-лучи, обладающие значительно большей проникающей способностью по сравнению не только с альфа-лучами, но и с бета-лучами. Так, например, если лист писчей бумаги полностью задерживает все
96
альфа-частицы, то для ослабления интенсивности гамма-излучения только в 2 раза при средней энергии гамма-квантов 2,5 Мэв требуется толщина дерева 25 см, грунта — 14 см или бетона — 10 см. Таким образом, гамма-лучи, хотя и обладают наименьшей ионизирующей способностью, могут глубоко проникать внутрь организма и поражать ткани жизненно важных для человека органов.
Для изготовления боевых радиоактивных веществ целесообразно применять только те радиоактивные изотопы, которые имеют значительный период полураспада и обладают в то же время достаточно большой энергией излучения. Очевидно, что радиоактивные изотопы с малым периодом полураспада, порядка нескольких часов и тем более долей секунды, не пригодны для изготовления БРВ, так как к моменту их использования подавляющее количество таких изотопов уже успеет претерпеть распад и перестанет испускать радиоактивные излучения. С другой стороны, радиоактивные изотопы с периодом полураспада в несколько сотен лет также вряд ли могут быть использованы при изготовлении БРВ. Радиоактивный распад их происходит очень медленно и, следовательно, интенсивность выделения энергии излучения чрезвычайно мала. В связи с этим для создания эффективного заражения потребовалось бы огромное количество таких радиоактивных веществ.
Боевые радиоактивные вещества могут изготовляться из специально производимых для этой цели радиоактивных изотопов, а также из отходов атомной промышленности.
В ядерном реакторе образуется около 300 различных продуктов деления. Целый ряд из них
7 Зак. 401
97
(см. табл. 3) благодаря сравнительно большому периоду полураспада и достаточной энергии излучения может найти применение при изготовлении боевых радиоактивных веществ
Таблица 3
Периоды полураспада некоторых изотопов, образующихся в ядерном реакторе
Название изотопа
Период полураспада
Церий 144
Цирконий 95
Иттрий 91
Стронций 89
Рубидий 103
Ниобий 95
Церий 141
Празеодим 143
Барий 140
Неодим 147
Иод 131
Лантан 140
275 дней
65	„
57	„
53 дня
42	„
35 дней
28	„
40 часов
В ядерных реакторах обшей мощностью 3 млн. квт за 100 дней непрерывной работы образуется такое количество радиоактивных отходов, которых достаточно для заражения местности на плошади около 8000 кв. км с уровнем заражения только по гамма-излучению примерно 200 рентген в сутки1 2. Такое радиоактивное заражение будет препятствовать длительному пребыванию на местности и затруднит действия войск.
1 Данные заимствованы из книги <Атомная энергия». Издательство иностранной литературы, 1954 г.
2 Т а м ж е.
98
Одной из характерных особенностей БРВ является то, что они не имеют специфических внешних признаков (запах, цвет и т. п.), свойственных многим обычным отравляющим веществам. В связи с этим обнаружить их можно
-Головной бзравателс
. \Донный
I ^взрыватели
£ Otxumm разрыв З^ного заряда
\Радиоактивные вещества
'-^Разрывной заряд
^Корпус
'^авиабомб!»
Рис. 21. Принципиальные схемы боеприпасов, снаряженных радиоактивными веществами:
а — авиабомба; б — снаряд
лишь с помощью специальных, так называемых дозиметрических приборов.
Боевые радиоактивные вещества могут применяться в виде жидкостей, дымов и порошкообразных веществ. Не исключена возможность их применения в смеси с химическими боевыми отравляющими веществами.
Заражение местности радиоактивными веще
7*	99
ствами может производиться при помощи артиллерийских снарядов, мин, авиационных бомб, реактивных снарядов, ракет и других беспилотных средств, снаряженных БРВ, или же распылением их со специально оборудованных самолетов. Возможно также заражение местности дымопуском и созданием искусственного тумана.
На рис. 21 показаны принципиальные схемы снаряда и авиабомбы, снаряженных БРВ. Радиоактивные вещества размещены внутри боеприпасов и отделены от обычного взрывчатого вещества специальной перегородкой. При взрыве снаряда (авиабомбы) БРВ разбрасываются и заражают воздух и окружающую местность.
0
.- - = О О ~ " 	=—.
Глава 3
УДАРНАЯ ВОЛНА АТОМНОГО ВЗРЫВА
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА УДАРНОЙ ВОЛНЫ, ОБРАЗУЮЩЕЙСЯ ПРИ АТОМНОМ ВЗРЫВЕ
Ударная волна является основным поражающим фактором атомного взрыва. На ее образование расходуется около половины всей энергии, освобождающейся в процессе ядерных превращений. Обладая колоссальным запасом энергии, ударная волна атомного взрыва способна наносить поражение людям, а также вызывать разрушения сооружений, боевой техники и вооружения на значительных расстояниях от места взрыва.
Для осуществления эффективных мер зашиты от действия этого поражающего фактора необходимо знать свойства и основные закономерности распространения ударных волн в воздухе. Кратко рассмотрим физическую сущность процессов образования и распространения ударной волны при атомном взрыве.
В первый момент после атомного взрыва, как это отмечалось выше, продукты взрыва образуют ограниченную по своим размерам сферу, внутри которой вследствие быстрого, практически мгновенного выделения внутриядерной энергии тем-
101
пература и давление достигают громадных величин. На границе этой сферы и окружающего ее воздуха наблюдается резкий перепад температуры и давления. Наличие резкого и исключительно большого по своей величине перепада давления вызывает стремительное расширение продуктов взрыва и вытеснение окружающего воздуха из занимаемого им объема.
Скорость расширения продуктов взрыва во много раз превосходит скорость распространения звука в воздухе. При такой скорости расширения давление, передаваемое продуктами взрыва вытесняемому ими воздуху, не успевает перераспределиться в окружающем пространстве. В связи с этим перед расширяющимися продуктами взрыва образуется ударная волна, представляющая собой слой сжатого воздуха со скачком уплотнения з передней его части (рис. 22,а).
Передняя граница сжатого воздуха (ударный фронт), распространяясь со скоростью, превышающей скорость звука, стремительно удаляется в направлении от центра взрыва. На фронте ударной волны скачкообразно возрастают не только плотность и скорость воздуха, но также его температура и давление. За фронтом ударной волны, в том же направлении, движутся частицы сжатого воздуха. Толщина слоя сжатого воздуха все время возрастает за счет вовлечения в движение новых масс воздуха по мере увеличения радиуса фронта ударной волны.
Расширяясь, продукты взрыва передают свою энергию окружающему их слою сжатого воздуха. При этом скорость расширения и давление в них быстро уменьшаются. По мере уменьшения давления в продуктах взрыва падает давление и на фронте ударной волны. Однако падение этого 102
давления происходит медленнее, чем в продуктах взрыва. В связи с этим в тот момент, когда давление в продуктах взрыва становится равным атмосферному и область сжатого воздуха пере-
Рис. 22. Процесс образования ударной волны: а, б, в — последовательные этапы образования ударной волны
стает получать от них энергию, на фронте ударной волны давление составляет еще несколько десятков атмосфер. С этого момента ударная волна отрывается от продуктов взрыва и начинает самостоятельно распространяться в воздухе.
Продукты взрыва после отрыва ударной волны расширяются по инерции еще некоторое время и останавливаются (рис. 22,6). Расширившиеся до своего предельного объема продукты взрыва имеют внутри давление меньше атмосферного. В связи с этим, как только прекращается расширение, они начинают довольно быстро сжиматься под действием более высокого наружного давления. Двигаясь по направлению к центру взрыва, продукты взрыва вовлекают в это движение при
103
легающие слои воздуха. Вследствие этого в воздухе образуется и начинает распространяться вслед за ударной волной зона разрежения, давление в которой по своей абсолютной величине меньше атмосферного (рис. 22, в)
Характер изменения давления в ударной волне, распространяющейся в воздухе после отрыва от газообразных продуктов взрыва, показан на рис. 23. Перед фронтом (передней границей) ударной волны давление в воздухе равно атмосферному. На фронте ударной волны давление резко (скачком) увеличивается и достигает своей максимальной величины. За фронтом ударной волны следует зона сжатия, давление в которой постепенно уменьшается и, наконец, становится равным атмосферному давлению. Границу зоны сжатия, где давление равно атмосферному, условимся называть «хвостом» ударной волны. За «хвостом» ударной волны следует зона разрежения, давление в которой меньше атмосферного.
Ударная волна атомного взрыва имеет весьма большую протяженность в пространстве. Ее длина (расстояние от фронта до «хвоста») составляет величину порядка нескольких сотен метров, в то время как длина ударных волн, образующихся при взрыве обычных взрывчатых веществ, колеблется в пределах от нескольких метров до не-
1 В некоторых книгах под термином «ударная волна» подразумевают весь комплекс явлений — ударный фронт, зону сжатия и зону разрежения. Однако такое определение ударной волны в известной степени является условным, поскольку ударная волна по своей физической сущности представляет область сжатия с ударным фронтом, распространяющуюся в какой-либо среде (воздух, вода и т. п.) со сверхзвуковой скоростью,
104
скольких десятков метров (при взрыве наиболее крупных авиабомб). Зона разрежения имеет еще большую протяженность в пространстве, чем зона сжатия ударной волны.
Продолжительность действия давления ударной волны зависит от ее длины. С увеличением
шТГГТ
Длина ударной волны
Атмосферное давление
I Фронт ударной волны
Зона сжатия
Хвост ударной волны
Зона разрежения
~i о 1 и 11 II 11111 ГН|1 НИИ ||tew-яние
Длина зоны разрежения
Рис. 23. График изменения давления в ударной волне
длины ударной волны возрастает и время ее действия. Длительность действия ударной волны, образующейся при атомном взрыве, в зависимости от расстояния до места взрыва и величины тротилового эквивалента атомной бомбы колеблется от десятых долей секунды до нескольких секунд. Что касается длительности действия ударных волн, образующихся при взрыве фугасных снарядов и авиабомб, снаряженных обычными взрывчатыми веществами, то она не превосходит сотых долей секунды.
Фронт ударной волны распространяется с большой (сверхзвуковой) скоростью. С. приходом фронта ударной волны в какое-либо место пространства в нем происходит резкое увеличение не только давления, но также плотности и температуры воздуха. Частицы воздуха при этом приобретают скорость и начинают перемещаться в направлении от центра взрыва.
105
Скорость перемещения частиц воздуха в ударной волне всегда меньше скорости распространения ее фронта. Наибольшую скорость частицы воздуха имеют на фронте ударной волны. По мере прохождения зоны сжатия скорость перемещения частиц воздуха уменьшается и в момент прихода «хвоста» ударной волны становится равной нулю. При прохождении зоны разрежения частицы воздуха приобретают скорость обратного направления и начинают перемещаться в направлении к центру взрыва.
Движение частиц воздуха в ударной волне воспринимается, как сильное ветровое давление. Это давление носит название скоростного напора. В зоне разрежения действие скоростного напора значительно слабее и имеет обратное направление (рис. 24).
Основными величинами, характеризующими поражающее действие ударной волны, являются избыточное давление на ее фронте и время действия давления. Поскольку время действия давления, даже при взрыве атомных бомб с небольшим тротиловым эквивалентом, обычно настолько велико, что значительно превосходит время, необходимое для поражения людей или разрушения основных конструкций инженерных сооружений, то величиной, определяющей поражающее действие ударной волны атомного взрыва, является, как правило, избыточное давление на ее фронте. По величине избыточного давления на фронте ударной волны атомного взрыва можно судить о возможной степени поражения людей или о тех разрушениях, которые могут получить различные сооружения, боевая техника и вооружение. Действие разрежения (то есть давления меньше атмосферного) при
106
этом обычно не учитывается, так как отрицательное давление всегда значительно меньше избыточного давления на фронте ударной волны.
Весьма важными характеристиками ударной волны являются также скорость ее распростране-
Рис. 24. Схема, поясняющая характер действия скоростного напора при прохождении ударной волны
ния, плотность и скорость частиц воздуха на фронте волны. По скорости распространения ударной волны можно судить о тоги времени, которое потребуется для прохождения ударной волной расстояния от места взрыва до данной точки пространства. Плотность и скорость частиц воздуха на фронте ударной волны определяют величину скоростного напора. Указанные параметры ударной волны непосредственно связаны с величиной избыточного давления на ее фронте и
107
могут быть определены по следующим формулам:
Уф = 340]/ 1~4-0,83рф,	(3,1)
.	(3,2)
)/” 1 + 0,83рф
п ___ 1	брф	+	?	/о о\
Рф £- • - Т-у,	(8,3)
°	Рф + 7
где Уф—скорость	распространения (скорость
фронта) ударной волны в м/сек;
1/ф—скорость частиц воздуха на фронте ударной волны в м/сек;
РФ—плотность воздуха на фронте ударной кгсек2
волны в -------;
м4
Рф— избыточное давление на фронте ударной волны в кг/см2.
В табл. 4 приведены значения Уф, l/ф и рф, вычисленные по формулам (3,1), (3,2) и (3,3), в зависимости от величины избыточного давления на фронте ударной волны.
Таблица 4
Данные о величине значений Р'ф, L/ф и рф в зависимости от избыточного давления на фронте ударной волны
рф, Кг/СМ'2	100	50	10	1	0,1
Уф, м/сек	3 120	2 220	1 040	460	354
(Уф, м/сек кгсек2	2 560	1 800	770	174	23
’м4	0,71	0,67	0,49	0,20	0,134
108
Фронт ударной волны распространяется со скоростью большей, чем ее «хвост». Вследствие этого, по мере удаления от места взрыва, ударная волна растягивается, и время ее действия возрастает. Одновременно с длиной волны увеличивается (пропорционально квадрату расстояния) и площадь сферы, ограничивающей фронт ударной волны. При этом в связи с распределением энергии ударной волны во все возрастающей массе воздуха избыточное давление на ее фронте падает. Уменьшению избыточного давления на фронте волны до некоторой степени способствует также и то обстоятельство, что часть энергии ударной волны затрачивается на нагревание воздуха.
На близких расстояниях от места атомного взрыва избыточное давление на фронте ударной волны достигает нескольких тысяч атмосфер. С удалением от места взрыва в силу указанных причин оно падает и на дистанциях 15—16 км1 становится близким к нулю. С этого момента ударная волна переходит в звуковую и воспринимается как отдаленные раскаты грома.
На рис. 25 приведен график изменения избыточного давления на фронте ударной волны в зависимости от расстояния до центра взрыва атомной бомбы с тротиловым эквивалентом 20 000 т в безграничной воздушной среде. С помощью этого графика на основании закона подобия при взрывах можно определять величину избыточного давления на фронте ударной волны в зависимости от расстояния при взрыве атомных бомб с различными тротиловыми эквивалентами.
1 Для атомных бомб с тротиловым эквивалентом 20 000 т.
109
Расстояние от места взрыва в м
Рис. 25. Зависимость избыточного давления на фронте ударной волны от расстояния до центра взрыва атомной бомбы с тротиловым эквивалентом 20 000 т в безграничной воздушной среде
110
В соответствии с законом подобия при взрывах расстояния, на которых будет равное избыточное давление на фронте ударных волн, прямо пропорциональны корню кубическому из количества энергии, освобождающейся при взрывах:
S __
(3,4) *--
здесь и г2 — расстояния, на которых будет равное избыточное давление на фронте ударных волн;
£] и £2 — соответственно количество энергии, освобождающейся при взрыве атомных бомб.
Поскольку тротиловый эквивалент характеризует количество энергии, освобождающейся при атомном взрыве, то формулу (3,4) можно записать в следующем виде:
<ад
где Ci и С2 — тротиловые эквиваленты атомных бомб, при взрыве которых соответственно на расстояниях п и гг будет одинаковое избыточное давление на фронте ударных волн.
Поясним на примерах, как можно, пользуясь графиком, представленным на рис. 25, и формулой (3,5), определить избыточное давление на фронте ударной волны в зависимости от расстояния до центра взрыва атомной бомбы с известным тротиловым эквивалентом.
111
Пример 1. Определить избыточное давление на фронте ударной волны на расстоянии ri = 1000 м от места взрыва атомной бомбы с тротиловым эквивалентом Ci == 50 000 т.
Решение. Найдем расстояние гг, на котором при взрыве атомной бомбы с тротиловым эквивалентом Cz = 20 000 т будет такое же избыточное давление на фронте ударной волны, как и при взрыве атомной бомбы с тротиловым эквивалентом Ci = 50 000 т на расстоянии п = 1000 м. Для этого подставим в формулу (3,5) значения И = 1000 м, Ci = 50 000 т и С2 = 20 000 т
з ______
1000	. / 50 080
г2	|/ 20 000‘
Определяя из этого выражения величину гг, получим:
mnm3/20 000 -го г г«— 1000 1/ -----=735 м.
2	у 50 000
По графику, приведенному на рис. 25, определим величину избыточного давления на фронте ударной волны на расстоянии 735 м от места взрыва: p$ = 0,80 кг/см2.
Таким образом, при взрыве атомной бомбы с тротиловым эквивалентом 50 000 т в безграничной воздушной среде избыточное давление на фронте ударной волны на расстоянии 1000 м от места взрыва будет равно: рф = 0,80 кг/см2.
Пример 2. Определить расстояние, на котором при взрыве атомной бомбы с тротиловым эквивалентом Ct — 10 000 т избыточное давление на фронте ударной волны = 2 ,кг/см2.
Решение. ^По графику (рис. 25) находим, что для атомной бомбы с тротиловым эквивален-112
том Сг = 20 000 т избыточное давление на фронте ударной волны Рф — 2 кг/см2 имеет место на расстоянии Г2 = 480 м. Подставляя значения Г2 = 480 м, Ci = 10 000 т и С2 = 20 000 т в формулу (3,5), получим:
Г! 3 / 10 000 480 —|/ 20 000’
Из этого выражения определим величину и з _____________________
/10 000 ООА --------= 380 м.
20 000
Таким образом, при взрыве атомной бомбы е тротиловым эквивалентом 10 000 т в безграничной воздушной среде избыточное давление на фронте ударной волны Рф = 2 кг/см2 будет на расстоянии 380 м от центра взрыва.
Время прихода ударной волны в какую-либо точку пространства может быть определено при помощи формулы (3,1). Для этого расстояние от места взрыва атомной бомбы до заданной точки пространства нужно разбить на несколько участков. Затем для каждого участка по формуле (3,1) найти среднюю скорость распространения ударной волны. По средней скорости нетрудно определить время прохождения фронтом ударной волны отдельных участков. После этого путем суммирования полученных результатов находится время, за которое ударная волна проходит все расстояние от места взрыва.
Определение времени прихода ударной волны при помощи формулы (3,1) будет тем точнее, чем на большее количествр участков разбито 1 оасстоя-ншГот места взрыва до заданной точки пространства. Однако такой расчет связан с большим ко
8 Зак. 401	113
личеством вычислении, поскольку для каждого участка необходимо найти среднюю скорость распространения ударной волны, которая в свою очередь определяется в зависимости от избыточного давления на фронте волны. В связи с этим для практических расчетов, при отсутствии необходимости в точном определении времени прихода ударной волны, можно пользоваться следующей приближенной зависимостью Ч
6	___
v	(ЗД)
где — время прохождения ударной волной заданного расстояния от места взрыва атомной бомбы с тротиловым эквивалентом Си
т2 — время прохождения ударной волной такого же расстояния от места взрыва атомной бомбы с тротиловым эквивалентом Сг.
По формуле (3,6) нетрудно определить время, требующееся для прохождения ударной волной заданного расстояния от места взрыва атомной бомбы с тротиловым эквивалентом Ci при наличии соответствующих данных для атомной бомбы с тротилозым эквивалентом Сг. Такие данные для атомной бомбы с определенным тротиловым эквивалентом могут быть опытными или полученными на основании расчета при помощи формулы (3,1). На рис. 26 приведен график, позволяющий определять время прихода ударной
•И. А. Науменко, И. Г. Петровский. Ударная волна атомного взрыва. Военное Издательство Министерства обороны Союза ССР, Москва, 1956 г.
114
Расстояние от места взрыва (я)
Рис. 26. Зависимость времени прихода ударной волны от расстояния при взрыве атомной бомбы с тротиловым эквивалентом 20 000 т
волны на разные расстояния от места взрыва атомной бомбы с тротиловым эквивалентом 20 000 т. Применительно к этому графику формулу (3,6) удобно записать в следующем виде:
Т----Т20 ООО
0	____
р/~ 20 000
(3,7)
где т — время, требующееся для прохождения ударной волной заданного расстояния от места взрыва атомной бомбы с тротиловым эквивалентом С;
т20 ооо — время, требующееся для прохождения ударной волной такого же расстояния при взрыве атомной бомбы с тротиловым эквивалентом 20 000 т (опреде
8*
115
ляется по графику, приведенному на рис. 26);
С — тротиловый эквивалент атомной бомбы в т.
Как следует из графика, приведенного на рис. 26, ударная волна, образующаяся при взрыве атомной бомбы с тротиловым эквивалентом 20 000 т, первые 500 м дистанции проходит со средней скоростью 1000 м в секунду; следующие 500 м дистанции — со скоростью 500 м в секунду; затем скорость ударной волны постепенно уменьшается и все больше приближается к скорости звука в воздухе — 340 м в секунду
ОТРАЖЕНИЕ УДАРНОЙ ВОЛНЫ ОТ ПОВЕРХНОСТИ ЗЕМЛИ ПРИ ВОЗДУШНОМ АТОМНОМ ВЗРЫВЕ
При взрыве атомной бомбы в воздухе ударная волна, достигая поверхности земли, отражается от нее. Процессы отражения ударных волн весьма сложны. Наиболее простым случаем является отражение ударной волны от поверхности преграды, перпендикулярной к направлению распространения ударной волны (нормальный удар). Этот случай наблюдается при отражении ударной волны от поверхности земли в районе эпицентра взрыва.
В тот момент, когда падающая волна (так называют ударную волну, распространяющуюся от места взрыва) встречает поверхность земли, в районе эпицентра взрыва возникает давление отражения. Это давление, которое испытывает по-
1 Скорость звука в атмосфере на уровне моря при _ кг сек2
р0= 0,125----— и t = 15° С равна 340 м/сек.
116
верхность земли, образуется в результате сложения избыточного давления на фронте падающей
волны и давления скоростного напора, возникающего в результате мгновенной остановки движущихся частиц воздуха на фронте волны. Величина избыточного давления отражения при нормальном ударе может быть определена по фор-
муле
_ 8р2ф +14рф
Р°Т~ РФ + 7
(3,8)
гдерот—избыточное (сверх атмосферного) давление отражения в кг/см2;
Рф — избыточное давление на фронте падающей волны в кг/см2.
Анализируя выражение (3,8), можно заметить, что давление отражения в зависимости от избыточного давления на фронте падающей волны может превышать последнее от двух до восьми раз. Увеличение избыточного давления отражения примерно в 2 раза по сравнению с давлением на фронте падающей волны имеет место при отражении слабых ударных волн ( Рф 0,1 кг/см2). С увеличением избыточного давления на фронте падающей волны отношение быстро растет
РФ
и для весьма сильных ударных волн становится равным восьми.
При встрече падающей волны с поверхностью земли вначале останавливаются только те частицы воздуха, которые расположены на ее фронте. Затем, по мере приближения «хвоста» ударной волны, последовательно останавливаются частицы воздуха, находящиеся за ее фронтом. При торможении частиц воздуха давление, температура и плотность его повышаются.
117
Вследствие этого у поверхности земли образуется отраженная волна (в виде слоя более уплотненного воздуха), идущая в обратном направлении от преграды (рис. 27). На фронте этой волны резко (скачком) изменяются плот-
Рис. 27. Отражение падающей волны при нормальном ударе
ность, давление и температура воздуха, а также прекращается движение его частиц в направлении распространения падающей волны.
Фронт отраженной волны быстро удаляется от поверхности земли. Вначале скорость его движения определяется главным образом торможением частиц воздуха в падающей волне. Затем, в связи с наличием перепада давления, в движение во
118
влекается масса сжатого воздуха, частицы которого начинают перемещаться по направлению от преграды.
По мере приближения к поверхности земли «хвоста» падающей волны давление и скорость частиц воздуха в ней уменьшаются. Одновременно падает и давление отражения, действующее на поверхность земли. В тот момент, когда падающая волна прекращает воздействовать на преграду, отраженная волна отрывается от поверхности земли.
Нормальный удар, как отмечалось выше, имеет место при отражении падающей волны только в районе эпицентра взрыва. Во всех остальных точках, более или менее удаленных от эпицентра взрыва, происходит отражение падающей волны, распространяющейся под некоторым углом к поверхности земли (косой удар). Характер отражения падающей волны от поверхности земли при косом ударе зависит в основном от двух величин: угла, под которым фронт ударной волны встречается с поверхностью преграды, а также от избыточного давления на фронте волны.
При косом ударе (рис. 28) скорость частиц воздуха на фронте падающей волны ([/$) можно разложить на две составляющие: U ±—по нормали к поверхности преграды и U ц—параллельно поверхности преграды. Нормальная составляющая скорости (Uл) при встрече падающей волны с поверхностью земли вызывает дополнительное сжатие воздуха, и образование отраженной волны подобно тому, как это происходит при нормальном ударе. Горизонтальная составляющая обусловливает движение сжатого воздуха в отраженной волне вдоль поверхности
119
земли со скоростью U л. В связи с этим граница торможения вертикальной составляющей скорости Uх (на рис. 28 она показана пунктиром) сносится вправо, вслед за движением падающей волны, а угол наклона фронта отраженной волны
Рис. 28. Отражение падающей волны при косом ударе
возрастает до величины р. Отраженная волна, распространяясь по воздуху, предварительно нагретому падающей волной, имеет скорость большую, чем падающая волна (УОт^>^ф).
На близких расстояниях от эпицентра взрыва угол наклона падающей волны а весьма мал. При малых значениях угла а точка А, из которой исходят падающая и отраженная волны (см. рис. 28), перемещается вдоль поверхности земли с исключительно большой скоростью D =
sin а В то же время горизонтальная составляющая скорости частиц воздуха на фронте падающей волны U । = и$ sin а весьма незначительна. Вследствие этого при малых значениях угла а угол р
120
также сравнительно мал. При малых значениях угла Р горизонтальная составляющая скорости фронта отраженной волны V ц=Уот sin р сравнительно невелика. В связи с этим на близких расстояниях от эпицентра взрыва, несмотря на то, что УОТ^>УФ, горизонтальная составляющая скорости фронта отраженной волны (Ун) будет значительно меньше скорости перемещения точки А вдоль поверхности земли (О).
По мере удаления от эпицентра взрыва угол а все время возрастает, приближаясь на значительных расстояниях к своему предельному значению а = 90°. С увеличением угла а, как следует из приведенных соотношений, скорость перемещения точки А быстро уменьшается, в то время как горизонтальная составляющая скорости фронта отраженной волны (Ун) в связи с ростом угла £ все больше и больше увеличивается. При определенном угле а, зависящем от избыточного давления на фронте падающей волны, горизонтальная составляющая скорости фронта отраженной волны становится равной скорости перемещения точки А, а затем, при больших углах а, превосходит ее. С этого момента точка пересечения падающей и отраженной волн начинает удаляться от преграды, а у поверхности земли в результате сложения падающей и отраженной волн образуется головная ударная волна (рис. 29). Фронт этой волны перемещается вдоль поверхности земли, а тройная точка (место пересечения фронтов трех волн) все больше и больше удаляется от нее.
Отражение ударных волн, когда падающая и отраженная волны исходят из одной точки, перемещающейся по поверхности преграды, обычно называют двухударным, или регулярным, отра-
121
Рис. 29. Образование головной ударной волны
жением. В тех случаях, когда у поверхности преграды образуется головная ударная волна, отражение называют трехударным, или нерегулярным. На рис. 30 показаны границы отражений того и другого вида в зависимости от избыточного давления на фронте ударной волны рф и угла наклона ее фронта по отношению к преграде а. В зоне с двойной штриховкой возможно как двухударное, так и трехударное отражение.
Как видно из графика, приведенного на рис. 30, при воздушном атомном взрыве зона двухударного (регулярного) отражения распространяется от эпицентра взрыва на расстояние, равное примерно высоте взрыва. При малых избыточных давлениях на фронте падающей волны она может быть и на большем удалении от эпицентра взрыва. Однако эти случаи не представляют практического интереса в связи с малой поражающей способностью таких ударных волн. За пределами
122
зоны двухударного отражения находится зона трехударного (нерегулярного) отражения, в которой образуется и распространяется вдоль поверхности земли головная ударная волна >. Характер

Область трехударного отражения
Область двухударного отражения
/-
° Ю 20 30 40 50 60 70 80 90°
Рис. 30. График зависимости границ двухударного и трехударного отражений от ве. личины угла а и избыточного давления на фронте падающей волны
отражения падающей волны при воздушном атомном взрыве показан на рис. 31. На этом рисунке цифрами 1, 2, 3 и т. д. обозначены последовательные положения фронта падающей волны по мере удаления ее от места взрыва, цифрами 3', 4', 5' и т. д. — последовательные положения фронта отраженной волны и цифрами 4",
1 При воздушном атомном взрыве зону двухудариого (регулярного) отражения часто называют ближней зоной, а расположенную за ее пределами зоиу трехударного (нерегулярного) отражения — дальней зоной.
123
5", 6" и т. д. — последовательные положения фронта головной ударной волны.
Давление на поверхность земли в зоне двухударного отражения, а также избыточное давление на фронте головной ударной волны в зоне
Рис. 31. Характер отражения падающей волны на различных расстояниях от эпицентра воздушного взрыва:
Л 2, 3 и т. д. — последовательные положения фронта падающей волны; 3', 4', 5' и т. д. — последовательные положения фронта отраженной волны; 4", 5", 6я и т. д. — последовательные положения фронта головной ударной волны
трехударного отражения могут быть определены в зависимости от избыточного давления на фронте падающей волны при помощи коэффициента отражения. Коэффициентом отражения называется число, показывающее, во сколько раз увеличивается давление отражения по сравнению с избыточным давлением на фронте падающей волны. Иначе говоря, его величина определяется:
в зоне двухударного отражения
К =	(3,9)
рф ’
в зоне трехударного отражения
К =	(3,10)
рф
где К— коэффициент отражения;
Рот — давление отражения в зоне двухударного (регулярного) отражения;
124
рфт — избыточное давление на фронте головной ударной волны в зоне трехударного (нерегулярного) отражения;
Рф — избыточное давление на фронте падающей волны.
На рис. 32 приведены кривые зависимости величины коэффициента отражения К от избыточного давления на фронте падающей волны р$ и угла
Коэффициент отражения
Рис. 32. Зависимость коэффициента отражения К от угла падения а и избыточного давления на фронте падающей волны р$
125
падения а Нетрудно заметить, что все кривые, приведенные на этом рисунке, делятся на две части, существенно отличающиеся друг от друга по своему характеру. Левые части кривых относятся к зоне двухударного отражения, а правые — к зоне трехударного отражения.
Пользуясь приведенными на рис. 32 кривыми и выражением (3,9) или (3,10), нетрудно определить величину соответствующего давления отражения 1 2 Для этого предварительно необходимо найти величину избыточного давления на фронте падающей волны и угол падения ее а. Избыточное давление на фронте падающей волны можно определять при помощи графика, представленного на рис. 25, и формулы (3,5), считая, что до подхода ударной волны к какой-либо точке поверхности земли она распространяется, как в неограниченном пространстве. Угол падения а находится в зависимости от высоты взрыва и расстояния до его эпицентра путем простейших вычислений.
Поясним сказанное на примерах.
Пример 1. Атомная бомба с тротиловым эквивалентом Ci = 40 000 т взрывается на высоте Н = 800 м над поверхностью земли. Определить давление отражения на расстоянии R = 400 м от эпицентра взрыва.
1 Углом падения называется угол между направлением на центр взрыва и нормалью к поверхности земли. По величине угол падения равен углу наклона падающей волны. В связи с этим для них приняты одинаковые обозначения.
2 В эпицентре взрыва (при а = 0°) давление отражения может быть определено непосредственно по формуле (3,8).
126
Решение. В соответствии со схемой, приведенной в верхней правой части рис. 32, определим расстояние от места взрыва до заданной точки на поверхности земли:
г = У^Н2 + Л2 = К 8002 + 4002 = 894 м.
Подставляя в формулу (3,5) значения п = г = = 894 м, Ci = 40 000 т и С2 = 20 000 т, получим:
з _____
894	40 000
г2 ~~ |/ 20 000'
Из этого выражения определим расстояние г2, на котором при взрыве атомной бомбы с тротиловым эквивалентом С2 = 20 000 т будет иметь место такое же избыточное давление на фронте ударной волны, как и при взрыве атомной бомбы с тротиловым эквивалентом Ci = 40 000 т на расстоянии г = 894 м:
з _____
/20 000 --------= 710 м, 40 000
По графику, представленному на рис. 25, определим величину избыточного давления на фронте ударной волны на расстоянии 710 м от места взрыва: р$ — 0,85 кг/см2. Это давление ’равно избыточному давлению на фронте падающей волны на расстоянии R — 400 м от эпицентра воздушного взрыва атомной бомбы с тротиловым эквивалентом Ci — 40 000 т (при высоте взрыва Я ==800 м).
127
Из схемы, приведенной в верхней правой части рис. 32, видно, что sina=— . Подставляя в это выражение значения = 400 м и г == = 894 м, получим:
400 А Л Л О sin a = — = 0,448.
894
Найденному значению sin а соответствует угол падения а 27°.
После определения значений a = 27° и рф = = 0,85 кг/см2 по графику (рис. 32) находим величину коэффициента отражения, который будет равен: К = 2,5.
Поскольку коэффициент отражения найден по левой части кривой, то для определения давления отражения воспользуемся формулой (3,9). Подставляя в эту формулу значения К — 2,5 и Рф = 0,85 кг/см2, получим:
Из этого выражения легко определяется искомая величина давления отражения:
рот = 2,5 • 0,85 = 2,12 кг/см2.
Пример 2. Атомная бомба с тротиловым эквивалентом 61 = 60 000 т взрывается на высоте Н = 500 м над поверхностью земли. Определить давление отражения на расстоянии R = 1300 м от эпицентра взрыва.
Решение. Определим расстояние от места взрыва до заданной точки на поверхности земли: r=y~H2 + R2 = Y 5002 + 1300Т= 1390 м.
128
Подставляя в формулу (3,5) значения и = г — = 1390 м, G = 60 000 т и Сг — 20 000 т, получим:	3
1390 __ , /~60 ООО r2 ~ V 20 000’ Откуда
,опп, /20 000 „„„ Г2 = 13901/ ------= 960 м
у 60 000
По графику, представленному на рис. делим избыточное давление на фронте волны на расстоянии 960 м от места рф — 0,5 кг/см2. Это давление по своей равно избыточному давлению на фронте падающей волны.
Подставляя в выражение sm а — — значения R = 1300 м и г — 1390 м, получим:
.	1300 __ л ППП
Sin а =-----= 0,936.
1390
Этой величине sin а соответствует угол падения а 70°.
Для найденных значений а — 70° и Рф = — 0,5 кг/см2 по графику, представленному на рис. 32, определяем,величину коэффициента отражения: К = 1,8.
Поскольку коэффициент отражения найден по правой части кривой, то для определения давления отражения воспользуемся формулой (3,10). Подставляя в эту формулу значения К. = 1,8 и Рф = 0,5 кг/см2, получим:
18 = —^>^>г ’	0,5 ’
25, опре-ударной взрыва: величине
9 Зак. 401
129
Из этого выражения легко определяется искомая величина избыточного давления на фронте головной ударной волны, образующейся в зоне трехударного отражения:
/?Ф.г=1,8 • 0,5 = 0,9 кг/см2.
РАСПРОСТРАНЕНИЕ УДАРНОЙ ВОЛНЫ ПРИ НАЗЕМНОМ АТОМНОМ ВЗРЫВЕ
Размеры зоны двухударного отражения с уменьшением высоты взрыва атомной бомбы сокращаются. При наземном взрыве, когда центр взрыва совпадает со своим эпицентром, площадь зоны двухударного отражения становится равной
Рис. 33. Характер распространения ударной волны при наземном взрыве:
I, 2, 3 и т. д. — последовательные положения фронта ударной волны
нулю. В связи с этим наземный взрыв атомной бомбы можно рассматривать, как частный случай воздушного взрыва, когда зона регулярного отражения отсутствует. Характер распространения ударной волны (последовательные положения ее фронта) при наземном взрыве показан на рис. 33.
Для определения избыточного давления на фронте ударной волны при наземном взрыве можно пользоваться графиком, приведенным на
130
рис. 25. Однако при этом необходимо учитывать различные условия при взрыве атомной бомбы в неограниченном пространстве и на поверхности земли. При наземном взрыве в результате слияния падающей и отраженной от поверхности земли волн плотность энергии на фронте ударной волны удваивается по сравнению со взрывом в неограниченном пространстве. В связи с этим закон подобия в рассматриваемом случае принимает выражение
з _______
ri __ -I /~ 2(и г2 V С2
(З.Н)
где Ct —тротиловый эквивалент атомной бомбы при наземном взрыве;
С2 — тротиловый эквивалент атомной бомбы при взрыве в неограниченном пространстве (применительно к графику, представленному на рис. 25, Сз = 20 000т); Г1 и г2 — расстояния, на которых будет одинаковое избыточное давление на фронте ударных волн соответственно при взрывах атомных бомб с тротиловым эквивалентом Ci и Сг.
Поясним на примерах, как можно, пользуясь графиком, приведенным на рис. 25, и формулой (3,11), определять избыточное давление на фронте ударной волны при наземном взрыве в зависимости от расстояния.
Пример 1. Определить избыточное давление на фронте ударной волны на расстоянии 800 м от центра наземного взрыва атомной бомбы с тротиловым эквивалентом 15 000 т.
9*	131
Решение. Подставляя в формулу (3,11) значения и = 800 м, Ci = 15 000 т и С2 — = 20 000 т, получим:
з ____________
800 ___ • Г2  15 000
г2 ~ |/	20 000 ’
Из этого выражения определим величину г2.
з
г.2 — 800 1/	= 700 м,
|/ 2 • 15 000
По графику (см. рис. 25) находим величину избыточного давления на фронте ударной волны на расстоянии 700 м от места взрыва: Рф — 0,87 кг/см2.
Таким образом, при наземном взрыве атомной бомбы с тротиловым эквивалентом 15 000 т избыточное давление на фронте ударной волны на расстоянии 800 м от места взрыва будет равно: Рф = 0,87 кг/см2.
Пример 2. Определить расстояние, на котором при наземном взрыве атомной бомбы с тротиловым эквивалентом 25.000 т избыточное давление на фронте ударной волны будет равно Рф = 2 кг/см2.
Решение. По графику (см. рис. 25) находим, что для атомной бомбы с тротиловым эквивалентом 20 000 т при взрыве ее в неограниченном пространстве избыточное давление на фронте ударной волны Рф = 2 кг/см2 имеет место на расстоянии г — 480 м. Подставляя в формулу 132
(3,11) значения Ci = 25 000 т, С2 = 20 000 т и г2 = г = 480 м, получим:
з ________
А. — 1 /~2 ' 25 000
480 — |/	20 ООО '
Из этого выражения определим величину п.
3	_______
лол 1 Г2 • 25 000
г1 = 480 1/ —„ •  = 650 м.
J	20 000
Таким образом, при наземном взрыве атомной бомбы с тротиловым эквивалентом 25 000 т избыточное давление на фронте ударной волны Рф = = 2 кг/см2 будет на расстоянии 650 м от места взрыва.
ДЕЙСТВИЕ УДАРНОЙ ВОЛНЫ НА СООРУЖЕНИЯ
Характер разрушения сооружений, подвергшихся воздействию ударной волны, прежде всего зависит от прочности и устойчивости их конструкций. Чем прочнее конструкция сооружения, тем лучше оно сопротивляется действию ударной волны, и, наоборот, сооружения, обладающие слабой конструкцией, могут разрушаться при сравнительно небольших избыточных давлениях, создаваемых ударной волной на значительных расстояниях от места взрыва атомной бомбы.
Большинство оборонительных, а также специальных сооружений, возводимых с учетом возможности воздействия на них ударной волны, обладают весьма высокой прочностью и устойчивостью. Они могут воспринимать достаточно большие избыточные давления, возникающие при действии ударной волны, не получая при этом каких-либо серьезных повреждений.
133
Иная картина наблюдается при действии ударной волны на здания и сооружения, расположенные в населенных пунктах. Здания и другие городские сооружения, как правило, строились без учета возможности воздействия на них ударной волны. В связи с этим они слабо сопротивляются действию вертикальных и особенно горизонтальных избыточных давлений, создаваемых ударной волной, и могут разрушиться на значительных расстояниях от места атомного взрыва. Эти расстояния, естественно, в значительной мере будут зависеть от типа сооружений и материала, из которого они построены.
Наименее прочными и весьма неустойчивыми при воздействии ударной волны являются деревянные постройки, особенно каркасного типа. При взрывах атомных бомб в Японии разрушение каркасных деревянных домов наблюдалось: в городе Хиросима — на расстоянии до 2500— 3000 м, а в городе Нагасаки — на расстоянии до 3500—4000 м от эпицентра взрыва. Относительно большей прочностью обладают кирпичные, особенно малоэтажные, здания. Радиусы разрушения кирпичных зданий в зависимости от их этажности уменьшаются в среднем в 1,5—2 раза по сравнению с радиусами разрушения каркасных деревянных домов
Наиболее прочны и устойчивы к действию ударной волны атомного взрыва железобетонные здания, а также сооружения с прочными металлическими каркасами. Отдельные железобетонные здания способны сохраняться при воздуш-
1 «Проблемы использования атомной энергии». Сборник статей. Военное Издательство Министерства обороны Союза ССР, 1956 г.
134
ном атомном взрыве в непосредственной близости от его эпицентра. Так, например, в городе Хиросима железобетонное здание, имеющее антисейсмическую конструкцию (рис. 34), не получило
Рис. 34. Железобетонное здание антисейсмической конструкции в городе Хиросима после атомного взрыва (расстояние от эпицентра 270 м)
серьезных повреждений на расстоянии 270 м от эпицентра взрыва.
Действие ударной волны на сооружения, расположенные на различных расстояниях от эпицентра воздушного взрыва, носит различный характер. Это обстоятельство также необходимо учитывать наряду с прочностью конструкций при
135
оценке разрушений, вызываемых ударной волной атомного взрыва.
В зоне двухударного отражения сооружения, возвышающиеся над поверхностью земли, подвергаются воздействию падающей, а затем отражен
а
Рис. 35. Действие падающей и отраженной волн на сооружение, возвышающееся над поверхностью земли и находящееся в зоне двухударного отражения:
а — действие падающей волны иа сооружение в момент встречи ее с покрытием; б — действие отраженной волны на сооружение
ной ударных волн. В первый момент при встрече фронта падающей волны с покрытием сооружения (рис. 35, а) последнее испытывает резкий удар вследствие внезапного возникновения вертикальной нагрузки, равной по величине давлению отражения. Затем после отражения падающей волны от поверхности земли (рис. 35, б) сооружение погружается в область уплотненного воздуха и испытывает всестороннее сжатие. Сила сжатия по своей величине практически равна
136
давлению, возникающему при отражении падающей волны от поверхности земли.
Характер разрушения сооружений, возвышающихся над поверхностью земли, в зоне двухударного отражения будет зависеть в основном от прочности их конструкции. Влияние же таких факторов, как размеры отдельных сооружений, их взаимное расположение, в этой зоне весьма незначительно.
Совершенно иная картина наблюдается при воздействии ударной волны на сооружения, возвышающиеся над поверхностью земли и находя-
Рис. 36. Действие ударной волны на сооружение, возвышающееся над поверхностью земли и находящееся в зоне трехударного отражения:
а, б, в — последовательные этапы действия ударной волны на сооружение
щиеся в зоне трехударного отражения воздуш-кого взрыва. В равной мере это относится и к наземному взрыву. В зоне трехударного отражения воздушного взрыва и при наземном взрыве ударная волна распространяется вдоль поверхности земли. Сооружения, попадающие в сферу ее действия, помимо всестороннего сжатия, испытывают сильное сдвигающее усилие. Это объясняется тем, что ударная волна не одновременно и не с одинаковой силой воздействует на различные элементы сооружения (рис. 36). В первую очередь и наиболее сильному
137
Воздействию ее подвергается стена сооружения, обращенная к эпицентру воздушного или центру наземного взрыва (рис. 36,а), которая воспринимает не только избыточное давление, существующее в ударной волне, но и действие скоростного напора. Затем, по мере распространения ударной волны, избыточное давление в волне последовательно передается боковым стенам и покрытию сооружения (рис. 36, б) и, наконец, стене, обращенной в сторону, противоположную эпицентру (центру) взрыва (рис. 36, в).
При встрече ударной волны с сооружением у его стены, обращенной к эпицентру (центру) взрыва, в результате торможения частиц воздуха образуется слой сильно уплотненного воздуха. Возникающее при этом давление равно давлению отражения, определяемому по формуле (3,8). По своей величине оно значительно превосходит давление в проходящей ударной волне. Наличие перепада давлений вызывает перемещение частиц воздуха, находящихся в слое уплотнения, к краям преграды и далее за ее пределы. Начинается так называемый процесс обтекания преграды ударной волной (рис. 37).
Вначале при обтекании перемещаются только частицы воздуха, находящиеся у краев преграды. Затем этот процесс последовательно распространяется к центру преграды. Тот момент времени, когда все частицы воздуха, подходящие к преграде, начинают перемещаться к ее краям, называют временем установления режима обтекания преграды ударной волной.
Перемещение частиц воздуха при обтекании сопровождается уменьшением его плотности и давления. Иначе говоря, при обтекании возникает
138
волна разрежения, которая, распространяясь от краев преграды к ее центру, вызывает уменьшение давления, действующего на стену сооружения, обращенную к эпицентру (центру) взрыва.
Рис. 37. Процесс обтекания преграды ударной волной
На рис. 38 изображен график изменения избыточного давления, действующего на стену сооружения, обращенную к эпицентру (центру) взрыва, при обтекании ее ударной волной. На этом же рисунке пунктирной линией показан характер изменения во времени давления отражения, действующего на преграду при отсутствии обтекания. Как видно из приведенного графика, скорость падения давления, действующего на преграду, зависит от времени to5, в течение которого устанавливается режим обтекания ее ударной волной.
Чем меньше размеры преграды, тем быстрее устанавливается процесс обтекания и, следова
139
тельно, тем слабее то сдвигающее усиление, которое испытывает сооружение при действии на него ударной волны. Существенную роль играет также форма сооружения, которая создает более
—
к—----в
Рис. 38. График изменения избыточного давления, действующего на стену сооружения, обращенную к эпицентру взрыва, при обтекании ее ударной волной
или менее благоприятные условия для обтекания его ударной волной. Таким образом, сооружения, имеющие сравнительно небольшие размеры и удобообтекаемую форму, могут сохраняться на значительно меньших расстояниях от эпицентра (центра) взрыва по сравнению с сооружениями, обладающими той же или даже большей прочностью конструкций, но значительными размерами. Этим, в частности, объясняется тот факт, что отдельно стоящие заводские трубы, имеющие сравнительно небольшие размеры в плане (рис. 39), сохраняются на довольно близких расстояниях от эпицентра взрыва, в то время как окружающие их здания разрушаются.
140
Позади сооружений, подвергающихся воздействию распространяющейся вдоль поверхности земли ударной волны, образуются зоны, в которых отсутствует действие скоростного напора. На
Рис. ЗО. Промышленные сооружения после атомного взрыва (на расстоянии 800 м от эпицентра каркасное здание разрушено, а отдельно стоящие трубы не повреждены)
рис. 36, в зона, в которой отсутствует действие скоростного напора, показана косой штриховкой. Сооружения, полностью или частично попадающие в такие зоны, испытывают ослабленное действие ударной волны. В связи с этим радиусы разрушения сооружений, имеющих слабую конструкцию, но прикрытых более прочными сооружениями, могут существенно сокращаться. В этом отношении показателен случай, имевший место в городе Нагасаки: дома, расположенные за заводскими корпусами на расстоянии 1800—2100 м от эпицентра взрыва, подверглись меньшему разрушению по сравнению с открыто расположен-
141
ними зданиями, более удаленными от места взрыва.
Сооружения, заглубленные в землю даже на небольшую глубину, при воздействии ударной
Рис. 40. Полузаглубленное убежище в городе Хиросима после атомного взрыва (расстояние от эпицентра 270 м)
волны находятся в значительно лучших условиях, чем сооружения, возвышающиеся над поверхностью земли. Этим, в частности, объясняется то обстоятельство, что заглубленные в грунт простейшие укрытия, построенные населением городов Хиросима и Нагасаки для защиты от обычных авиационных бомб, оказались сравнительно устойчивыми под действием ударной волны при атомных взрывах. Так, например, на расстоянии 275 м от эпицентра взрыва пострадало только 5О°/о довольно легких убежищ полузаглубленного типа с дерево-земляным покрытием (рис. 40), а на расстоянии более 800 м не зарегистрировано ни одного случая разрушения таких убежищ.
142
В особо благоприятных условиях находятся заглубленные сооружения в зоне трехударного отражения воздушного взрыва и при наземном взрыве. В этих случаях на покрытие сооружения (рис. 41) действует только избыточное давление
Рис. 41. Характер воздействия ударной волны, распространяющейся вдоль поверхности земли, на сооружение, заглубленное в грунт
в проходящей волне, давление скоростного напора отсутствует. Давление на стены сооружения передается через грунт. Вследствие этого его величина уменьшается примерно в 2—3 раза по сравнению с давлением на покрытие сооружения. По мере заглубления сооружения давление, действующее на него, постепенно все больше и больше ослабляется. Это объясняется тем, что грунт под действием ударной волны обжимается и уменьшает передаваемое им давление.
В табл. 5 приведены данные о характере разрушения некоторых сооружений в зависимости от максимального избыточного давления ударной волны. Эти данные получены в результате анализа и обработки материалов, собранных при изучении последствий атомной бомбардировки японских городов Хиросима и Нагасаки.
143
Таблица 5
Данные о характере разрушения некоторых сооружений в зависимости от максимального избыточного давления
	ударной волны
Максимальное избыточное давление ударной волны, кг/см2	Характер разрушения сооружений
0,1	Частичное разрушение оконных рам; частичное повреждение штукатурки; полное разрушение
0,12	стекол. Разрушение крыш и стен каркасных деревян-
0,17 0,2	ных построек. Сильное повреждение штукатурки. Сильное повреждение домов, оконных рам
0,3	и дверей. Повреждение конструкций многоэтажных кир-* личных домов.
0,4	Повреждение конструкций зданий со стальным
0,45	каркасом. Разрушение электрических сетей и городского
0,48 0,6 0,7	транспорта. Полное разрушение многоэтажных зданий. Разрушение зданий со стальным каркасом. Разрушение железобетонных труб с толщиной стенок 20 см.
1,4	Практически полное разрушение всех зданий, кроме железобетонных построек антисейсми-
1.7	ческой конструкции. Серьезные повреждения железобетонных соору-
2,5	жений антисейсмической конструкции. Сдвиг балочных мостов со стальными прогонами.
Данные, приведенные в табл. 5, могут быть использованы для приближенных расчетов, связанных с определением радиусов разрушения при взрыве атомных бомб с различными тротиловыми 144
эквивалентами. Однако при этом следует иметь в виду, что эти данные в целом ряде случаев можно считать лишь весьма ориентировочными, так как они получены применительно к конструкциям сооружений, возводимых в Японии.
ДЕЙСТВИЕ УДАРНОЙ ВОЛНЫ НА ЛЮДЕЙ
Ударная волна атомного взрыва, воздействуя на незащищенных людей, способна нанести им различные травмы в основном такого же характера, как и при взрыве снарядов и авиабомб, снаряженных обычными взрывчатыми веществами (например, тротилом). Однако расстояния, на которых люди могут получить поражение в результате воздействия на них ударной волны, при атомном взрыве значительно увеличиваются.
Характер поражения людей ударной волной зависит в основном от величины избыточного давления на ее фронте. Наряду с этим существенное значение имеют также и такие факторы, как сила воздействия скоростного напора, характер рельефа, наличие местных предметов и т. п.
Установлено, что при избыточном давлении на фронте ударной волны 0,2—0,3 кг/см2 человек не утрачивает боеспособности. В худшем случае он может получить лишь легкую контузию. Однако если человек стоит на открытой местности, то в результате воздействия скоростного напора при указанном давлении на фронте ударной волны он может быть брошен с большой скоростью и получить ранения при ударе о землю или какие-либо другие окружающие предметы. Таким образом, избыточное давление 0,2—0,3 кг/см2 можно считать безопасным для человека только в тех случаях, когда он не подвергается действию скоростного напора (например, находится в окопе или
10 Зак. 401	145
траншее). Действие скоростного напора будет значительно ослаблено, если человек к моменту прихода ударной волны успеет укрыться за какой-либо прочный предмет или даже просто лечь на землю.
Ударная волна может наносить поражения незащищенным людям не только в результате непосредственного воздействия на них, но и косвенным путем (обломками разрушенных ударной волной сооружений, летящими кусками грунта, осколками стекол и другими предметами). Косвенное воздействие ударной волны особенно опасно в населенных пунктах. Ранение людей обломками разрушаемых зданий возможно на- значительных расстояниях от места атомного взрыва. Эти расстояния намного превышают радиусы поражения людей при непосредственном воздействии на них ударной волны. Например, тяжелые ранения жителей японских городов обломками зданий наблюдались на расстоянии до 2000 м от эпицентра атомного взрыва, в то время как случаи гибели людей в результате непосредственного воздействия ударной волны были на расстоянии до 750 м. Максимальные расстояния от эпицентра взрыва, на которых наблюдались ранения населения обломками зданий, достигали в городе Хиросима 3200 м, а в городе Нагасаки 3700 м.
В заключение следует отметить, что для атомных бомб в зависимости от величины тротилового эквивалента существует определенная оптимальная высота взрыва, при которой площади поражения людей, а также разрушения большинства сооружений (особенно городских зданий), боевой техники и вооружения будут наибольшими. Это объясняется тем, что давление, которое испытывают люди или сооружения в результате воздей-146
ствия на них ударной волны, по мере удаления от эпицентра взрыва уменьшается тем быстрее, чем меньше высота взрыва. Вследствие этого с уменьшением высоты взрыва, несмотря на то, что давление в его эпицентре возрастает, площади поражения людей, а также разрушения большинства сооружений уменьшаются. В то же время степень разрушения сооружений, расположенных в районе эпицентра взрыва, увеличивается. В связи с этим наземный атомный взрыв может вызывать разрушения весьма прочных сооружений, которые легко выдерживают действие ударной волны, образующейся при воздушном взрыве. Однако общая площадь поражения людей, а также разрушения большинства сооружений, боевой техники и вооружения при этом будет меньше, чем при воздушном атомном взрыве.
0 --
10*
Глава 4
СВЕТОВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ АТОМНОГО ВЗРЫВА
АТОМНЫЙ ВЗРЫВ КАК ИСТОЧНИК СВЕТОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
При атомном взрыве примерно ЗО°/о энергии, освобождающейся в процессе цепной ядерной реакции, выделяется в форме светового излучения. Внешне это излучение проявляется в виде ослепительно яркого свечения. Световое излучение является одним из поражающих факторов атомного взрыва. Оно можег вызывать ожоги у людей и животных, а также являться причиной возникновения пожаров.
Кратко рассмотрим причины возникновения светового излучения при атомном взрыве и особенности распространения его в атмосфере.
Как известно, вся энергия атомного взрыва в период развития цепной ядерной реакции выделяется в виде кинетической энергии «осколков» и нейтронов, а также энергии радиоактивных излучений. На долю кинетической энергии «осколков» и нейтронов приходится до 83°/о всей энергии атомного взрыва. Остальная энергия испускается в виде радиоактивных излучений.
148
Большие скорости «осколков» и нейтронов и значительная плотность продуктов взрыва вызывают многочисленные взаимные столкновения частиц, что обусловливает развитие высокой температуры при атомном взрыве. Как показывают расчеты и опытные данные, максимальная температура в зоне ядерной реакции, развиваемая при взрыве атомной бомбы с тротиловым эквивалентом 20 000 т, достигает нескольких десятков миллионов градусов.
Под действием высокой температуры и радиоактивного излучения происходит интенсивное возбуждение атомов, входящих в состав продуктов взрыва. При переходе атома из возбужденного в невозбужденное состояние совершается перемещение электронов на внутренние орбиты. В результате этого перехода атом испускает электромагнитное излучение (см. рис. 3, а). Это первая причина появления светового излучения при атомном взрыве.
Продукты атомного взрыва содержат большое количество высокоионизированных атомов веществ, входивших в состав атомной бомбы, и свободных электронов. Эти атомы интенсивно захватывают на свои орбиты свободные электроны, то есть происходит процесс рекомбинации ионов, который сопровождается испусканием электромагнитного излучения. Соединение ионов разных знаков является второй причиной появления светового излучения при атомном взрыве.
Возбуждение атомов и рекомбинация ионов создают условия для испускания квантов электромагнитного излучения различных длин волн — от мягкого рентгеновского (длина волны Ю-6 см) до инфракрасного излучения (длина волны 10~2 см). В этих пределах длин волн (рис. 42) также рас-
.1.49
полагаются ультрафиолетовое и видимое световое излучение. В окружающем пространстве наблюдаются только ультрафиолетовое, видимое и инфракрасное излучения. Эти виды излучений
Радиоприемники, телевизоры, радиолокаторы
Специальные экраны | Радиометрическая аппаратура
излечение Термометры^3 калориметр* ры, термо-Рл, пары к
Фотографические пластинки
Рис. 42. Шкала электромагнитных излучений
принято называть световым излучением атомного взрыва.
Взрыв обычных авиабомб с тротиловым зарядом также сопровождается испусканием светового излучения. Однако его интенсивность ничтожно мала, так как плотности выделяемой энергии в этом случае в десятки тысяч раз, а температура— в 100—200 раз меньше, чем при атомном взрыве.
В первый момент атомного взрыва световое излучение проявляется в виде яркой ослепительной вспышки, заметной на удалении нескольких сот километров от места взрыва. В последующем испускание света происходит с поверхности светящейся области. .
150
При воздушном взрыве атомной бомбы светящаяся область имеет вид огненного шара (см. рис. 18, а), размеры которого быстро увеличиваются. Светящаяся область в первый момент наземного взрыва имеет вид огненной полусферы (см. рис. 19, а), которая, поднимаясь над поверхностью земли, превращается в шар. В последующем развитие светящейся области при наземном взрыве полностью повторяет картину воздушного взрыва.
Светящаяся область, или огненный шар, представляет собой газообразные раскаленные продукты взрыва и прилегающие к ним слои сильно нагретого воздуха. Плотность газов в огненном шаре по мере увеличения его размеров быстро уменьшается и становится ниже плотности окружающего воздуха. Поэтому огненный шар с большой скоростью (до 100 м/сек) поднимается вверх.
Радиус светящейся области, а также скорость подъема ее над поверхностью земли зависят от калибра атомной бомбы.
Рассмотрим изменение температуры и размеров светящейся области применительно к воздушному взрыву атомной бомбы с тротиловым эквивалентом 20 000 т.
Как уже указывалось выше, в зоне развития цепной ядерной реакции температура достигает нескольких десятков миллионов градусов. При подобной температуре непрореагировавшая часть атомного заряда, а также оболочка и другие части атомной бомбы быстро превращаются в пар, нагретый до высокой температуры.
Под действием высокой температуры, а также «осколков» тяжелых ядер происходит возбуждение и ионизация парообразных остатков бомбы.
151
В результате этих процессов, как указывалось выше, начинается интенсивное испускание электромагнитного излучения, включающего и мягкие рентгеновские лучи.
Большая часть энергии рентгеновских лучей и частично других видов излучения расходуется на возбуждение атомов в прилегающих слоях воздуха. Рентгеновские лучи полностью поглощаются прилегающими слоями воздуха, который начинает светиться.
Этим объясняется появление яркой ослепительной вспышки света при атомном взрыве. Источник света в этот момент действия светового излучения не имеет еше строгой геометрической формы и напоминает в какой-то мере начальную вспышку вольтовой дуги.
Одновременно с первоначальной вспышкой происходит быстрое последовательное прогревание прилегающих слоев воздуха, атомы которого, возбуждаясь, вызывают его свечение. Этот процесс прогрева воздуха идет так быстро, что через миллионные доли секунды после окончания ядерной реакции в месте взрыва образуется светящаяся область в виде огненного шара. Радиус шара спустя 0,0001 секунды достигает примерно 15 м, а температура его 300 000’ К *. В дальнейшем размеры огненного шара увеличиваются, а температура его, как видно из рис. 43, уменьшается с некоторыми колебаниями.
В первый момент после образования огненного шара температура и давление во всех его точках одинаковы, поскольку излучение может легко распространяться внутри сферы. Эту сферу с оди-
1 Температура по абсолютной шкале Кельвина. Она равняется температуре в градусах Цельсия плюс 273°.
152
наковой температурой во всех точках иногда называют изотермической или гомотермической сферой.
У поверхности изотермической области давление резко отличается от давления окружающего
--------Излучение фронта ударной волны ‘------- Излучение центральной светя-
щейся области
Рис. 43. Изменение температуры на поверхности светящейся области (для атомной бомбы с тротиловым эквивалентом 20 000 т)
воздуха. Наличие исключительно большого перепада давления приводит к стремительному расширению огненного шара, последовательному сжатию прилегающего воздуха и образованию ударной волны.
В начальный момент фронт ударной волны совпадает с поверхностью изотермической сферы. После снижения температуры поверхности огнен
153
ного шара ниже 300 000° К (точка А на кривой) скорость фронта ударной волны перерастает скорость лучистого прогревания воздуха и фронт ударной волны начинает уходить от поверхности изотермического шара. При этом температура сжатого воздуха непрерывно повышается, и, когда на фронте ударной волны она будет более 2000°К, воздух в ударной волне начинает светиться. С этого момента воздух в ударной волне становится непрозрачным для светового излучения, испускаемого изотермическим шаром. Источником светового излучения будет поверхность сжатого воздуха, то есть фронт ударной волны. Изотермический шар в это время не виден, так как он закрыт светящимся фронтом ударной волны.
При последующем распространении ударной волны давление и температура в сжатом воздухе быстро падают и примерно через 0,01 сек. температура воздуха в ударной волне становится меньше 2000°К- С этого времени, соответствующего на графике точке Б, свечение фронта ударной волны прекращается. Поскольку воздух в ударной волне не излучает световой энергии и, следовательно, не поглощает, а только пропускает световое излучение от изотермического шара, излучающей поверхностью вновь становится изотермическая сфера. Таким образом, изотермическая сфера становится вновь видимой. Радиус огненного шара в это время достигает 100 м.
Время с начала атомного взрыва до момента, когда прекращается свечение фронта ударной волны, часто называют первым периодом развития огненного шара.
По мере окончания свечения фронта ударной волны начинается вторая стадия развития огнен
154
ного шара. В этот период температура поверхности светящейся области вновь начинает повышаться, пока не сравняется с температурой изотермического шара. Через 0,2—0,3 сек. температура поверхности светящейся области достигает максимального значения 7000—6000°К. После этого температура светящейся области вновь начинает уменьшаться как за счет потери энергии на излучение, так и за счет расширения огненного шара, сопровождающегося охлаждением раскаленных газов. Вследствие этого примерно через 1 сек. после взрыва температура светящейся поверхности падает до 5000°К, а радиус ее достигает 150 м.
По мере охлаждения огненного шара интенсивность свечения уменьшается, и спустя 2—3 сек. после взрыва, когда температура его поверхности станет ниже 2000°К, свечение прекращается.
Окраска светящейся области непрерывно изменяется от белой до бело-голубой, затем при дальнейшем охлаждении последовательно переходит в белую, светло-желтую, оранжевую и вишневокрасную.
Огненный шар с увеличением размеров и понижением температуры, деформируясь, перерастает в грибовидное дымовое облако.
На различных этапах развития светящейся области изменяется доля испускаемой световой энергии, а также спектральный состав излучения.
В первый период развития огненного шара (до точки Б на графике рис. 43), несмотря на значительную температуру светящейся поверхности, доля испускаемого светового излучения не превышает 1%. Это объясняется весьма незначительной длительностью развития огненного шара в Первой фазе (0,01 сек.).
155
Во второй период развития огненного шара (продолжающийся примерно с 0,01 сек. до 3 сек.) выделяется около 99°/о энергии светового излучения. Испускание энергии светового излучения в течение этого времени происходит также неравномерно. До 80—85% световой энергии испускается за первую секунду после атомного взрыва и остальная часть ее (около 20—15%) излучается в период от 1 до 3 сек. после взрыва. Приведенные данные свидетельствуют о том, что световое излучение может наносить поражение за сравнительно короткий промежуток времени.
Изменение температуры светящейся поверхности сопровождается непрерывным изменением спектрального состава светового излучения. Чем больше температура источника светового излучения, тем больше смешается максимум плотности энергии излучения в сторону коротких волн (закон смещения Вина). Следовательно, при высоких температурах должно преобладать коротковолновое (ультрафиолетовое) излучение и с понижением температуры излучающей поверхности должна увеличиваться доля длинноволнового (инфракрасного) излучения.
В качестве примера в табл. 6 приведено распределение энергии светового излучения при различных температурах огненного шара.
Из приведенной таблицы и графика, показывающего изменение температуры огненного шара (см. рис. 43), можно сделать следующие выводы.
На первой стадии развития огненного шара в спектре светового излучения атомного взрыва будет преобладать коротковолновое ультрафиолетовое излучение (длина волны меньше 0,186 микрона), которое в значительной мере по-
156
Таблица 6
Распределение энергии по спектру в зависимости от температуры светящейся поверхности
Температура светящейся поверхности, °К	Доля излучения, %		
	ультрафиолетовое	видимое	инфракрасное
2 000	Нет	2	08
4 000	2	28	70
6 000	13	45	42
8 000	32	43	25
10 000	50	40	10
глотается воздухом. На последующих стадиях основным будет инфракрасное и в значительной мере видимое излучение.
ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СВЕТОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
Световое излучение атомного взрыва продолжается в среднем 2—3 сек. Но несмотря на кратковременность его действия, оно может вызвать ожоги открытых участков тела человека или воспламенение горючих материалов. Воздействие светового излучения тем сильнее, чем крупнее калибр атомной бомбы, чем меньше расстояние от центра взрыва и чем больше время испускания излучения.
Энергия светового излучения непосредственно связана с величиной тротилового эквивалента атомной бомбы. Она оценивается величиной светового импульса или интенсивностью излучения.
Под световым импульсом понимают количество световой энергии, падающей на единицу поверх-
157
ности, перпендикулярной к направлению распространения излучения, за все время действия излучения. Световой импульс измеряется в малых или больших калориях на 1 см2.
Интенсивностью светового излучения называют количество световой энергии, приходящейся на 1 см2 поверхности за единицу времени. Единицей измерения интенсивности светового излучения является кал/см2 • сек.
Величина светового импульса зависит от тротилового эквивалента атомной бомбы, расстояния до центра взрыва и от прозрачности атмосферы. Его значение приближенно можно определить на основании следующих соображений. Как указывалось выше, на образование светового излучения при атомном взрыве расходуется около 30% энергии взрыва. Если учесть, что взрыв 1 кг тротила сопровождается выделением тепловой энергии в количестве 1 000 000 кал (106 кал), а тротиловый эквивалент атомной бомбы равен С кг, то полная энергия атомного взрыва, выраженная в калориях, составит С  106 кал. Исходя из этого, величина светового импульса на расстоянии г от центра взрыва с учетом ослабления световой энергии атмосферой примерно будет равна 1
ГТ 30 С „ (г~ 'св \	.
-т-г е-'Ч-кйгЛ (4,1
4кг2
где С— полный тротиловый эквивалент атомной бомбы, кг;
1 М. П. Архипов. Световое излучение атомного взрыва. Военное Издательство Министерства обороны Союза ССР, Москва, 1956 г.
158
г — расстояние от центра атомного взрыва, м;
е к юоо )— множитель, учитывающий ослабление светового излучения атмосферой (величина безразмерная);
гов — радиус светящейся области, м.
Ослабление светового излучения в атмосфере непосредственно связано с рассеянием и поглощением света.
Рассеяние света происходит как на отдельных молекулах газа (молекулярное рассеяние), так и на мелких частицах, взвешенных в воздухе. Однако молекулярное рассеяние весьма незначительно. Его значения в среднем не превышают величин порядка 10“6—10~7 от всей энергии проходящего излучения. Рассеяние света особенно велико при наличии в воздухе пыли, дыма, тумана и т. п. Оно достигает наибольшего значения в тех случаях, когда размеры взвешенных в воздухе частиц приближаются к размерам длины волны света. Так как в воздухе преобладают частицы с размерами, приближающимися к длине волны ультрафиолетовых лучей, то эти лучи будут рассеиваться больше, чем инфракрасные и видимые.
Световое излучение поглощается атомами и молекулами, входящими как в состав воздуха, так и паров воды. Особенно сильно поглощается ультрафиолетовое излучение озоном, а инфракрасное — парами воды.
Таким образом, при атомном взрыве в основном преобладает инфракрасная и видимая часть светового излучения, так как ультрафиолетовые лучи в значительной части будут поглощены пылью, туманом и озоном, который образуется при действии радиоактивных излучений на кисло
159
род воздуха. Эти обстоятельства следует иметь в виду при защите личного состава от действия светового излучения, так как в первый момент его действия преобладают ультрафиолетовые лучи, которые в значительной мере поглощаются воздухом и не причиняют сильного поражения.
Основную роль в поражении играет инфракрасное и видимое излучение. Испускание этих лучей при взрыве атомной бомбы происходит в период от 0,3 до 3 сек. Поэтому человек, оказавшийся при атомном взрыве, может иметь некоторое время, чтобы занять ближайшее укрытие.
Точный учет явлений рассеяния и поглощения света представляет значительные трудности. Поэтому ослабление светового излучения атмосферой в настоящее время учитывается приближенно с помощью коэффициента ослабления светового излучения К, величина которого определяется в зависимости от дальности видимости Д. Под дальностью видимости Д понимают расстояние, на котором видны в дневное время большие темные предметы, расположенные на горизонте.
Значения коэффициента ослабления Д’ в зависимости от дальности видимости Д в километрах могут быть определены по графику (рис. 44) или по формуле
К *	(4,2)
Размер светящейся области можно определить исходя из того, что радиус огненного шара пропорционален корню кубическому из тротилового эквивалента.
Радиус огненного шара гса для атомной бомбы с тротиловым эквивалентом 20 000 т равен 150 м.
160
Рис. 44. Зависимости коэффициента ослабления светового излучения К от дальности видимости Д,
Таким образом, для любой другой бомбы с тротиловым эквивалентом С радиус светящейся области может быть найден из соотношения:
з _____
'•»=,5°/ <4'3>
где С — величина тротилового эквивалента в т.
11 Зак, 401	161
В качестве примера определим световой импульс, возникающий при воздушном взрыве атомной бомбы с тротиловым эквивалентом С = = 40 000 т на расстоянии 400 м от эпицентра взрыва. Высота взрыва бомбы над поверхностью земли 300 м, а дальность видимости 20 км.
Расстояние от центра взрыва атомной бомбы до заданной точки будет равно:
г = V 4002 + 3002 = 500 м.
Коэффициент ослабления светового излучения атмосферой при дальности видимости Д — 20 км найдем по формуле (4,2):
Значение этого коэффициента К можно также найти по графику рис. 44.
Радиус огненного шара найдем по формуле
(4,3)
3	______
ГОВ== 150	= 150 /Т = 189	190 м.
Подставляя найденные значения г = 500 м, К = 0,2 км и г св — 190 м в формулу (4,1), получим:
30-40 000-103 -о,2(———
---------- е \ юоо
4-3,14-5002	'
= 358 кал/см2.
162
Для атомных бомб с различными тротиловыми эквивалентами при равных прочих условиях величина светового импульса может быть определена из соотношения:
=	’	(4,4)
1/1	Е1ИЗП
где Дщал и f2Han — энергия светового излучения при взрыве атомных бомб с тротиловыми эквивалентами, соответственно равными Cl и Cs;
гг и г2 — средние радиусы огненных шаров соответственно для атомных бомб с тротиловыми эквивалентами Сг и Сг.
При одинаковых метеорологических условиях для атомных бомб с малоразличающимися радиусами огненных шаров выражение (4,4) может быть записано следующим образом:
(4,5)
Так, если известно, что световой импульс для атомной бомбы с тротиловым эквивалентом Ci = 40 000 т на расстоянии 500 м от центра взрыва равен иг =358 кал/см2, то можно найти t/г на том же расстоянии для атомной бомбы с тротиловым эквивалентом С2 = 20 000 т; используя формулу (4,5), будем иметь:
,, Г, С’	ОСО 20 000	, 7П /2
Us= U1—- = 358 п = 179 кал/см2.
2	1 С1	40 000
Величина световых импульсов на различных расстояниях от эпицентра взрыва атомной бомбы с тротиловым эквивалентом 20 000 т при высоте
11*
163
взрыва 600 м приведена на рис. 45. На этом рисунке приведены кривые, соответствующие дальности видимости 2 км — плотный туман (кривая К = 2) и 20 км — исключительно чистый воздух (кривая К. = 0,2).
Рис. 45. Значение световых импульсов в зависимости от расстояния г и различных значений коэффициента К (для атомной бомбы с тротиловым эквивалентом 20 000 т)
По-видимому, при наземном взрыве атомной бомбы значения световых импульсов будут несколько иными. Особенности развития наземного атомного взрыва (испускание энергии с полусферы, влияние пыли и дыма, образующегося при взрыве и т. п.), вероятно, приведут к уменьшению световых импульсов в сравнении с воздушным взрывом. При подземном и подводном взрывах действие светового излучения будет про
164
являться еще слабее, чем при наземном взрыве, и практически его можно в этом случае не учи-, тывать.
Если лучи будут падать на поверхность предмета под углом <р, то энергия будет распределяться по большей площади. Наклонная поверхность тела будет нагреваться меньше, чем поверхность, обращенная прямо к взрыву.
Интенсивность светового излучения атомного взрыва значительно превосходит интенсивность света, приходящего к нам от солнца в ясный солнечный день. Так, например, при воздушном взрыве атомной бомбы с тротиловым эквивалентом 20 000 т на расстоянии 1500 м от центра взрыва и дальности видимости 4 км (К = 0,1 км-1) средняя интенсивность светового излучения составит около 60 кал/см2 сек . Интенсивность солнечного света в летний день примерно равна 0,01—0,02 кал/см2 сек.
ПОРАЖАЮЩЕЕ ДЕЙСТВИЕ СВЕТОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
Световое излучение может вызывать ожоги и ослепление людей и животных. При действии его на горючие материалы может произойти их возгорание, металлы могут оплавляться, а грунт, кирпич — оплавляться или трескаться.
В большинстве случаев поражение определяется повышением температуры освещаемой поверхности. Степень нагрева поверхности зависит от величины светового импульса, поглощаемого по? верхностью данного предмета. Этот импульс принято называть тепловым импульсом.
Величина теплового импульса тесно связана с поглощением светового излучения данным телом.
16$
Белые предметы и предметы с хорошо отполированными поверхностями очень мало поглощают световую энергию. Наоборот, предметы с темными и шероховатыми поверхностями поглощают световую энергию значительно сильнее. Так, например, сажа поглощает около 85% падающего на нее излучения, а полированное серебро всего лишь около 1%. Снежный покров поглощает всего 15—20% световой энергии, а 80—85% ее отражает. Обнаженная почва или травянистая и древесная растительность отражает лишь 15—25°/о светового излучения; остальная часть энергии поглощается и идет на нагревание.
Тепловое действие проявляется тем сильнее, чем медленнее полученное тепло передается нижележащим слоям материала. В связи с этим быстрое повышение температуры будет происходить у тел с малой теплопроводностью. Так, например, поверхность дерева, бетона и т. п. нагревается значительно сильнее, чем поверхность брони, алюминия и других материалов, обладающих большей теплопроводностью при всех прочих равных условиях.
Существенную роль в повышении температуры освещаемых поверхностей играет влажность предмета. На испарение влаги затрачивается некоторая доля энергии светового излучения. Поэтому температура влажного тела будет всегда ниже, чем сухого.
Прозрачные тела нагреваются по всей их глубине. Более того, возможно воздействие светового излучения на предметы, расположенные за прозрачными преградами. Глубина нагревания непрозрачных предметов в сильной степени зависит от свойств материала и длительности действия светового излучения.
166
Поражающее действие светового излучения на различные объекты обусловливается в основном инфракрасным и видимым излучением.
Ожоги, причиняемые людям световым излучением, могут быть трех степеней. Ожоги первой степени характеризуются покраснением кожи, второй степени — образованием водянистых пузырей, третьей степени —обугливанием и омертвением кожи.
При взрыве атомных бомб в Хиросима и Нагасаки ожоги второй и третьей степени имели место на удалении 1—2 км от эпицентра взрыва, а ожоги второй и первой степени в радиусе 2—4 км. На расстоянии 8 км от эпицентра ожогов не наблюдалось, но испытывалось явное ощущение тепла в момент взрыва '.
Ожогам чаще всего подвергаются лицо, шея и руки, то есть открытые части тела. Поскольку световое излучение распространяется прямолинейно, то ожоги наблюдаются только на тех частях тела, которые обращены в сторону взрыва, при этом глубина прогрева кожных покровов измеряется долями миллиметра. В связи с этим поражению световым излучением подвергаются лишь поверхностные слои кожи. В этом состоят характерные особенности ожогов при атомном взрыве.
Ослепление обычно наблюдается у людей, которые смотрят в сторону взрыва. Оно обусловливается истощением зрительного пурпура сетчатки под действием первоначальной яркой ослепительной вспышки. Ослепление носит, как правило,
1 А. В. Козлова, Е. И. Воробьев. Клиника и лечение повреждений, возникающих при взрыве атомной бомбы. Медгиз, 1956 г.
167
временный характер (от 1 мин. до 1 часа и более) и не вызывает никаких других последствий. Опасность поражения глаз несколько уменьшается за счет естественного рефлекса — закрывания глаз при сильной световой вспышке.
Световое излучение может вызывать поражение .не только в результате непосредственного воздействия на людей, но и косвенным путем. В частности, человек может получить дополнительные ожоги при возгорании верхней одежды. В этом .случае наблюдается контактный ожог, причем поражению подвергаются в основном те участки, на которых одежда плотно прилегает к телу (плечи, локти, грудь и т. п.). Кроме того, существенную роль играет также цвет одежды. Как показывают данные, у пострадавших в Хиросима и Нагасаки контактными ожогами поражались в большей мере участки тела, прикрытые черными тканями. Под белыми тканями, хорошо отражающими свет, ожогов не было. Контактные ожоги обычно наблюдались на удалении до 1 км от эпицентра. Ожоги кожи, обугливание и возгорание различных материалов происходят при следующих средних значениях светового импульса (табл. 7) 1.
Данные этой таблицы позволяют приближенно определить, на каких расстояниях и какие предметы будут обугливаться или возгораться. Однако следует иметь в виду, что это лишь ориентировочные цифры. Условия обугливания и возгорания будут зависеть в значительной мере от состояния поверхности предмета. Шероховатость, трещины и углы на деревянных деталях, ворс, разрыв ни-
1 «The Effects of atomic weapons», New York, 1950, 168
Таблица 7
Действие светового импульса на различные материалы
Материал,	Результат действия	Значение светового импульса, кал/см2
Кожа	Умеренные ожоги	3
	Легкие ожоги	2
Белая бумага	Обугливается	8
	Обгорает	10
Черная бумага	Обгорает	3
Серая хлопчатобумажная	Опаляется	8
ткань	Обгорает	10
Белая хлопчатобумаж-	Опаляется	10
ная ткань	Обгорает	17
Грубошерстное сукно	Исчезает ворс	2
(темно-синее)	Сгорают отдельные	7
	волокна	
Камвольная шерсть	Сгорает ворс	4
(хаки)	Обгорает	15
Габардин зеленый	Обгорает	10
Синтетический каучук	Обгорает	8
Бакелит	Обугливается	75
тей и складки материалов могут явиться начальными очагами горения при меньших значениях световых импульсов.
Очаги пожаров от светового излучения могут возникнуть в момент вспышки атомного взрыва. В Хиросима и Нагасаки пожары возникали сразу же за вспышкой на расстоянии до 1300—1600 м. При этом отмечались очаги пожаров не только при освещении наружных поверхностей домов, но и внутри них при проникании света через окна. Возгорание белого сатина и белой хлопчатобумажной ткани, находящейся в комнате за побеленными оконными стеклами, возможно на рас
169
стоянии до 1 км Поэтому для предотвращения возникновения пожаров внутри домов можно устраивать жалюзи, козырьки, ставни из негорючих материалов.
Ударная волна, приходящая вслед за световым излучением, в большинстве случаев гасит пламя. Однако при разрушении ударной волной действующих газопроводов, электросетей и т. д. могут возникнуть дополнительные очаги пожаров. Этим, в частности, объясняются многочисленные пожары в Хиросима и Нагасаки.
Для защиты от светового излучения атомного взрыва целесообразно применять защитные обмазки, побелки и пропитку огнезащитными составами возгораемых материалов. Наряду с этим могут найти широкое применение непрозрачные экраны из невозгораемых материалов. Устройство экранов целесообразно сочетать с маскировочными мероприятиями. Следует иметь в виду, что любая преграда (стена, покрытие фортификационного сооружения, броня, густой лес, брезент и т. д.), которая защищает от прямого действия света, исключает ожоги.
0
1 Д. И. Лоусон. Атомная бомба и пожары. Издательство иностранной литературы, Москва, 1955 г.
Глава 5
ПРОНИКАЮЩАЯ РАДИАЦИЯ ПРИ АТОМНОМ ВЗРЫВЕ
АТОМНЫЙ ВЗРЫВ КАК ИСТОЧНИК ЯДЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
Атомный взрыв сопровождается мощным невидимым и неощутимым ядерным излучением. Появление этого излучения тесно связано с преобразованиями, которые происходят в самых глубинных недрах атома — в его ядре. Подобные преобразования происходят только при ядерных реакциях. При взрыве обычных зарядов ядерного излучения вообще не наблюдается.
Таким образом, ядерное излучение является одной из наиболее характерных особенностей атомного взрыва. На долю ядерного излучения приходится около 16—20% энергии атомного взрыва.
При делении ядер атомного взрывчатого вещества, например урана 235, происходит образование двух новых ядер радиоактивных атомов или «осколков». Одновременно выделяется некоторое количество ядерного излучения в виде двух — трех нейтронов и нескольких квантов гамма-излучения. Гамма-излучение и нейтроны, испускаемые непосредственно в момент цепной реакции
171
(миллионные доли секунды)', называются мгновенным ядерным излучением.
После окончания цепной ядерной реакции излучение продолжается в виде так называемого запаздывающего ядерного излучения, обусловленного распадом вновь образовавшихся радиоактивных атомов. Поскольку эти атомы содержат чаще всего от трех до шести избыточных нейтронов, то, превращаясь в стабильные ядра, они претерпевают соответствующее число бета-распадов. Бета-распад начинается уже в период действия мгновенного излучения и часто сопровождается испусканием гамма-излучения. Период полураспада ядер новых радиоактивных атомов колеблется в весьма широком диапазоне. Самые короткоживущие из них распадаются в течение долей секунды. Однако есть такие ядра, период полураспада которых составляет несколько лет (табл. 9). Вследствие этого действие запаздывающего ядерного излучения полностью закончится только через несколько лет после атомного взрыва.
Среди ядер вновь образовавшихся атомов имеется некоторое, хотя и незначительное, число таких, которые при распаде испускают нейтроны. Как правило, период полураспада подобных радиоактивных ядер не превышает полсекунды, и лишь малая доля их может иметь период полураспада, приближающийся к одной минуте. Однако практически можно считать, что испускание нейтронов закончится в течение долей секунды после атомного взрыва.
Другим источником запаздывающего ядерного излучения является распад непрореагировавших ядер атомного взрывчатого вещества. Как показывают опыты, при атомном взрыве далеко не
172
все ядра урана (плутония) подвергаются деле1-нию. Предполагается, что в первых атомных бомбах подвергалось делению всего лишь около 2% атомных ядер урана 98% ядер разбрасывалось в окружающее пространство, не претерпев деления. Распад непрореагировавших ядер сопровождается в основном испусканием альфа-частиц и гамма-лучей слабой интенсивности. Период полураспада ядер урана и плутония более 20 000 лет (табл. 10). Запаздывающее ядерное излучение может несколько усиливаться за счет взаимодействия нейтронов с атомами продуктов взрыва и прилегающими слоями воздуха. В результате этого явления образуются искусственные бета-гамма-активные элементы, распад которых обусловливает наведенную радиацию. Долю этого излучения сейчас оценить трудно, но, очевидно, в некоторых случаях она может иметь большое влияние, например при взрыве некоторых видов водородных бомб.
Таким образом, запаздывающее ядерное излучение состоит из гамма-лучей, бета- и альфа-частиц и незначительного числа нейтронов.
В тот момент, когда радиоактивные продукты атомного взрыва сосредоточены в объеме огненного шара, в окружающем пространстве - действуют только гамма-лучи и нейтроны, так как они имеют больЩую проникающую способность и мало ослабляются воздухом.
Альфа- и бета-частицы имеют, наоборот, малую длину пробега. Для первых средняя длина пробега в воздухе не превышает 2—3 см, а для вто
1 «Атомная энергия» (новые данные). Перевод с английского. Издательство иностранной литературы, Москва, 1954 г.
173
рых—10—20 м. Поэтому за пределами огненного шара ни альфа- ни бета-излучения не наблюдаются.
Таким образом, в первый момент атомного взрыва в окружающем пространстве наблюдаются лишь два вида ядерного излучения — гамма-излучение и нейтроны. Это ядерное излучение принято называть проникающей радиацией.
Время действия проникающей радиации при атомном взрыве определяется двумя факторами: во-первых, подъемом продуктов взрыва и, во-вторых, периодом полураспада короткоживущих радиоактивных «осколков».
Продукты взрыва поднимаются вверх со средней скоростью 50—100 м/сек. Через 10—15 сек. они поднимутся на такую высоту, что действие ядерного излучения на поверхности земли будет весьма незначительным, так как излучение почти полностью поглощается толщей воздуха. К этому времени также заканчивается радиоактивный распад короткоживущих «осколков».
В связи с этим принято считать, что действие проникающей радиации практически продолжается всего лишь 10—15 сек. Следует особо отметить, что действие нейтронов заканчивается в десятые доли секунды после атомного взрыва.
В состав проникающей радиации входят как мгновенное, так и некоторая часть запаздывающего гамма-излучения и нейтронов. Доля мгновенного гамма-излучения, испускаемого в момент деления тяжелых ядер, в значительной мере будет поглощена толстым корпусом атомной бомбы. Запаздывающее гамма-излучение испускается после испарения корпуса бомбы, в связи с этим ослабляется меньше. Поэтому на долю запазды
174
вающего гамма-излучения в окружающем пространстве приходится 99°/о, а на долю мгновенного — около 1°/о.
В связи с тем, что запаздывающих нейтронов испускается незначительное число, то для нейтронов наблюдается обратная картина: на долю мгновенных нейтронов приходится 99°/о, а на долю запаздывающих — 1°/о.
Образование ядерного излучения в водородных бомбах с корпусом из урана 238 будет, по-видимому, качественно напоминать испускание ядерного излучения при взрыве атомных бомб с зарядом из урана 235 или плутония. Интенсивность ядерного излучения в этом случае будет зависеть от количества ядер урана 238, подвергшихся делению, но во всех случаях едва ли она будет меньшей, чем при взрыве атомных бомб. Однако соотношение между мгновенным и запаздывающим ядерным излучением естественно будет другое, чем при взрыве атомных бомб с урановым или плутониевым зарядом.
Образование ядерного излучения при взрыве водородных бомб с зарядом из дейтерия и трития будет иметь ряд особенностей, которые вытекают из характера термоядерной реакции. При реакции синтеза дейтерия и трития основной составляющей ядерного излучения будут являться нейтроны. Количество нейтронов и их энергия, очевидно, зависят от мощности и характера взрыва, а также от конструкции водородной бомбы.
Число нейтронов при взрыве водородной бомбы с зарядом из дейтерия и трития будет особенно большим, так как они не затрачиваются на развитие реакции синтеза. Эти нейтроны будут расходоваться на образование искусственных радио
175
активных изотопов в продуктах взрыва, в окружающих слоях воздуха, а также в грунте.
Из всех атомов воздуха больше всего склонен к образованию наведенной радиации азот. Часть азота воздуха будет, по-видимому, превращаться в радиоактивный углерод, испускающий при распаде гамма-лучи значительной жесткости. Кроме того, необходимо учитывать, что в состав водородной бомбы входит в качестве запала обычная атомная бомба, взрыв которой в свою очередь является источником ядерного излучения.
характеристика и свойства гамма-излучения
. Гамма-лучи — это электромагнитное излучение, родственное по своим свойствам световому излучению и рентгеновским лучам. Однако1 длины волн этого излучения в 100—1000 раз меньше длин волн светового излучения (см. рис. 42).
Образование гамма-излучения тесно связано с процессами, происходящими в ядрах атомов. Испускание энергии гамма-излучения происходит порциями или квантами.
Кванты гамма-излучения, так же как и кванты света, не несут электрического заряда, поэтому они не отклоняются под действием электрического и магнитного полей. В воздухе это излучение распространяется, как и свет, прямолинейно со скоростью 300 000 км/сек.
Все гамма-излучение по энергии разделяется на жесткое и мягкое. Излучение считается жестким, если оно имеет энергию более 1 Мэв; мягкое излучение имеет энергию гамма-квантов меньше 1 Мэв. При атомном взрыве испускается как мягкое, так и жесткое гамма-излучение. Доля того и
176
другого при атомном взрыве к настоящему времени не определена, но возможное изменение энергии гамма-квантов, по данным иностранной печати, может составлять 0,7—4,5 Мэв.
По-видимому, средняя энергия гамма-излучения, входящего в состав проникающей радиации, составляет 2—2,5 Мэв.
Действие ядерного излучения на живые организмы тесно связано с его интенсивностью, то есть с количеством энергии, приносимой к ним за единицу времени. На практике для оценки поражающего действия гамма-излучения пользуются понятием — доза, измерение которой производится в рентгенах. При этом под рентгеном понимают такую дозу гамма-излучения, которая в 1 см3 сухого воздуха при нормальном атмосферном давлении и температуре 0° С образует 2,08 • 109 пар ионов, несущих одну электростатическую единицу количества электричества каждого знака. Это количество пар ионов определяется из расчета, что под действием 1 рентгена гамма-излучения образуются ионы, несущие суммарный электрический заряд одного знака, равный одной электростатической единице. Поскольку электрический заряд одного иона, или то же самое электрона, равен 4,8 • 10-10 электростатических единиц (CGSE), то количество пар ионов, которые порождаются дозой гамма-излучения в 1 рентген, составляет:
-----------= 2,08 • 109 пар ионов. 4,8 • 10-ю-1
Таким образом, излучение в 1 рентген порождает 2,08 миллиарда пар ионов в 1 см3 воздуха.
Ионизирующая способность излучения в других материалах прямо пропорциональна их плотности.
12 Зак. 401
177
Например, плотность тканей человеческого тела в 770 раз больше плотности воздуха. В связи с этим доза гамма-излучения в 1 рентген в 1 см3 человеческого тела образует
770 • 2,08 • 10!1= 1,6 • 1012 пар ионов.
Поскольку в 1 ом3 тканей тела содержится около 3,35• 1022 молекул, то при облучении дозой в 100 рентген будет ионизирована примерно одна миллиардная часть всех молекул, или 10~90/о от числа содержащихся в см3.
Доза гамма-излучения, испускаемая при атомном взрыве, зависит от тротилового эквивалента атомной бомбы и расстояния до центра взрыва.
На графике (рис. 46) приведены примерные дозы гамма-излучения для открытой местности в зависимости от расстояния до центра взрыва атомной бомбы с тротиловым эквивалентом 20 000 т.
Как видно из приводимого графика, доза гамма-излучения быстро уменьшается с увеличением расстояния. Так, например, на расстоянии 1300 м от центра взрыва она составляет 400 рентген, а на расстоянии 3000 м — всего лишь 2 рентгена.
По иностранным данным, дозу гамма-излучения при взрыве атомных бомб с другими тротиловыми эквивалентами на одних и тех же расстояниях ориентировочно можно принимать пропорциональной величине тротилового эквивалента С. Чем больше тротиловый эквивалент бомбы, тем больше доза, и наоборот. Эту зависимость можно представить как
О07 =£>оТ2оооа2-^.	(5,1)
178
Доза, гамма-лцчей. (рентгены)
Рис 46. Суммарная доза гамма-лучей на различных расстояниях от центра взрыва атомной бомбы с тротиловым эквивалентом 20 000 т
12*
В качестве примера определим дозу гамма-излучения для атомной бомбы с тротиловым эквивалентом С = 600 000 т на расстоянии 3 км от центра взрыва. По графику рис. 46 найдем дозу на расстоянии 3 км для атомной бомбы в 20 000 т. Она равна Do-^wwo— 2 рентгена. Тогда длянашего случая доза согласно выражению (5,1) составит:
600 000 _
20 000
60 рентген.
Рис. 47. Накопление дозы гамма-излучения в зависимости от времени
Накопление дозы гамма-излучения за время его действия происходит неравномерно, что объясняется характером испускания запаздывающего излучения. На графике (рис. 47) представлена последовательность нарастания полной дозы за все время действия гамма-излучения. Как указывается в иностранной печати, этот график характерен для атомной бомбы с тротиловым эквивалентом в 29 000 т на расстоянии 1400 м от центра взрыва. Для других случаев характер нако-180
пления дозы может быть другим. Однако важно то, что накопление полной дозы происходит постепенно. Последнее обстоятельство бесспорно будет играть важную роль при защите от гамма-излучения. Если человек займет укрытие в течение 1 сек. после взрыва, то он получит, как видно из графика рис. 47, не полную дозу гамма-излучения, а всего лишь около ее половины.
Гамма-излучение при прохождении через вещество ослабляется. Это ослабление происходит в результате взаимодействия излучения с атомами среды, которое проявляется в виде трех явлений; фотоэлектрический эффект, рассеяние и образование пары электрон — позитрон. Характер взаимодействия зависит от вида вещества и энергии гамма-квантов. Первые два явления (фотоэффект и рассеяние) характерны для гамма-квантов с энергией меньше 1,02 Мэв; образование пары происходит только при энергии квантов больше 1,02 Мэв.
Фотоэлектрическое поглощение возникает при воздействии гамма-лучей на электроны атома (рис.- 48, а). В этом случае гамма-квант отдает свою энергию электрону, вырываемому из атома. Вырванный из атома электрон часто называют электроном отдачи или вторичным электроном. Для того чтобы произошло явление фотоэлектрического поглощения, энергия гамма-кванта должна быть равна по крайней мере той работе, которую нужно совершить, чтобы вырвать электрон из атома (в среднем для атомов воздуха около 33 эв). Если энергия гамма-лучей больше, чем работа, необходимая для вырывания электрона из атома, то остаток ее расходуется на сообщение электрону некоторой скорости.
181
Рис. 48 Взаимодействие гамма-квантов с веществом: а — фотоэлектрический эффект; б — рассеяние гамма-квантов; в — образование пары электрон—позитрон.
Ослабление гамма-лучей за счет фотоэлектрического поглощения характеризуется линейным коэффициентом ослабления рфОТ. Значение этого коэффициента быстро уменьшается с увеличением энергии гамма-квантов (рис. 49).
Рис. 49. Линейный коэффициент ослабления гамма-лучей для свинца и алюминия
Фотоэлектрическое поглощение будет тем больше, чем больше плотность вещества. Величина Цфот пропорциональна порядковому номеру химического элемента или приближенно — плотности вещества, через которое проходит излучение.
Рассеяние1 (см. рис. 48, б) происходит при
1 В литературе также применяют термин «комптоновское рассеяние», по имени физика Комптона, открывшего это явление.
183
столкновении гамма-квантов с электронами атома. При этом гамма-квант вырывает из атома электрон и, передав ему часть своей энергии, изменяет направление своего движения. В этом случае гамма-квант не исчезает, а только движется по другому направлению, потеряв часть своей энергии. В результате этого явления число гамма-лучей в пучке не изменяется, но уменьшается их энергия. Следовательно, гамма-кванты за счет рассеяния переходят из жестких в мягкие.
Ослабление гамма-квантов за счет рассеяния характеризуется линейным коэффициентом рассеяния Црас. Его значение возрастает с ростом плотности вещества и уменьшается с увеличением энергии гамма-квантов (см. рис. 49).
Образование пар электрон — позитрон (см. рис. 48, в) характеризуется таким взаимодействием гамма-лучей с веществом, когда гамма-квант, попав в зону действия ядерных сил, исчезает, а вместо него образуются две частицы— одна из них электрон, другая — позитрон. Образование пары электрон — позитрон из гамма-кванта является подтверждением закона взаимосвязи масс и энергии.
Для образования пары электрон — позитрон расходуется энергия гамма-кванта в 1,02 Мэв (по закону Эйнштейна Е = тс2). Остаток же энергии идет на сообщение кинетической энергии электрону и позитрону.
Ослабление гамма-излучения за счет образования пары характеризуется коэффициентом р.паР, значение которого также зависит от плотности вещества и энергии гамма-квантов (см. рис. 49).
184
Суммарный линейный коэффициент ослабления р равен сумме трех коэффициентов;
Iх Рфот 4“ Црас Ц пар-
Из рассмотренных явлений вытекают два важных вывода; во-первых, ослабление гамма-излучения происходит наиболее интенсивно в тяжелых материалах, во-вторых, гамма-кванты сами по себе обладают слабой ионизирующей способностью. Ионизация атомов на пути движения гамма-излучения в основном осуществляется электронами отдачи, образующимися при взаимодействии гамма-лучей с веществом.
Интенсивность гамма-излучения , прошедшего через слой вещества толщиною х см, связана с интенсивностью падающего излучения /0-г следующим соотношением:
/1=/07е-^,	(5,2)
где р — линейный коэффициент ослабления гамма-лучей данной энергии. Его значение для некоторых материалов приведено в
табл. 8 Ч
Таблица 8
Таблица линейных коэффициентов ослабления гамма-лучей!
Энергия гамма-квантов, Мэв	Линейный коэффициент ослабления (см Ь			
	воздух	вода	бетон	железо
0,5	1,1 • 10“4	0,096	0,22	0,65
1,0	0,81 • IO-4	0,07	0,157	0,45
2,0	0,57 • 10-4	0,05	0,114	0,33
2,5	0,51 • 10~4	0,044	0,104	0,30
3,0	0,46 . 10~4	0,039	0,094	0,28
1 К- К. Аглинцев. Основы дозиметрии ионизирующих излучений. Медгиз, 1954 г.
185
Способность материалов ослаблять гамма-излучение можно характеризовать величиной так называемого слоя половинного ослабления dan. При этом под слоем половинного ослабления понимается такая толщина материала, которая ослабляет гамма-излучение данной энергии в 2 раза.
Используя закон ослабления гамма-лучей веществом, можно получить несложную формулу для определения значения слоя половинного ослабления. Действительно, если в формуле (5,2)
принять, что I-j —	1ор то будем иметь х =>deiI,
тогда
1		 g —
2
Откуда
11^сп =—1п-£- = 0,693
или . _ °’693
исп —	,	(5,3)
н
Полученная формула дает лишь приближенное значение dcu, так как приведенный выше закон ослабления гамма-лучей, выражаемый формулой (5,2), не учитывает рассеянное излучение, которое может значительно усилить дозу гамма-излучения за преградой. Поэтому с учетом рассеянного излучения толщина слоя половинного ослабления практически будет больше, чем величина dDn, вычисленная по формуле (5,3). При средней энергии гамма-квантов в 2,5 Мэв вели-186
чина слоя половинного ослабления для различных материалов имеет следующее значение:
воздух — 200 м; снег — 50 см; дерево — 25 см; вода — 23 см;
грунт — 14 см;
бетон —10 см;
броня — 2,8 см; свинец — 1,8 см.
Для ослабления гамма-излучения с энергией 2,5 Мэв в 2 раза необходимо на каждый квадратный сантиметр поверхности иметь 23 г вещества. Для ослабления гамма-лучей с такой же энергией в 4 раза количество вещества на 1 см2 необходимо увеличить еще в 2 раза, то есть следует иметь 46 г и т. д. Таким образом, для одинакового ослабления гамма-излучения потребуются равные весовые количества различных материалов на единицу площади.
На основании этих данных составлен примерный график ослабляющей способности гамма-излучения различными материалами в зависимости от их толщины (рис. 50).
Зная величину слоя половинного ослабления, можно определить толщину материала, обеспечивающего ослабление гамма-излучения в заданное число раз. Если взять слой бетона толщиной 10 см, то он ослабит дозу гамма-излучения в 2 раза. Два слоя бетона по 10 см ослабят дозу в 22 = 4 раза, три слоя дадут ослабление з 23 = 8 раз и т. д.
Если толщина материала будет х см, а слой половинного ослабления его г/сп, то число слоев половинного ослабления будет равно х : daa. Тогда п — степень ослабления гамма-излучения
187
Толщина материала (см)
Рис. 50. График степени ослабления гамма-излучения с энергией 2,5 Мэв различными материалами
слоем материала толщиной х может быть определена по формуле 1
п = 2Л/"сп ,	(5,4)
где п — степень ослабления;
х — размеры толщи материала;
daIl — слой половинного ослабления заданной среды.
1 А. И. Иванов. Ядерные излучения атомного взрыва. Военное Издательство Министерства обороны Союза ССР, Москва, 1956 г.
188
Так, если размер грунтовой толщи, проходимой гамма-излучением, равняется 70 см, а слой половинного ослабления dcil = 14 см, то степень ослабления дозы гамма-излучения по формуле (5,4) будет равна
п = 270/14 = 25 = 32 раза.
Подобное ослабление достигается при толщине бетона 50, а брони — 14 см.
Зная степень ослабления п и дозу на поверхности сооружения, можно определить дозу гамма-излучения внутри сооружения. Пусть для ранее рассмотренного примера доза на поверхности сооружения составляла D,,; = 1200 рентген. При степени ослабления п — 32 раза до-за внутри сооружения может быть найдена из соотношения:
или Г» 1200
Dy ==———.——— — 37,5 рентгена.
При наличии многослойной защитной толщи, каждый слой которой ослабляет гамма-излучение соответственно в ш, т, ...... пп раз, полная степень ослабления гамма-излучения находится как произведение степени ослабления отдельных слоев п = п\ • п-2...............пп.	(5,4)
Так, например, защитная толща состоит из грунта 90 см и бетона 20 см. Требуется найти полную степень ослабления гамма-излучения.
Степень ослабления для грунта составит: нгр = 290/и = 26’4 = 85,6 раза, а для бетона
«б = 220/1° = 22 = 4 раза.
189
Полная степень ослабления будет найдена по формуле (5Д1) как произведение степеней ослабления отдельных слоев, то есть
« = «гр • «б = 85,6 • 4 = 342,4 раза.
Эту же задачу можно решить точнее, приведя слоистую защитную толщу к одному материалу, используя отношение их объемных весов. В нашем случае приведенная грунтовая защитная толща будет равна
Хпр --*^гр +	,	(6,6)
Ргр
где плотность бетона ре = 2600 кг/м3 и плотность грунта ргр= 1900 кг/м3.
Тогда по формуле (5,6) будем иметь
хПр = 90 + 20-|^- = 90 + 27 = 117 см.
Полная степень ослабления гамма-излучения согласно выражению (5,4) будет равна
га = 2117/14 = 28,4 = 339 раз.
На рис. 51 представлен график ослабления гамма-лучей с энергией 1,25 Мэв различными строительными материалами. Он взят из книги Л. К. Таточенко и С. В. Медведева «Промышленная гамма-дефектоскопия» (Металлургиздат, 1955 г.). Этот график может быть, в частности, использован для определения толщины материала, необходимой для защиты от радиоактивного излучения кобальта 60, имеющего среднюю энергию гамма-квантов 1,25 Мэв.
Наиболее эффективное средство защиты от поражающего действия гамма-излучения — различно
ные фортификационные сооружения: окопы, траншеи, укрытия и убежища, защитные толщи которых способны поглощать и в значительной мере ослаблять излучение.
Рис. 51. График степени ослабления гамма-излучения с энергией 1,25 Мэв различными строительными материалами
Размеры защитных толщ сооружения можно определить, если известна доза гамма-излучения, его энергия, допустимая доза внутри сооружения и вид строительного материала.
Используя формулу (5,4), можно приближенно рассчитать размеры защитной толщи х, необходимой для защиты личного состава от действия гамма-излучения
x = 3,3donlgn.	(5,7)
191
Рассмотрим применение полученной формулы на примере. Пусть доза на поверхности сооружения равна = 500 рентген, а допустимая доза внутри сооружения должна быть не более 50 рентген. Определим величину земляной обсыпки из условия, что необходимая степень ослабления гамма-излучения, определяемая по фор-муле (5,5), равна	— =10 раз, а слои
50
половинного ослабления для грунта dcn = 14 см. Используя выражение (5,7), найдем защитную грунтовую толщу, необходимую для ослабления гамма-излучения до допустимой дозы
х = 3,3dau Ign = 3,3  14  IglO = 46,2 см.
Пользуясь графиком рис. 50, найдем, что для данного примера грунтовая обсыпка должна быть также около 46 см.
ХАРАКТЕРИСТИКА И СВОЙСТВА НЕЙТРОНОВ
Нейтроны обладают сравнительно большой массой, но не имеют электрического заряда. Поэтому они легко проникают в различные материалы и не отклоняются электрическим и магнитным полями.
Обычно все нейтроны по их энергии условно разделяют на быстрые, промежуточные и медленные. Быстрыми нейтронами называют нейтроны, обладающие энергией более чем 1 Мэв; скорость движения их обычно бывает больше 10 000 км/сек. Промежуточные нейтроны имеют энергию от 100 эв до 1 Мэв; их скорость колеблется в пределах от 10 000 до 100 км/сек. Медленные нейтроны характеризуются энергией менее 100 эв; их скорости составляют около 0,5 км/сек.
192
Если скорость медленных нейтронов будет равна скорости молекул воздуха при обычном давлении и температуре, то такие нейтроны называются тепловыми нейтронами. Энергия тепловых нейтронов равна 0,025 эв.
Направление движения (траектория) быстрых нейтронов весьма мало изменяется при прохождении сред с различными плотностями. Медленные нейтроны не имеют постоянного направления движения — их движение хаотическое, а траектория— ломаная линия. Точка излома траектории в этом случае совпадает с местом встречи нейтрона с ядром какого-либо атома. Поэтому медленные нейтроны могут обходить преграду, и для защиты от поражающего действия их недостаточно иметь защитную толщу, обращенную в сторону источника нейтронов. В этом случае необходима защита со всех сторон.
Испускание нейтронов при атомном взрыва происходит практически в течение миллионных долей секунды. Расстояние до 600 м от центра взрыва быстрые нейтроны, несмотря на многократные соударения с ядрами атомов, преодолевают менее чем за 0,01 секунды. Поэтому они практически действуют мгновенно.
Интенсивность излучения нейтронов при атомном взрыве обычно оценивается потоком нейтронов, то есть числом нейтронов, падающих на единицу поверхности (н/см2).
Зависимость величины потока быстрых нейтронов от расстояния до центра взрыва атомной бомбы с тротиловым эквивалентом 20 000 т приведена на графике (рис. 52). Сравнение доз от потока нейтронов и гамма-излучения показывает, что дозы от нейтронов в 3—4 раза меньше дозы от гамма-излучения на тех же расстояниях.
13 Зак. 401
193
Что касается потока промежуточных и медленных нейтронов, то, по данным иностранной печати, он примерно в 10 раз больше потока быстрых нейтронов.
Вредное действие нейтронного потока на живые организмы оценивается по биологическому рентген-эквиваленту (брэ). При этом под 1 брэ
Рис. 52. Число нейтронов, падающих на 1 см2 поверхности, в зависимости от расстояния до центра взрыва (атомная бомба с тротиловым эквивалентом 20000 т)
194
понимается такой поток нейтронов, биологическое действие которого равняется 1 рентгену гамма-излучения.
Нейтроны различных энергий оказывают разное биологическое действие на организм. По американским данным, считается, что быстрые нейтроны могут причинять тяжелое поражение при потоке 1 • 10“ н/см2, а медленные — при 5- 101 11 н/см2. Эффективность действия их расходится примерно в 5 раз. Однако для получения дозы в 1 брэ необходим поток быстрых нейтронов в 5,7- 107 н/см2, а для медленных нейтронов — 1,3 • 109 н/см2
Приведенные данные позволяют утверждать, что вредное биологическое действие быстрых нейтронов значительно сильнее, чем медленных нейтронов. Поэтому поражающее действие нейтронного потока при атомном взрыве можно приближенно оценивать по потоку быстрых нейтронов. В качестве примера используем данные, приведенные на графике рис. 52. На расстоянии 480 м от центра взрыва атомной бомбы поток быстрых нейтронов составит 1 • 10п н/см2, а доза от этого
.	1  1011
потока будет равна -7 1Q7 — 1'50 брэ.
Если учесть, что поток медленных нейтронов примерно в 10 раз больше потока быстрых нейтронов, то при тех же данных, согласно графику рис. 52, поток медленных нейтронов равен 9-Ю11 н/см2, а доза от них примерно будет 9 • юн
равна	—-—— = 690 брэ. Следовательно, доза
1,3 • 109
1 П. Же но. Защита от радиоактивных элементов.
Издательство иностранной литературы, Москва, 1954 г.
13*	195
от быстрых нейтронов не менее чем в 2 раза больше дозы от медленных нейтронов.
В настоящее время считается, что радиус тяже-лого поражения от действия нейтронов для атомной бомбы с тротиловым эквивалентом 20 000 т не превышает 700 м. На больших расстояниях нейтроны в сравнении с гамма-лучами не будут создавать дополнительной опасности. В связи с этим в приближенных расчетах защитных толщ нейтронный поток можно не учитывать. При более точных расчетах учет дозы нейтронов можно производить путем увеличения дозы гамма-излучения примерно на 25—40'%.
При взрыве атомных бомб других калибров определение нейтронного потока весьма затруднительно, так как ои в значительной мере зависит от конструкции бомбы. Поэтому для грубой и ориентировочной оценки нейтронного потока можно использовать закономерность, приведенную для определения дозы гамма-излучения (формула 5,1).
При прохождении через вещество нейтроны взаимодействуют с ядрами атомов. Вероятность этого взаимодействия оценивается эффективным поперечным сечением ядра. При этом под эффективным поперечным сечением ядра понимается сечение такой сферы, расположенной вокруг ядра, попав в которую нейтрон будет испытывать взаимодействие с ядром. Эффективное поперечное сечение ядра измеряется в барнах. Барн равняется 1 • 1СН4 см2.
Взаимодействие нейтронов с веществом проявляется в явлениях рассеяния и захвата. Рассмотрим этот вопрос в общем виде.
Рассеяние нейтронов. При встрече быстрых нейтронов с ядрами происходит их упру-196
гое соударение (рис. 53, а), в результате чего часть энергии нейтрона передается ядру. Вследствие этого ядро получает значительную энергию и, перемещаясь в среде, ионизирует на своем пути встречные атомы. Эти ядра называют ядрами отдачи. Нейтрон, потеряв часть энергии,
Радиус эффективного поперечного сечения захвата нейтрона ядрам
нейтрон
а	6
Рис. 53. Взаимодействие нейтронов с веществом: а—рассеяние нейтронов ядрами атомов; б — захват нейтронов ядрами атомов
изменяет направление своего движения. Претерпев ряд последовательных соударений, быстрые нейтроны переходят в разряд промежуточных, а потом и медленных.
Передача энергии от нейтрона к ядру отдачи подчиняется закону соударения упругих шаров. Отсюда можно сделать вывод: лучше всего процесс ослабления нейтронов будет проходить при взаимодействии с такими ядрами, масса которых близка к массе нейтрона. Такими ядрами, как известно, являются ядра водорода или его изотопов. Поэтому быстрые нейтроны хорошо ослабляются веществами, содержащими водород: водой, парафином, воском, битумом. К подобным веществам
V31.
можно отнести также бетон и железобетон, поскольку они содержат атомы легких химических элементов. Во всех случаях влажный грунт будет ослаблять нейтроны лучше, чем сухой. Плохо ослабляют быстрые нейтроны тяжелые элементы, например, свинец, броня.
Дерево-земляные и железобетонные сооружения, защищающие от действия гамма-излучения, будут защищать и от нейтронного потока. Сооружения из брони в большинстве случаев не обеспечивают достаточной защиты от нейтронов. В этом случае необходимо предусмотреть проведение дополнительных мероприятий для защиты личного состава.
Захват нейтронов наиболее характерен для медленных нейтронов. Хотя это явление наблюдается и на быстрых нейтронах, но вероятность его в этом случае незначительна.
Медленный нейтрон, попав в зону эффективного поперечного сечения ядра, захватывается им (рис. 53, б). При этом чаще всего ядро возбуждается или переходит в разряд радиоактивных ядер. Излишек энергии возбужденное ядро часто испускает в виде гамма-излучения и бета-альфа-частиц.
Захват нейтронов, сопровождающийся испусканием гамма-лучей, называется радиационным захватом. При значительных потоках нейтронов и наличии химических элементов с большим эффективным сечением ядер (марганец, фосфор и другие химические элементы) радиационный захват может существенно усилить поражающее действие атомного взрыва за счет образования искусственных радиоактивных элементов или тан называемой наведенной радиации.
198
У некоторых химических элементов, обладающих большим эффективным поперечным сечением захвата медленных нейтронов, захват нейтронов идет без образования радиоактивных изотопов. Например, бор имеет поперечное сечение захвата тепловых нейтронов 614 барнов, кадмий — 2500, а гадолиний — 45 000 барнов. Но захват нейтронов этими ядрами не сопровождается радиоактивными излучениями. Поэтому такие элементы могут применяться для защиты людей от поражения медленными нейтронами. Бор и кадмий находят также применение для регулирования цепной реакции в ядерных реакторах.
ПОРАЖАЮЩЕЕ ДЕЙСТВИЕ ПРОНИКАЮЩЕЙ РАДИАЦИИ
Ядерное излучение, проходя в веществе, ионизирует его атомы. Альфа-и бета-частицы, обладая электрическим зарядом, способны ионизировать атомы непосредственно. При действии гамма-лучей и нейтронов ионизация среды осуществляется в результате вторичных процессов. Как выше указывалось, гамма-лучи ионизируют атомы в результате образования вторичных электронов, а нейтроны — ядер отдачи. Поэтому все виды ядерного излучения называют ионизирующим излучением.
При действии ионизирующего излучения на человека может наступить особое заболевание, получившее название лучевой болезни.
В настоящее время считается общепризнанным и доказанным, что лучевая болезнь наступает при нарушении нормальной деятельности отдельных клеток и органов человека в результате действия ионизирующего излучения. Меха
199
низм действия ядерного излучения на живые клетки изучен недостаточно, поэтому еще нет единой, общепризнанной теории, объясняющей вредное биологическое действие ядерного излучения.
В Советском Союзе наибольшее признание получили две теории: теория прямого и непрямого действия излучения
По теории прямого действия излучения вредное биологическое проявление его обусловливается разрывами химических связей в сложных белковых молекулах или ферментах. Вследствие этого и наступает поражение организма.
По теории непрямого действия считается, что в результате облучения в живом организме возникают химические реакции, которые в последующем развиваются с самоускорением. Согласно этой теории в первый момент действия излучения происходит ионизация воды, содержащейся в организме. При этом молекулы воды разлагаются на водород и радикал ОН. Эти в свою очередь, присоединяясь к молекулам, приводят к образованию новых активных молекул и атомов. Указанные процессы происходят в скрытый, или инкубационный, период, когда результат действия излучения внешне никак не проявляется. Образовавшиеся активные молекулы и атомы являются центрами развивающихся цепных реакций, которые приводят к изменению химической структуры белковых молекул и нарушению обмена веществ в тканях. С момента развития этих реакций начинается проявление лучевой болезни. Раньше всего нарушается деятельность нервной и сердечно-сосудистой системы, желез внутренней секреции и кроветворных органов. Вследствие этого резко
1 Б. Н. Т а р у с о в. Основы биологического действия радиоактивных излучений. Медгнз, 1954 г.
200
изменяется состав крови и, в частности, уменьшается процентное содержание белых и красных кровяных телец. Нарушается барьерная роль печени, селезенки, легких, лимфатических узлов, стенок кишечника. Все это создает благоприятные условия для распространения и развития микробов в организме. В этот период человек наименее защищен от инфекционных заболеваний.
Однако лучевая болезнь может развиваться только после получения человеком дозы излучения свыше допустимой.
В развитии лучевой болезни, проявляющейся в тяжелой форме, различают четыре основных периода. Первый период — первичная общая реакция — характеризуется плохим самочувствием, тошнотой, рвотой, сильной головной болью, расстройством желудка и сердечно-сосудистой системы. Наблюдается повышение температуры. Все эти признаки начинают появляться через 10—20 мин. или через несколько часов после облучения.
Второй период — кажущееся благополучие — характеризуется значительным улучшением самочувствия и исчезновением всех признаков первого периода. Длительность его связана с дозой облучения. Она может продолжаться от нескольких часов до нескольких недель.
Третий период — ярко выраженное заболевание — характеризуется резким ухудшением самочувствия, повышением температуры. Развивается слабость, одышка. В более обостренной и длительной форме проявляются почти все признаки первого периода. В тяжелых формах лучевой болезни появляется рвота, кровохаркание, кровавый понос. Наблюдается выпадение волос и
201
резкая потеря в весе. Этот период может продолжаться несколько дней или недель.
Четвертый период — выздоровление — характеризуется улучшением общего самочувствия, снижением температуры до нормальной, нормализацией деятельности всех органов. Выздоровление продолжается, по современным данным, в течение 1—2 месяцев.
В зависимости от величины дозы при кратковременном облучении проявление лучевой болезни может проходить по-разному. В связи с этим различают следующие формы лучевой болезни
Острая форма лучевой болезни наступает при облучении дозами 1000 рентген и более. Подобные дозы могут вызвать сразу после облучения тошноту, резкое возбуждение, рвоту, потерю сознания и т. п. Лучевая болезнь в этом случае начинает развиваться после воздействия проникающей радиации и может продолжаться от нескольких часов до 2—3 дней.
Тяжелая форма лучевой болезни (600 рентген и более) наступает также сразу после облучения. Наблюдаются резкие головные боли, подавленное, угнетенное состояние. Через 1—4 часа после облучения может начаться тошнота и рвота, понос, жажда, сухость и. горечь во рту, сопровождаемые повышением температуры. Период мнимого благополучия в этом случае может отсутствовать совсем или длиться краткий промежуток времени. Лучевая болезнь протекает в течение 10—15 дней в тяжелой форме.
1 А. В. К о з л о в а, Е. И. В о р о б ь е в. Клиника и лечение повреждений, возникающих при взрыве атомной бомбы. Медгиз, 1956 г.
202
Лучевая болезнь средней тяжести (доза облучения около 400 рентген) характеризуется в своем развитии также четырьмя периодами.
По данным о развитии лучевой болезни у жителей городов Хиросима и Нагасаки, при болезни средней тяжести первый период длился 4—5 дней, скрытый период—1—2 недели, третий — около недели. После этого наступало постепенное выздоровление.
Легкая форма лучевой болезни (доза облучения 200—300 рентген) характеризуется тем, что первый период начинается через несколько часов. При этом может наблюдаться легкая рвота, слабость, головные боли. Во второй период отмечается нарушение сна и потеря аппетита. Фактически первый и второй периоды характеризуются удовлетворительным состоянием больного. Через 2—3 недели может наблюдаться повышение температуры, рвота, понос, потеря в весе и временное облысение. Основные признаки лучевой болезни в этом случае выражены слабо. По излечении трудоспособность и боеспособность полностью восстанавливаются.
Современные способы лечения лучевой болезни могут обеспечить выздоровление даже при тяжелой степени ее.
В медицинской практике наблюдалось несколько случаев успешного лечения лучевой болезни. Так, в докладах советской делегации на Женевской конференции по мирному использованию атомной энергии в 1955 г. подробно описаны два случая развития и лечения лучевой болезни, возникшей при кратковременном действии доз
Ж
ядерного излучения в 300 и 450 рентген Благодаря усилиям наших медицинских работников эти заболевания были успешно излечены. Работоспособность и физиологическая деятельность людей восстановлена.
Характер поражающего действия ядерного излучения зависит от величины дозы, времени облучения и индивидуальных особенностей каждого человека.
При кратковременном (10—15 сек.) и однократном облучении дозами до 50 рентген и менее никакого вредного биологического действия не наблюдается. Поэтому доза -50 рентген является допускаемой дозой при однократном и кратковременном облучении. Если время облучения возрастает, то допустимая доза может быть увеличена.
Доза в 600 рентген при общем кратковременном облучении человека может вызвать тяжелое заболевание. Если же эту дозу получать постепенно, например в течение 20—30 лет, то она вообще не окажет никакого вредного действия. В этом случае поврежденные клетки организма успевают восстанавливаться.
Весьма важное значение имеет не только доза и продолжительность облучения, но и то обстоятельство, подвергаются ли облучению только отдельные участки или весь организм человека. При общем облучении организма поражение более тяжелое, чем при частичном. Если облучению подвергаются отдельные небольшие участки тела даже большими дозами, то наблюдается только местное поражение. Так, при лечении маЛых ра-
1 «Действие облучения на организм» (Доклады советской делегации на международной конференции по мирному использованию атомной энергии. Женева, 1955 г.). Издательство Академии наук СССР, Москва, 1955 г.
204
ковых опухолей на коже доза излучения может достигать нескольких сот рентген. При этом никаких вредных последствий не остается.
На характер поражения ионизирующими излучениями также влияет физическое состояние человека. Физически закаленные, натренированные люди с крепкой нервной системой менее подвержены лучевому воздействию. Течение лучевой болезни в этом случае проходит в менее острой форме и с меньшими остаточными явлениями. Физически слабые, истощенные люди, старики и дети более чувствительны к действию ядерного излучения.
На течение лучевой болезни, в частности, на различные побочные инфекционные заболевания, благотворно сказываются заблаговременные профилактические мероприятия. Невосприимчивость человека к заболеваниям, полученная при перенесенных болезнях или специальных прививках, резко сокращает осложнения при лучевой болезни.
В настоящее время разрабатываются различные лекарственные препараты, предупреждающие развитие лучевой болезни. Введение цистеина и цистаамина за некоторое время до облучения повышает сопротивляемость живых организмов. Предупреждается рвота, слабость и т. п. Однако применение этих препаратов после облучения никаких результатов не дает. В период болезни оказывает хорошее действие применение пенициллина, стрептомицина и других антибиотиков.
Успехи медицины в изучении процесса лучевой болезни дают возможность выработать более совершенные и эффективные препараты и методы лечения этой болезни.
205
Вредное действие ядерного излучения также проявляется на некоторых материалах и установках. Так, при облучении стекол оптических инструментов наблюдается их окрашивание в различные цвета от фиолетового до буро-желтоватого. Однако выход из строя оптических инструментов происходит при дозах в несколько тысяч рентген. Следовательно, вредное действие ядерных излучений на оптические приборы будет иметь место на незначительных расстояниях от центра взрыва, где больший вред может причинить ударная волна и световое излучение.
Под действием ядерных излучений, главным образом гамма-лучей и нейтронов (в 2—3 рентгена) фотопленка, фотобумага и некоторые реактивы могут приходить в негодность. Это выдвигает требование обеспечить их специальной защитой.
Механические и физические характеристики большинства материалов при действии ядерных излучений атомного взрыва остаются неизменными. Однако интенсивное облучение некоторых материалов в ядерном реакторе приводит к значительным изменениям их физических свойств, в частности к изменению удельного веса, теплопроводности, электропроводности и т. п. Облучение нейтронами железа и никеля приводит к увеличению их твердости. Под действием нейтронов в куске железа возникают атомы кобальта, а в кобальте — атомы никеля, что открывает новые „пути получения сплавов.
Глава 6
РАДИОАКТИВНОЕ ЗАРАЖЕНИЕ МЕСТНОСТИ ПРИ АТОМНОМ ВЗРЫВЕ
ИСТОЧНИКИ РАДИОАКТИВНОГО ЗАРАЖЕНИЯ
Одной из особенностей атомного взрыва является заражение местности радиоактивными веществами. При заражении местности в результате атомного взрыва, так же как и при применении боевых радиоактивных веществ, возможно поражение людей вследствие воздействия на них радиоактивных излучений. В связи с этим при действиях на местности, зараженной после атомного взрыва радиоактивными веществами, как и на местности, зараженной боевыми радиоактивными веществами или химическими и бактериологическими средствами, войска встретятся с дополнительными трудностями, связанными с необходимостью осуществления мер предосторожности.
Заражение местности в случае применения БРВ сохраняется значительно дольше, чем после атомного взрыва, так как боевые радиоактивные вещества имеют значительный период полураспада. Что касается поражающего действия боевых радиоактивных веществ, то оно ничем не отличается от поражающего действия радио-
207
активных веществ, образующихся при атомном взрыве.
Радиоактивные вещества обладают рядом характерных особенностей. Основными из них являются: во-первых, отсутствие цвета и запаха, что не позволяет обнаружить радиоактивное заражение по внешним признакам и поэтому требует применения специальной аппаратуры для их обнаружения; во-вторых, радиоактивное излучение может наносить поражение не только при непосредственном контакте с источником излучения, но и на некотором расстоянии от него; в-третьих, действие радиоактивного излучения уменьшается за счет естественного распада, который нельзя . и ускорить, ни прекратить. В этом основное отличие радиоактивных веществ от боевых отравляющих веществ.
Ядерное излучение, сопровождающее распад радиоактивных веществ на зараженной местности, не содержит нейтронов и состоит из альфа, бета-частиц и гамма-лучей.
При атомном взрыве радиоактивному заражению подвергаются не только воздух и грунт, но и все объекты, открыто расположенные на местности — люди, техника и вооружение, сооружения, вода и продовольствие и т. п.
Радиоактивное заражение местности при атомном взрыве возможно в результате оседания радиоактивных веществ в виде «осколков» атомных ядер урана (плутония) и непрореагировавших ядер из дымового (радиоактивного) облака и за счет наведенной радиации, возникающей в различных средах под действием нейтронов, выделяющихся при атомном взрыве.
Распад радиоактивных «оскол-к о в», образующихся при делении атомов урана
208
или плутония, не заканчивается за время действия проникающей радиации. Часть «осколков» остается радиоактивными на длительное время после взрыва и испускает бета-частицы и гамма-лучи.
Как известно, радиоактивные «осколки» деления ядер урана (плутония) являются изотопами 34 различных химических элементов. Они превращаются в стабильные элементы путем последовательного бета-распада, сопровождаемого гамма-излучением. Период полураспада продуктов деления изменяется от долей секунды до нескольких лет. Характеристика некоторых долгоживущих продуктов деления тяжелых ядер приведена в табл. 9 *.
Таблица 9
Характеристика основных продуктов деления урана 235
Продукты	Выход,	Период	Энергия	излучения, Мэв
деления	%	полураспада	бета-частиц	гамма-лучей
Легкие «осколки»				
Криптон 85 . ,	0,24	10 лет	0,74	Нет
Стронций 89 .	4,60	53 дня	1,50	»
Стронций 90	5,00	25 лет	0.6	п
Иттрий 91 . . .	5,90	57 дней	1,53	
Цирконий 95	6,4	65 дней	0,39	0,73
Технеций 99 . .	6,2	9,4  10= лет	0,30	Нет
Рутений 103 . .	3,7	42 дня	0,20	0,56
Рутений 106 . .	0,5	1 год	0,03	—
1 Р. Лэпп, Г. Эндрюс. Физика ядерного излучения. Военное Издательство Министерства обороны Союза ССР, Москва, 1956 г.
14 Зак. 401
209
Продукты	Выход,	Период	Энергия излучения, Мэв	
деления	%	полураспада	бета-частиц	гамма-лучей
Тяжелые «осколки»
Теллур 129 . .	0,19	32 дня	1,8	Рентге-
				новские
				лучи 0,03—0,8
Иод 131 ...	2,80	8 дней	0,6	0,37
Ксенон 133 . .	6,00	5,3 дня	0,35	0,08; 0,03
Цезий 137 . .	6,00	33 года	0,5; 0,8	0,7
Барий 56 . . .	6,10	12,8 дня	1,0; 0,4	0,5
Церий 141 . .	6,00	29 дней	1,0	Нет
Неодим 147 . .	2,60	11 дней	0,4; 0,9	0,58
Прометий 147 .	2,60	4 года	0,2	Нет
Общая гамма-активность продуктов распада через 1 мин. после взрыва атомной бомбы с тротиловым эквивалентом 20 000 т оценивается в 8,2 • 105 млн. кюри, через 1 день после атомного взрыва— 133 мегакюри и через 1 год — 0,11 мегакюри 1. Энергия гамма-квантов при этом составляет, как указывается в иностранной печати, в среднем 0,7 Мэв.
Количество испускаемых бета-частиц примерно в 2 раза больше числа гамма-квантов, но средняя энергия их несколько меньше. Практически, при малой проникающей способности бета-излучения можно считать, что их поражающее действие значительно слабее, чем гамма-лучей.
Распад продуктов деления тяжелых ядер определяет в основном радиоактивное заражение
1 „The Effects of atomic weapons". New York, 1950.
210
местности после взрыва атомных бомб с зарядом урана 235 (плутония) или водородных бомб с корпусом из урана 238.
Распад непрореагировавших ядер урана (плутония) характеризуется испусканием альфа-частиц с энергией около 4,5—4,2 Мэв и незначительным гамма-излучением. Характеристика радиоактивных излучений при альфа-распаде непрореагировавших ядер приведена в табл. 10
Таблица 10
Характеристика радиоактивных излучений непрореагировавших ядер
Непрореагировавшее ядро	Период полураспада, лет	Энергия излучения, Мэв	
		альфа-частицы	гамма-излучение
Уран 235 . . . Плутоний 239	7,07 • 108 2,411 • 104	20°/о —4,562 80% — 4,596 5,159	0,162 0,05
Плутоний 239 и уран 235 в силу большого периода полураспада (плутоний 239 — 24 100 лет, уран 235 — 707 000 000 лет) не могут оказать существенного влияния . на плотность радиоактивного заражения. Если условно считать, например, что 99% ядерного горючего атомной бомбы с тротиловым эквивалентом в 20 000 т не примет участия в цепной ядерной реакции, то активность иепрореагировавших ядер плутония в первый мо
1 И. П. С ел ин о в. Атомные ядра и ядерные превращения, т. I. Государственное издательство технико-теоретической литературы, Москва, 1951 г.
14*
211
мент после взрыва составит 6000 кюри, а урана—• всего 0,2 кюри. Сравнивая эту активность непрореагировавших ядер с активностью «осколков», можно отметить, что доля альфа-активных ядер в радиоактивном заражении местности будет в несколько миллионов раз слабее, чем от распада «осколков». Активность непрореагировавших ядер будет весьма слабо уменьшаться во времени, так как период полураспада их очень большой.
Если учесть, что альфа-частицы обладают малой проникающей способностью в различных средах, то они будут полностью поглощены обмундированием и верхним слоем кожного покрова. Поэтому они не окажут почти никакого поражающего действия на человека даже при нахождении на малых расстояниях от него.
Иная картина будет при попадании альфа-радиоактивных веществ внутрь организма с воздухом или с пищей. Откладываясь во внутренних органах и обладая весьма высокой ионизирующей способностью (до 60 000 пар ионов на 1 см пути в воздухе), они представляют серьезную опасность для человека. Не учитывать подобное воздействие альфа-радиоактивных веществ уже нельзя.
Наведенная активность определяется радиационным захватом медленных нейтронов ядрами некоторых элементов (рис. 53,6). Наведенная активность (наведенная радиация) зависит от величины нейтронного потока и химического состава среды.
Учитывая, что величина потока нейтронов с удалением от центра взрыва сильно уменьшается, то наведенная активность будет наиболее сильной при наземном, подземном или подводном взрывах. При этом зона наведенной активности не
212
превысит нескольких сот метров. Воздушный взрыв будет сопровождаться значительно меньшей наведенной активностью.
Наведенная радиация определяется радиационным захватом медленных нейтронов. Медленные нейтроны, входящие в состав нейтронного потока атомного взрыва, захватываются ядрами атомов поверхностного слоя грунта.
Быстрые и промежуточные нейтроны, претерпевая рассеяние ядрами атомов, входящих в состав среды, постепенно переходят в разряд медленных нейтронов и только после этого претерпевают радиационный захват. Таким образом, наведенная радиация на поверхности земли определяется действием медленных нейтронов, а на некоторой глубине —• действием промежуточных и быстрых нейтронов.
Наиболее склонными к образованию наведенной радиации являются изотопы некоторых химических элементов, в частности алюминия, натрия, хлора, кремния, марганца и др. Чем больше указанных изотопов в грунте или в какой-либо другой среде, тем больше будет наведенная радиация при одном и том же нейтронном потоке. Например, броня, содержащая такие легирующие добавки, как марганец, никель и др., будет более радиоактивной, чем обычная сталь. По-видимому, поваренная соль под действием нейтронов получит значительную активность, так как она содержит и натрий и хлор. Наоборот, едва ли будет значительной активность в таких веществах, как воздух, пресная вода и дерево, которые в основном содержат азот, водород, кислород и углерод — элементы, мало склонные к образованию наведенной радиации.
213
Характеристика некоторых изотопов, склонных к образованию наведенной радиации, приведена в табл. 11.
Таблица 11
Характеристика некоторых изотопов, склонных к наведенной радиации
Исходный элемент	Распространенность его в природных соединениях, %	Радиоактивный изотоп	Период полураспада	Энергия излучения, Мэв	
				бета-частицы	гамма-лучи
Кремний 30 . .	3,13	Кремний 31 . .	3 часа	1,8	
Натрий 23 . . .	100	Натрий 24 . . .	14,8 часа	1,39	1,38; 2,75
Алюминий 27	100	Алюминий 28	2,4 мин.	3,1	1,8
Хлор 37 ... .	24,5	Хлор 38 ... .	38,5 мин.	1,11; 2,77; 4,81	1,65; 2,15;
Железо 58 . .	0,34 100	Железо 59 . .	47 дней	0,46	1,10
Марганец 55 .		Марганец 56 .	2,59 часа	0,75; 1,04; 2,81	0,822; 1,77; 2,06
Радиоактивная зараженность местности может существенно усиливаться за счет наведенной активности. В особенности наведенная радиация будет большой при взрыве водородных бомб на незначительной высоте, сопровождающимся выделением мощного потока нейтронов.
Плотность радиоактивного заражения оценивается количеством радиоактивного вещества, приходящегося на единицу зараженной поверхности. При практической оценке радиоактивное заражение местности определяется уровнем радиации (мощностью дозы); зараженность воздуха, воды, поверхности предметов вооружения и продовольствия — степенью заражения. При измерении уровня радиации пользуются единицами мощности дозы, то есть рентген в час (р/час),
214
рентген в минуту (р/мин), миллирентген в час (мр/час) и т. д. Степень заражения обычно измеряется числом распадов на единицу поверхности, веса или объема в единицу времени. Для поверхностей это будет число распадов в минуту на квадратный сантиметр (распад/мин.см2), для воздуха — число распадов в минуту на литр (рас-пад/мин.л.), для сыпучих материалов — число распадов в минуту на грамм (распад/мин.г).
Единицы мощности дозы и степени заражения по своей физической сущности родственны. Они характеризуют количество энергии, поглощаемое средой в виде радиоактивного излучения. Поэтому всегда можно перейти от мощности дозы к степени заражения и обратно.
Как известно, уровень радиации это доза, получаемая в единицу времени. При дозе излучения в 1 рентген в 1 см3 сухого воздуха образуется 2,08- 109 пар ионов. На образование одной пары ионов затрачивается энергия в 33 эв. Тогда полная энергия, поглощенная 1 см3 воздуха, при облучении его дозой в 1 рентген будет равна 2,08 • IO». зз = 66 . Ю9 эв или 66 . юз Мэв.
Для гамма-излучения, имеющего постоянную интенсивность (или степень заражения), мощность дозы может быть определена по формуле 1
Р —	£> Z?
7	66 • 103
(6,1)
где P-f — уровень радиации в р/час;
ца—коэффициент, учитывающий ослабление гамма-излучения в веществе; для
1 В. П. С ы р н е в и Н. П. Петров. Радиоактивные излучения и их измерения. Военное Издательство Министерства обороны Союза ССР, Москва, 1956 г.
215
воздуха при энергии гамма-квантов в 1—1,8 Мэв он соответственно равен 0,36 • 10~4 и 0,29 • 10~4 см-1;
Еу — энергия гамма-квантов в Мэв;
/7 — интенсивность гамма-лучей или количество гамма-квантов, проходящих через 1 см3 за 1 секунду.
При постоянной интенсивности гамма-излучения степень заражения N-f будет равна 60 /т .
Известно, что уровень радиации выражается в p/час, а степень заражения в распад/см2мин, поэтому формула (6,1) может быть записана, как
Ps = 0,0091	•	(6,2)
Полученная формула позволяет делать переход от степени заражения к уровням радиации и обратно. Рассмотрим этот переход на конкретных примерах.
Пусть степень заражения поверхности земли по гамма-излучению остается постоянной во времени и равной 200 000 распад/см2мин, а энергия гамма-квантов равна 1 Мэв; для этой энергии На = 0,36 • 10"4cm-1. По формуле (6,2) найдем уровень радиации на поверхности земли
=0,0091 На	=
= 0,0091  0,36 • 10-4  1,0 • 100 000 = 0,0328 р/час.
Найдем, какова будет степень заражения, если постоянный уровень радиации равен 0,5 р/час, а энергия гамма-квантов равна 1,8 Мэв (На = 0,29 • 10-4 см-1). Из формулы (6,2) найдем степень заражения
Р,	0,5
w —-------1---- —---------------—-----=
1	0,0091 |ла£7	0,0091 • 0,29  10 4 • 1,8
= 1 050 000 распад/см2мин.
216
Проведенные пересчеты относятся лишь к действию гамма-лучей в воздухе. В том случае, когда вместо воздуха имеем другую среду, следует вводить поправочный множитель, равный отношению плотности среды к плотности воздуха. При зараженности местности альфа-, бета-активными веществами переход от степени заражения к уровню радиации будет принципиально таким же, как и для гамма-излучателей. Однако необходимо учитывать тот факт, что различным видам излучения соответствует различное биологическое действие.
Уровень радиоактивного заражения не остается постоянным, а уменьшается со временем. Если бы радиоактивное заражение местности определялось активностью только одного элемента, то изменение уровня заражения можно было бы найти, зная период его полураспада. Продукты деления («осколки»), непрореагировавшие ядра атомного взрывчатого вещества и искусственные элементы представляют собой настолько сложную смесь, что определить изменение их суммарной активности по периодам полураспада отдельных элементов очень трудно. Поэтому для определения уровней радиации в различные моменты времени практически используют формулы, полученные при обработке опытных данных *.
^=М-тТ'1 2	<6’3>
\ ‘0 /
где Ро — уровень радиации p/час, замеренный в момент времени t0;
1 А. И. Иванов. Ядериые излучения атомного взрыва.
Военное Издательство Министерства обороны Союза ССР,
Москва, 1956 г.
217
Р — искомый уровень радиации в момент времени t.
В качестве примера определим уровень радиации Р через t = 8 часов после наземного атомного взрыва, если мощность дозы через /0= 1 чае
Рис. 54. Изменения мощности дозы в зависимости от времени, прошедшего после атомного взрыва
после взрыва формуле (6,3)
была равна Pq = 8000 p/час. По после подстановки будем иметь
/ 8 \—1.2
Р = 8000|—-)
Логарифмируя это выражение, получим: lg р = 1g 8000 — 1,2 lg8 = 3,63 — 1,2 • 0,63 = 2,874. По логарифму находим искомое значение уровня радиации Р = 750 р/час.
Для определения изменения уровня радиации во времени можно также пользоваться графиком, приведенным на рис. 54. График составлен при условии, что замеренный уровень радиации ра
218
вен 1 р/час. Если первоначальный уровень радиации больше, чем 1 р/час, то необходимо сделать несложный пересчет. Например, уровень радиации Ро = 10 р/час при to — 1 час. Найдем уровень радиации через t — 4 часа спустя после первого измерения. По графику (см. рис. 54) определяем, что при Ро = 1 р/час уровень радиации через 4 часа составит 0,2 р/час. Тогда при Ро — 10 р/час он будет равен Р=0,2 • 10=2 р/час.
РАДИОАКТИВНОЕ ЗАРАЖЕНИЕ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ ВИДАХ АТОМНОГО ВЗРЫВА
Плотность радиоактивного заражения местности при атомном взрыве зависит от тротилового эквивалента атомной бомбы, вида атомного взрыва и некоторых других условий. К последним, в частности, относятся метеорологические условия и химический состав среды и объектов.
Воздушный взрыв атомной бомбы характеризуется тем, что огненный шар не касается поверхности земли. В этом случае большая часть продуктов деления уносится с радиоактивным облаком и лишь незначительные доли процента их оседают в районе эпицентра. Нейтронный поток у поверхности земли при большой высоте взрыва будет незначительным, поэтому и наведенная радиация будет относительно небольшая.
При воздушном взрыве атомной бомбы уровни радиации будут такими, что войска могут преодолевать зону заражения даже через эпицентр спустя 15—30 мин. после атомного взрыва в средствах индивидуальной противохимической защиты.
При наземном взрыве атомной бомбы огненный шар соприкасается с поверхностью земли. Радио
219
активные продукты взрыва частично смешиваются с землей, и несколько процентов их быстро оседает в районе взрыва. Заражение будет существенно усиливаться за счет наведенной радиации. Вследствие этого даже через час после атомного взрыва уровни радиации достигают больших значений. Это, в частности, видно из данных, приводимых в табл. 12
Таблица 12
Изменение уровней радиации при наземном взрыве
Расстояние от центра взрыва, м	Уровень радиации, р/час	
	через 1 час	через 7 часов
0	8 000	800
200	600	60
400	30	3
750	3	0,3
1 000	0,3	0,03
Как видно из приведенных данных, уровни радиации сильно изменяются с увеличением расстояния и времени после взрыва. За время от 1 до 7 часов после взрыва уровни радиации уменьшаются в Ю раз. Это, в частности, подтверждается также графиком, приведенным на рис. 54.
Ориентировочные расчеты показывают, что район наземного взрыва атомной бомбы можно преодолевать спустя один час в танках, а на расстоянии 400—500 м и далее — на бронетранспортерах и автомашинах при удовлетворительной проходимости местности. Личный состав должен
1 „The Effects of atomic weapons", New York, 1950.
220
пользоваться индивидуальными средствами противохимической защиты.
Как при наземном, так в некоторой степени и при воздушном взрыве возможно заражение местности на пути движения радиоактивного облака. Это заражение происходит в результате оседания радиоактивных веществ (частиц) из облака. Большинство частиц поднимается на высоту до 10—20 км и только потом, рассеиваясь, начинает оседать. Поэтому заражение местности по пути движения облака наблюдается на некотором расстоянии от района взрыва.
Малые размеры частиц исключают возможность их оседания с большими скоростями. При этом разные по размерам частицы будут иметь различные скорости. В среднем время оседания частиц колеблется от нескольких минут (для частиц размером 840 микрон) до 1700 часов (частицы до 5 микрон). За это время движения радиоактивных веществ с воздушным потоком они могут разноситься на большие расстояния от места взрыва. Активность их в период оседания уменьшается за счет естественного распада, что исключает возможность образования опасного заражения. Практически район заражения будет представлять собой большую площадь с незначительной и неравномерной плотностью заражения.
При наземном взрыве атомной бомбы с тротиловым эквивалентом 20 000 т полоса заражения ясно прослеживается на протяжении нескольких десятков километров, а по ширине — на несколько километров.
Размеры полосы заражения в сильной степени зависят от мощности взрыва. В качестве примера приведем данные, заимствованные из французского журнала «Revue Militaire d'lnformation»
221
№ 252, май 1955 г. Согласно этим данным активность, развиваемая при взрыве водородной бомбы с тротиловым эквивалентом в несколько миллионов тонн, через 1 час после взрыва составит 1—3 мегакюри. Полоса заражения местности согласно этим данным представлена на рис. 55. Длина полосы заражения составит 300—450 км, а ширина — несколько десятков километров. По этим же данным в районах, где выпадение радиоактивных веществ будет наблюдаться через 1 час после взрыва, уровень радиации может быть равен 500 р/час, через 8 часов — около 40 р/час, а через 60 суток — около 0,1 р/час.
Характер заражения местности в значительной мере зависит от метеорологических условий. При ветре размеры района заражения увеличиваются, а плотность заражения уменьшается. Если через радиоактивное облако пройдет дождь или снег, то скорость выпадения радиоактивных веществ на поверхность земли возрастет, поэтому плотность заражения местности увеличится, а размеры района заражения сократятся.
Метеорологические условия будут оказывать влияние и на распределение радиоактивных веществ по поверхности земли. Ветер и дождевая вода будут сносить радиоактивную пыль в низкие места: лощины, овраги, ручьи, озера и т. п. При снегопаде распределение радиоактивных веществ будет относительно равномерным.
При подземном взрыве большая часть радиоактивных веществ перемешивается с грунтом, а мощный нейтронный поток вызовет сильную наведенную радиацию в районе взрыва. Расплавленный грунт в виде радиоактивного шлака будет разбросан ударной волной в районе взрыва. Уровни радиации в районе взрыва будут дости-
222
Рис. 55. Предполагаемое заражение местности по пути движения радиоактивного облака, образующегося при взрыве водородной бомбы (по «Revue Miiitaire d’Information» № 252, май 1955 г.)
гать нескольких десятков тысяч рентген в час. Поэтому местность в центре взрыва и на некотором расстоянии от него может на длительное время оказаться недоступной для действия войск.
При подводном взрыве большая часть радиоактивных продуктов взрыва остается в воде. Радиоактивное заражение воды усиливается также за счет образования искусственных радиоактивных изотопов натрия, хлора и некоторых других элементов, входящих в состав морской воды.
Как радиоактивные «осколки», так и искусственные радиоактивные элементы распределяются в большом объеме воды. Поэтому уровни радиации даже в районе взрыва будут небольшими. Кроме того, на уменьшение мощности дозы окажет влияние оседание радиоактивных частиц на дно, перемещение их течением и т. д. Размеры зон заражения и мощность дозы на различных расстояниях от центра подводного взрыва атомной бомбы в Бикини характеризуются данными табл. 13.
Таблица 13
Изменение уровней радиации при подводном взрыве
Время после взрыва, час	Диаметр загрязненной площади, км	Максимальный уровень радиации, р/час
4	73	75
38	7,8	10
62	12,7	5
100	15,3	0,6
Некоторая часть радиоактивных веществ при подводном взрыве выбрасывается со столбом воды, образующимся над местом взрыва. В процессе разрушения водяного столба образуется
224
плотное облако тумана, содержащего радиоактивные вещества. Уровни радиации в этом облаке могут быть значительными, но они быстро снижаются. Так, например, через 3—4 мин. после
Рис. 56. Радиоактивное заражение местности по пути движения облака тумана, образующегося при подводном взрыве (по данным атомного взрыва в Бикини)
образования облака активность в нем уменьшается примерно в 400 раз.
По пути движения облака выпадает радиоактивный дождь, что приводит к заражению объектов, расположенных на море, и местности на побережье, если взрыв произошел недалеко от берега. На рис. 56 представлено изменение уровней радиации, наблюдавшееся при прохождении радиоактивного облака со скоростью 8 км/час.
15 Зак. 401
225
Как видно из приведенного рисунка, уровень радиации в радиусе 2—3 к,м составляет не менее 100 р/час.
ПОРАЖЕНИЕ ЛЮДЕЙ НА РАДИОАКТИВНО ЗАРАЖЕННОЙ МЕСТНОСТИ
При пребывании людей на местности, зараженной радиоактивными веществами, возможно поражение их ядерным излучением. Механизм поражающего действия излучения точно такой, как и при действии проникающей радиации. Однако имеются некоторые особенности действия радиоактивных излучений на людей, находящихся на зараженной местности. При воздействии проникающей радиации на человека источник ядерного излучения находится на некотором, иногда значительном расстоянии от него, а время действия ионизирующего излучения относительно небольшое; оно составляет всего лишь 10—15 сек. Иная картина наблюдается при нахождении человека на радиоактивно зараженной местности. Источники радиоактивных излучений могут находиться в непосредственной близости от человека. Более того, радиоактивная пыль может оседать на кожные покровы человека и даже попадать внутрь организма. В связи с этим человек, находясь на радиоактивно зараженной местности, может подвергнуться как внешнему, так и внутреннему облучению.
При внешнем облучении источник радиоактивного излучения находится на некотором расстоянии от человека. В этом случае поражающее действие излучения прекратится с того момента, как человек покинет зону радиоактивного заражения либо удалит радиоактивные вещества с окружающих объектов.
223
Из всех видов ядерного излучения, действующего при внешнем облучении, альфа-частицы и некоторая доля бета-частиц будут поглощаться обмундированием и кожным покровом. В этом случае на человека будут действовать в основном гамма-лучи. Их энергия в среднем равна 0,75 Мэз. Следовательно, они будут ослабляться более значительно, чем гамма-излучение, входящее в состав проникающей радиации атомного взрыва. Для ослабления в 2 раза гамма-лучей с энергией квантов 0,75 Мэв необходимо на каждый квадратный сантиметр поверхности иметь 9 граммов вещества. Следовательно, обеспечить защиту от поражающего действия гамма-лучей, испускаемых на зараженной местности, проще, чем от проникающей радиации. Однако эти лучи почти не будут ослабляться обмундированием и кожей.
Внутреннее облучение наступает при попадании радиоактивных веществ внутрь организма с пищей, водой, воздухом или через открытые раны. Попадая в организм, радиоактивные вещества разносятся кровью по всему организму и откладываются избирательно в отдельных его органах. Радиоактивный натрий — преимущественно в печени и кроветворных органах, фосфор и кальций — в костях, иод — в щитовидной железе, плутоний (уран) — в почках и корневых луковицах волос. Некоторые тяжелые элементы (плутоний, иттрий, торий и др.) откладываются, так же как фосфор и кальций, в костях.
Выпадение радиоактивных веществ из организма происходит весьма медленно, путем естественных выделений. Твердые радиоактивные вещества могут удаляться через почки, потовые железы, молочные железы, железы желудка и
15
227
кишечника, а газообразные продукты — легкими с выдыхаемым воздухом *.
Труднее всего выделяются элементы, связанные с костной тканью. Количество радиоактивных веществ в костях в течение 1—2 месяцев даже несколько возрастает за счет перехода их из других тканей. Из мягких тканей в течение 6 месяцев выделяются практически все радиоактивные вещества. Быстрее всего радиоактивные изотопы выделяются из нервной ткани и кожи (5—30 дней). Наиболее тяжелые элементы задерживаются длительное время (2—3 года). Поэтому поражение при внутреннем облучении может продолжаться длительное время.
К настоящему времени в медицине найдены методы, позволяющие ускорить выход радиоактивных веществ из организма. Проведение подобных мероприятий необходимо, так как поражающее действие при внутреннем облучении может быть значительным. Особенно опасно нахождение в организме альфа-активных веществ. Действие этих изотопов сопровождается высокой ионизирующей способностью при значительном периоде полураспада; выделение их из организма происходит медленно.
Внутреннее облучение может постепенно привести к тяжелым последствиям. Однако этого можно полностью избежать, если своевременно и правильно использовать индивидуальные средства противохимической защиты: противогаз, защитные чулки и перчатки, комбинезон и др. Эти простые, но надежные средства в полной мере гарантируют от попадания радиоактивных ве-
1 Сборник статей «Биологическое действие излучений и клиника лучевой болезни». Медгиз, 1954 г,
228
ществ не только внутрь организма, но и на кожные покровы, обмундирование и частично на снаряжение и вооружение.
Важное значение для защиты людей, находящихся на зараженной местности, имеет непрерыв-
Время (часы)
Рис. 57. Зависимость общей дозы от времени, прошедшего после атомного взрыва
чением личного состава. Хорошо организованный контроль за облучением позволяет предупредить поражение людей ядерным излучением.
Поражающее действие на радиоактивно зараженной местности, как правило, определяется уровнями радиации, измеряемыми единицами мощности дозы.
Зная уровень радиации, можно рассчитать суммарную дозу излучения, которую получит личный состав за время пребывания на зараженной местности. Для этого можно воспользоваться графиком, приведенным на рис. 57. Применение
229
этого графика рассмотрим на примере. Пусть мощность дозы через 1 час после атомного взрыва составляет 9 p/час. Найдем дозу излучения, получаемую личным составом за последующие три часа пребывания на зараженной местности. По графику (рис. 57) найдем дозу, которую получил бы личный состав при уровне радиации 1 p/час. Это будет 7,3 рентгена. Фактически уровень радиации через 1 час после взрыва составлял не 1 p/час, а 9 p/час. Таким образом, суммарная доза будет равна 7,3  9 = 65,7 рентгена.
При внешнем облучении в течение нескольких месяцев или лет человек без вреда для здоровья может получить и большую дозу, чем 50 рентген.
Доза, которая может быть получена при внутреннем облучении, зависит от многих факторов. К ним относятся: концентрация радиоактивных веществ в организме, вид радиоактивного вещества, период его полураспада, характер и энергия излучения, скорости выпадения радиоактивных веществ из организма и др. Поэтому предельно допустимые количества различных радиоактивных изотопов будут различными.
Однако практически можно считать, что допустимым количеством различных радиоактивных веществ в организме является такое количество, которое в течение суток создает дозу излучения, не превышающую 0,05 рентгена для бета- и гамма-излучателей и 0,005 рентгена для альфа-излучателей.
Исходя из этого условия, примерная средняя допустимая концентрация бета-, гамма-радиоактивных веществ в воздухе составляет 10"7 мккюри/л, а в воде — 5 • Ю"4 мккюри/л. Для альфа-радиоактивных веществ допустимая концентрация 230
в воздухе будет равна 3•10~п мккюри/л, для воды — 10~5 мккюри/л.
Люди постоянно подвергаются как внешнему, так и внутреннему облучению от природных источников ядерного излучения. Внешнее облучение приходит в виде космических лучей и излучения от радиоактивных элементов, имеющихся в горных породах. Внутреннее облучение обусловливается присутствием радиоактивных элементов (главным образом кальция) в организме человека. В силу этих причин общая доза, получаемая человеком на уровне моря, составляет в среднем 0,1 рентгена в год.
0 --
= О О .-
Глава 7
ПРОТИВОАТОМНАЯ ЗАЩИТА ВОЙСК
ПРОТИВОАТОМНАЯ ЗАЩИТА ВОЙСК — НОВЫЙ ВИД БОЕВОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ
Атомное оружие взрывного действия в отличие от обычных средств поражения обладает исключительно большой мощностью и комбинированным воздействием. Несмотря на кратковременность действия ударной волны, светового излучения и проникающей радиации, это оружие может наносить поражения людям, а также вызывать разрушения вооружения, боевой техники, сооружений и т. п. на значительном расстоянии от места взрыва. При этом незащищенные люди чаще всего будут получать комбинированное поражение в результате совместного воздействия ударной волны, светового и ядерных излучений. Характер и степень поражения зависят от мощности и вида атомного взрыва, расстояния до центра взрыва, рельефа местности и т. п.
При действии на местности, зараженной радиоактивными веществами, незащищенные люди подвергаются воздействию радиоактивных излучений. При длительном пребывании на сильно заражен
232
ной местности они могут заболеть лучевой болезнью, как и в случае поражения проникающей радиацией.
В армиях капиталистических стран уделяется особое внимание вопросам применения атомного оружия. Так, только в американской армии проведены специальные учения с применением атомного оружия под названием «Южная сосна», «Лонгхорн», «Дезерта Рок», «Полнолуние», «Тор-киш скай-1» («Турецкое небо-1») и др. Кроме того, проводятся ежегодные испытания различных видов атомного оружия. По сведениям иностранной печати, с момента первого экспериментального взрыва (16 июля 1945 г.) до осени 1957 г. американцами проведено около 100 взрывов атомных и водородных бомб. Все это свидетельствует о том, что армии капиталистических стран проводят усиленную подготовку к боевом}' использованию атомного оружия.
Угроза применения атомного оружия и мощность его поражающего воздействия вызывают необходимость осуществления войсками нового вида боевого обеспечения, а именно — противоатомной защиты (ПАЗ). В современных армиях противоатомная защита войск и объектов тыла занимает одно из наиболее важных мест.
Противоатомная защита войск представляет собой сложный комплекс мероприятий. Она организуется и осуществляется каждым командиром во всех видах боевой деятельности подчиненных частей и подразделений. Войска должны осуществлять мероприятия ПАЗ с целью обеспечения постоянной боевой готовности и активности действия их в условиях применения атомного оружия.
233
Противоатомная защита войск как новый вид боевого обеспечения включает в себя следующие основные мероприятия:
1.	Обнаружение и уничтожение атомного оружия противника.
2.	Оповещение войск об угрозе атомного нападения.
3.	Обеспечение защиты войск от поражающего действия атомного оружия (рассредоточение и маскировка войск; инженерное оборудование позиций, районов расположения подразделений и использование защитных свойств местности).
4.	Радиационная разведка и дозиметрический контроль (непрерывное проведение радиационной разведки, соблюдение мер защиты от поражения радиоактивными веществами).
5.	Ликвидация последствий атомного нападения.
Задачи по вскрытию подготовки и срыву атомного нападения противника, по обнаружению и уничтожению атомного оружия, средств атомного нападения (самолетов-носителей, атомной артиллерии, ракет) могут выполняться авиацией^ артиллерией и другими средствами по планам высшего командования.
С целью оповещения войск о непосредственной угрозе атомного нападения противника подаются сигналы по радио и проводным средствам связи, которые дублируются другими средствами сигнализации — ракетами, звуками сирены и т. п.
По сигналу атомной тревоги войска продолжают выполнение боевых задач, приняв необходимые меры к отражению атомного нападения и к защите от поражающего действия атомного оружия. При этом личный состав, не принимаю
234
щий непосредственного участия в боевой деятельности, располагается в естественных и искусственных укрытиях.
Уместно напомнить, что противник будет стремиться применить атомное оружие внезапно, как это было в Хиросима и Нагасаки. Если бы население этих городов было своевременно предупреждено и люди в момент атомного взрыва находились в укрытиях, подготовленных к защите на случай бомбардировки даже обычными авиабомбами, то количество пострадавших было бы значительно меньшим. Отсюда следует, что важно своевременно предупреждать войска и население об угрозе атомного нападения.
Обеспечение защиты войск от поражающего действия атомного оружия (ударной волны, светового излучения, проникающей радиации и радиоактивного заражения) является одним из важнейших мероприятий противоатомной защиты. Этим достигается сохранение боеготовности войск.
Защита личного состава войск, вооружения, боевой техники и войскового имущества от поражающего действия атомного оружия обеспечивается рассредоточением войск, маскировкой, проведением противопожарных мероприятий, использованием защитных свойств местности, устройством укрытий, мерами безопасности при действиях на местности, зараженной радиоактивными веществами, и другими мероприятиями.
Из перечисленных мероприятий особое значение имеет устройство укрытий, обеспечивающих наиболее надежную защиту личного состава, боевой техники и имущества от поражающего действия атомного оружия.
Весьма серьезное внимание следует уделять радиационной разведке, которая должна вестись
235
всеми родами войск во всех видах их боевой деятельности. Радиационная разведка проводится с целью своевременного обнаружения и измерения зараженности местности и предметов радиоактивными веществами, а также обозначения районов заражения для того, чтобы личный состав мог своевременно принять соответствующие меры по защите. Кроме того, при действиях на зараженной местности производится дозиметрический контроль облучения личного состава. Дозиметрический контроль проводится также при санитарной обработке личного состава и дезактивации боевой техники, вооружения, имущества, сооружений и проходов.
Ликвидация последствий атомного нападения, так же как и другие мероприятия ПАЗ, заранее предусматривается в планах противоатомной защиты войск. Основной целью ликвидации последствий атомного нападения является быстрейшее восстановление боеготовности войск. Она включает в себя следующие мероприятия: аварийно-спасательные работы, оказание первой помощи пострадавшим и их эвакуацию в лечебные учреждения, тушение пожаров, восстановление поврежденных линий связи, фортификационных сооружений, мостов и переправ, устройство проходов через завалы, оборудование обходов, дезактивацию позиций и проходов через участки местности, зараженные радиоактивными веществами, дезактивацию оружия, боевой техники и имущества, санитарную обработку личного состава.
Для ликвидации последствий атомного нападения назначаются специальные подразделения или команды с тем, чтобы войска после атомного нападения противника могли продолжать выполнение своих основных боевых задач.
236
Необходимо помнить, что атомное нападение противника не может служить основанием для прекращения выполнения боевых задач. При этом следует учитывать, что противник будет стремиться немедленно использовать результаты своего атомного удара.
Как видно из приведенного примерного перечня мероприятий противоатомной защиты, они весьма разнообразны. В зависимости от конкретных условий боевой деятельности войск (марш, наступление, оборона и др.), а также условий местности и времени года (в горах, пустыне, в лесу, в зимнее или летнее время и т. д.) значимость отдельных мероприятий ПАЗ может уточняться. Важность и сложность этих мероприятий, а также необходимость своевременного их выполнения требуют четкого планирования и высокой организованности войск при осуществлении мероприятий противоатомной защиты.
Личный состав войск должен быть хорошо обучен действиям в условиях применения атомного оружия. Для этого необходимо знать боевые свойства атомного оружия, а также средства и способы противоатомной защиты.
Ниже мы рассмотрим подробнее некоторые основные виды мероприятий противоатомной защиты.
ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЗАЩИТЫ ВОЙСК ОТ ПОРАЖАЮЩЕГО ДЕЙСТВИЯ АТОМНОГО ОРУЖИЯ
Обеспечение защиты войск от поражающего действия атомного оружия достигается осуществлением ряда мероприятий. К таким мероприятиям, в частности, могут быть отнесены: маскировка, рассредоточение войск, обеспечение их
237
укрытиями, меры защиты при действиях на местности, зараженной радиоактивными веществами, а также противопожарные мероприятия.
Тщательное и своевременное проведение маскировки является важной и ответственной задачей войск. Маскировка затрудняет противнику выбор целей для атомного удара. Введение противника в заблуждение относительно истинного расположения войск может вынудить его применить атомное оружие по ложным и второстепенным объектам.
При проведении маскировочных мероприятий необходимо учитывать возросшие возможности обнаружения объектов с использованием современных средств разведки.
Арсенал современных средств разведки весьма обширен и разнообразен. В настоящее время возможно обнаружение войсковых объектов как с земли, так и с воздуха, днем и ночью, в тумане и в дыму. Для наблюдения с воздуха и земли наряду с другими средствами могут широко применяться средства радиолокационной разведки и инфракрасной техники. В соответствии с этим способы маскировки должны быть разнообразными и учитывать возможности современных средств разведки, с одной стороны, и условия расположения и действий войск — с другой.
Для маскировки войск следует использовать прежде всего естественные условия — рельеф, растительность, местные предметы и т. п. Отдельные объекты могут маскироваться также искусственными масками из подручных и табельных средств. Против радиолокационной разведки, например, применяются различного рода отражатели ультракоротких радиоволн, скрывающие действительное расположение войсковых объектов, 238
Наряду с этим имеются специальные средства И приемы маскировки и от других видов разведки противника.
В целях маскировки могут создаваться ложные войсковые объекты с применением различных макетов с имитацией деятельности войск.
Для маскировки войск особое значение имеет строгое соблюдение маскировочной дисциплины. Для разведки противника могут оказаться ценной находкой лишний след танка или автомобиля, лишняя тропа, протоптанная людьми, вспышка спички или огонек папиросы ночью. Даже по таким, казалось бы, незначительным признакам можно обнаружить район расположения войск и местоположение важных военных объектов.
Важнейшим мероприятием защиты от поражающего действия атомного оружия является рассредоточение войск. Зона поражения атомным взрывом представляет собой значительную площадь. Чем меньше войск окажется в зоне поражения, тем меньше будет потерь при атомном взрыве. Поэтому желательно располагать войсковые объекты на таких расстояниях, которые исключали бы возможности поражения одним атомным взрывом нескольких объектов. Степень рассредоточения определяется прежде всего тактическими соображениями и назначается в соответствии с задачами, выполняемыми войсками, с учетом защитных свойств местности и наличием укрытий.
Возвышенности или лесные массивы между объектами ограничивают поражающее действие атомного взрыва. В связи с этим уменьшается опасность одновременного поражения соседних объектов при атомном нападении на один из них.
239
Обеспечение войск укрытиями не только повышает степень их защиты' при атомном взрыве, но оказывает существенное влияние и на степень требующегося рассредоточения войск. Чем надежнее укрытия, тем большей может быть плотность расположения войск на местности.
Для защиты войск от действия атомного оружия прежде всего должны быть использованы естественные укрытия: овраги, выемки, канавы, воронки, подземные выработки, пещеры и др. Кроме того, в населенных пунктах необходимо использовать в качестве укрытий подвалы зданий, обладающие значительной прочностью.
При расположении войск в лесу необходимо учитывать, что в его глубине уменьшается, по сравнению с открытой местностью, действие скоростного напора ударной волны. Кроны деревьев могут защитить от светового излучения. На некоторых расстояниях от места атомного взрыва в лесу несколько ослабляется поражение проникающей радиацией. Но в лесу опасны завалы и пожары, которые могут возникнуть в результате атомного взрыва. Поэтому обеспечение войск укрытиями в этом случае остается важным и неотложным мероприятием.
С появлением атомного оружия и угрозой его применения потребность в укрытиях значительно возросла, так как войска должны устраивать укрытия не только для личного состава, но и для боевой техники и имущества. Следовательно, возрос и объем инженерных работ, подлежащих выполнению войсками, а время на их выполнение значительно сократилось в связи с ростом темпов современного боя и операции. Поэтому в целях сокращения объемов работ по устройству укрытий следует использовать все возможности приме
240
нения естественных укрытий. Для сокращения сроков обеспечения войск укрытиями необходимо широко применять индустриальные методы инженерных работ.
Простейшие укрытия выполняются в виде окопов, открытых щелей и траншей. Для их устройства можно обойтись подручными материалами. При устройстве более надежных укрытий (закрытых сооружений) необходимы материалы для изготовления прочных остовов, способных выдержать значительное давление, создаваемое ударной волной атомного взрыва. В этих случаях рассчитывать только на подручные материалы не приходится.
Работы по оборудованию укрытий, обеспечивающих наибольшую защиту от атомного оружия, можно ускорить применением высокопроизводительных инженерных машин и использованием централизованно заготовленных сборных деталей остовов сооружений. Обеспечение войск табельными средствами в виде готовых конструкций, перевозимых с собой, должно найти широкое применение.
Различные войсковые объекты при действии атомного оружия обладают неодинаковой устойчивостью по отношению к его отдельным поражающим факторам. Поэтому они нуждаются в различной защите. Личный состав, например, необходимо укрыть от всех видов поражающего действия атомного взрыва, тогда как большинство видов боевой техники и имущества нуждается в защите только от ударной волны и особенно от метательного действия скоростного напора.
Для танков безопасное расстояние от центра
16 Зак. 401
241
атомного взрыва будет в несколько раз меньше, чем для личного состава, находящегося на открытой местности. Подобное положение имеет место и для артиллерийских систем. Поэтому инженерные работы целесообразно организовывать так, чтобы обеспечить укрытиями личный состав в первую очередь, а технические средства — в последующем, когда защита людей будет достаточно обеспечена.
Как известно, абсолютная защита от всех видов поражающего действия атомного оружия технически возможна, но для ее осуществления требуются затраты соответствующего времени, сил и средств, которыми в боевой обстановке войска не всегда будут располагать. Поэтому войска в ходе выполнения боевых задач обеспечивают себе защиту постепенно, начиная с устройства простейших укрытий. Простейшие укрытия в виде окопов и щелей уже дают защиту от атомного оружия, хотя еще далеко не полную. При расположении войск даже в таких укрытиях размеры зон поражения сокращаются в несколько раз. С течением времени и по мере поступления строительных материалов или готовых конструкций укрытия должны непрерывно совершенствоваться и устраиваться с более высокими защитными свойствами. При этом защита войск будет повышаться, а размеры зон поражения существенно сокращаться.
При действиях войск после применения атомного оружия необходимо особо тщательно проводить радиационную разведку. В случае обнаружения радиоактивного заражения местности личный состав должен принимать меры защиты от поражения радиоактивными веществами. К таким мерам относятся прежде всего использова
242
ние индивидуальных средств защиты и строгое соблюдение режима поведения, установленного для этих случаев. Кроме того, в необходимых случаях нужно проводить дезактивацию местности, оружия и боевой техники и санитарную обработку людей.
К индивидуальным средствам защиты относятся противогаз, защитный костюм или накидка (защитный плащ), защитные перчатки и накидка-подстил.
Основным индивидуальным средством защиты от радиоактивных веществ является противогаз. Пользуясь противогазом, можно полностью избежать попадания радиоактивных веществ в дыхательные пути, на слизистые оболочки рта, носа и глаз, а также на кожные покровы лица. Защитный костюм (рис. 58) надежно защищает от попадания радиоактивных веществ на обмундирование и на кожные покровы тела. Пыле- и газонепроницаемая ткань защитного костюма не пропускает ни жидких, ни пылевидных веществ. В этих же целях могут использоваться накидка, защитные чулки и перчатки, а также соответствующие подручные материалы.
При действиях на местности, зараженной радиоактивными веществами, необходимо предусматривать сокращение до минимума времени пребывания на зараженных участках. Особенно важно соблюдение личным составом мер предосторожности, обеспечивающих людей от соприкосновения с радиоактивными веществами.
Дезактивация оружия и боевой техники, зараженной радиоактивными веществами, необходима для того, чтобы избежать поражения людей, соприкасающихся с этими предметами. Санитарная
16*
243
обработка людей производится с целью скорейшего удаления радиоактивных веществ с кожных покровов и слизистых оболочек и прекращения их вредного воздействия на организм.
Рис. 58. Индивидуальные средства защиты для действий на местности, зараженной радиоактивными веществами
УКРЫТИЯ
Открытые фортификационные сооружения, создаваемые войсками в виде окопов и траншей, могут служить укрытиями для личного состава и некоторых видов боевой техники. Они обеспечи
244
вают защиту не только от пуль и осколков, образующихся при взрывах снарядов, мин и авиабомб, но и от поражающего действия атомного взрыва.
Рассмотрим защитные свойства открытых фортификационных сооружений.
В одиночном окопе для стрельбы в положении лежа стрелок находится уже в более благоприятных условиях, чем в таком же положении на поверхности земли. При прохождении ударной волны скоростной напор будет оказывать меньшее действие на человека, находящегося в таком окопе, так как поверхность его тела почти не возвышается над землей. Но такое сооружение почти не защищает от светового излучения и проникающей радиации.
Одиночный окоп для стрельбы в положении стрелка стоя на ступени, приведенный на рис. 59, обладает более высокими защитными свойствами. Если стрелок по первым признакам атомного взрыва (по яркой вспышке света) опустится на дно окопа, то он не подвергнется воздействию скоростного напора ударной волны. От светового излучения он будет защищен тенью, создаваемой крутостью земляной отрывки. Доза проникающей радиации в таком окопе также значительно слабее, чем на поверхности земли.
Почти такими же защитными свойствами обладают траншеи и открытые щели.
При укрытии личного состава в траншеях, ровиках при орудийных площадках и в открытых щелях радиус зоны поражения атомным взрывом сокращается примерно в 1,5 раза по сравнению с открытым расположением на поверхности земли. Площадь зоны поражения уменьшается в два с лишним раза.
245
to s
Рис. 59. Одиночный окоп для стрельбы со ступени: а — положение стрелка при стрельбе; б — положение стрелка при атомном взрыве
Защитные свойства траншей, щелей и ровиков можно значительно повысить устройством над ьними прочных перекрытий, способных выдержать .давление, создаваемое ударной волной атомного взрыва. Перекрытия устраивают из бревен, укладываемых поперек рва всплошную, или из железобетонных плит, металлических балок, элементов волнистой стали, фашин и даже из удлиненных мешков, заполненных сыпучим грунтом (рис. 60). Поверх перекрытия должен быть насыпан слой грунта 40—50 см толщиной. При большей толщине обсыпки укрытия такого рода будут выделяться на фоне брустверов и демаскировать их расположение. Крутости земляной отрывки необходимо крепить одеждой из жердей, досок, пластин или других материалов. Входы в перекрытые участки таких укрытий можно закрывать приставными щитами из досок, жердей и т. д.
В перекрытых щелях, траншеях и ровиках ослабляется действие ударной волны, обеспечивается полная защита от светового излучения, проникающая радиация снижается в 25—30 раз. В таких сооружениях радиус зоны поражения личного состава будет сильно сокращен по сравнению с открытым расположением, а площадь поражения значительно уменьшена.
На устройство перекрытой щели для укрытия до 10 человек требуется приблизительно 70 чел.-час., а с заготовкой необходимого количества лесоматериалов (около 4 куб. м) — 90 чел.-час.
Закрытые фортификационные сооружения обладают более высокими защитными свойствами. Они обеспечивают полную защиту от светового излучения и могут значительно ослаблять действие проникающей радиации. Кроме того, обла-
247
Рис. 60. Перекрытые участки траншей (разрезы): а — перекрытие из бревен; б — перекрытие из удлиненных мешков с грунтом
дая прочными остовом и защитной дверью, за-крытые сооружения способны обеспечивать защиту от действия ударной волны.
Для более надежной защиты личного состава войска устраивают блиндажи и убежища, из которых первые являются наиболее массовыми укрытиями.
248
Блиндаж (рис. 61) представляет собой укрытие с прочным остовом, способным выдержать сверху и сбоков значительные давления, создаваемые ударной волной атомного взрыва. Остов блин-
Рис. 61. Схема устройства и типовые размеры блиндажа
дажа может быть устроен из дерева, железобетона, волнистой стали или других материалов. Грунтовая толща над покрытием должна быть не менее 100 см. Вход в блиндаж необходимо закры
249
вать прочной дверью для защиты от затекания в сооружение ударной волны. Без прочных дверей защитные свойства такого укрытия будут не выше, чем у крытой щели или траншеи.
Дверь блиндажа весьма важный конструктивный элемент. Изготавливается она в виде щита из двух слоев досок. Доски большей толщины (5—6 см) располагаются поперек, а меньшей (2—2,5 см) — вдоль дверного проема. Дверь должна плотно прилегать к дверной коробке снаружи по всему контуру, чтобы исключить возможность заклинения ее при перекосах от сотрясений, создаваемых ударной волной. Сама дверная коробка и навесы для крепления двери должны быть прочными. Целесообразно прокладывать между слоями досок толь, руберойд или другой газонепроницаемый материал, а места прилегания дверного полотна к раме герметизировать прокладкой из резины или другого материала. Кроме этого, дверь должна иметь крепкий запор, иначе ее распахнет отсосом воздуха при прохождении зоны разрежения и люди подвергнутся действию отрицательного (меньше атмосферного) давления.
Защитные двери для блиндажей могут быть изготовлены также из клееной фанеры, металла и других прочных материалов.
В блиндаже доза проникающей радиации при атомном взрыве примерно в 200—400 раз меньше, чем на поверхности земли.
При расположении личного состава в блиндажах радиус зоны поражения атомным взрывом в несколько раз меньше, чем на открытой местности, а поражаемая площадь сокращается во много раз.
На устройство блиндажа с остовом из бревен
250
чатых рам требуется примерно 100 чел.-час., а расход материалов составляет до 4 куб. м бревен диаметром 12—14 см и до 35 кг металлоизделий, из которых половина приходится на долю поковок для защитной двери.
В рассмотренных видах укрытий — окопах, траншеях, щелях, ровиках и блиндажах — защита от отравляющих и радиоактивных веществ достигается лишь применением индивидуальных средств защиты.
Убежища отличаются от других видов укрытий тем, что они, обладая более высокими защитными свойствами, позволяют личному составу находиться в них без противогазов и других средств индивидуальной защиты как при химическом, так и при атомном нападении противника. Это особенно ценно, если учесть, что личному составу необходимы условия для приема пищи и отдыха, для работы пунктов управления боем и медицинских пунктов.
Убежища могут устраиваться подземного типа путем выработки грунта без нарушения толщи земли над сооружением или котлованного типа, когда в отрытый котлован устанавливается остов убежища, который затем засыпается грунтом.
На рис. 62 показана принципиальная схема убежища.
Убежища легкого типа для личного состава могут устраиваться вместимостью до 10 человек, располагаемых на двухъярусных нарах в положении лежа. При размещении на верхних нарах лежа, а на нижних сидя вместимость убежища удваивается.
Как котлованные, так и подземные убежища должны иметь прочный остов (обделку внутренних поверхностей), воспринимающий нагрузки,
251
Продольный разрез
Рис. 62. Схема устройства убежища легкого типа
возникающие при воздействии на сооружения ударной волны атомного взрыва.
Грунтовая толща на покрытии убежища легкого типа должна быть не менее 150 см. Такие размеры защитной толщи обеспечивают защиту не только от мин, но и от проникающей радиации атомного взрыва.
Защитная толща из насыпанного грунта обычно водо- и газопроницаема. Для защиты от затекания в убежище атмосферных вод и в целях герметизации убежища по его покрытию до засыпки остова укладывается прослойка из водонепроницаемого и герметичного материала (толь, рубе-ройд или другой рулонный материал). При отсутствии рулонных материалов газонепроницаемый слой устраивается из глиняной смазки толщиной до 10 см. После укладки герметизирующей прослойки засыпка остова производится сначала вручную, чтобы ее не повредить комьями грунта, затем обваловку можно делать и бульдозером, не опасаясь за целость уложенной прослойки.
Вход в убежище оборудуется одним — двумя тамбурами с герметическими дверями. Наружная защитная дверь должна быть настолько прочной, чтобы выдержать большое давление, создаваемое ударной волной. Тамбуры предохраняют от проникания и заноса внутрь помещения зараженного воздуха при входе людей.
Убежища, как правило, должны быть оборудованы отопительными и фильтро-вентиляционными установками. Последние предназначаются для подачи внутрь помещения очищенного воздуха, так как люди в убежище должны иметь возможность находиться без противогазов. Избыток очищенного воздуха, создаваемый в сооружении, устремляется из убежища через тамбуры и щели
253
в конструкциях и тем самым препятствует затеканию наружного отравленного воздуха внутрь сооружения. Таким образом, фильтро-вентиляционная установка является как бы необходимым дополнением к герметизации убежища, обеспечивающим защиту от отравляющих химических и радиоактивных веществ.
При оборудовании убежищ возникает необходимость защиты воздухозаборных отверстий и дымовых каналов от затекания через них ударной волны внутрь помещения. Затекание ударной волны может вызвать опасное для людей повышение давления в сооружении. В целях защиты от затекания ударной волны отверстия оборудуются специальными клапанами или волногасителями.
На рис. 63 показан разрез гравийного волногасителя. Он представляет собой ящик размером в плане 60 X 60 см или бочку из-под горючего с решеткой внизу, на которую сверху насыпается слой гравия толщиной 60 см. Воздухозаборная труба подводится под решетку. Гравий должен быть диаметром 20—40 мм и без примеси песка. При действии ударной волны по мере проникания воздуха через такой слой гравия давление в ней снижается до безопасного.
Подземные убежища более надежны, но на их устройство требуется значительно больше рабочего времени, чем при постройке убежищ котлованного типа. Так, если .на постройку подземного убежища легкого типа требуется около 1700 чел.-час., то на котлованное убежище такого же типа расходуется примерно 650 чел.-час. С применением средств механизации затраты ручного труда на подземное убежище сокращаются примерно до 1100 чел.-час., а на котлованное — 254
до 130 чел.-час. Расход лесоматериалов одинаков. Поэтому при постройке укрытий войсками котлованные убежища применяются в более широких масштабах, чем подземные. Кроме указанных причин, ограниченное применение подземных убежищ объясняется также необходимостью
Рис. 63. Гравийный волногаситель (разрез)
иметь и соответствующие гидрогеологические условия на месте постройки убежища. Эти и другие условия в значительно меньшей степени оказывают влияние на возможность постройки котлованных убежищ.
В убежищах легкого типа радиус зоны поражения для личного состава уменьшается в несколько раз по сравнению с открытым расположением, а площадь поражения — в несколько десятков раз.
На рис. 64 схематично показано, как по мере
255
Рис. 64. Сокращение радиусов возможного поражения в зависимости от обеспеченности войск укрытиями
обеспечения войск укрытиями сокращаются зоны поражения личного состава атомным взрывом.
Из этой схемы видно, насколько необходимо обеспечение войск укрытиями и как важно создавать наиболее надежные укрытия в самые короткие сроки.
При устройстве убежищ в населенных пунктах следует широко использовать подвальные помещения с прочными железобетонными и сводчатыми перекрытиями. Подвальные убежища обладают высокой устойчивостью и, не теряя защитных свойств, сохраняются даже в тех случаях, когда под действием ударной волны разрушается остальная часть здания. На их устройство требуется значительно меньше времени и средств, чем на возведение специальных убежищ, располагаемых вне зданий. Подвальное помещение представляет собой по существу уже готовый остов для будущего убежища и только в отдельных случаях требует лишь некоторого усиления и соответствующего оборудования для того, чтобы оно стало надежным средством защиты от действия поражающих факторов атомного взрыва.
На приспособление подвала под убежище требуется в два с лишним раза меньше затрат ручного труда, чем на такое же убежище котлованного типа. Расход материалов сокращается в еще большей степени.
Одной из особенностей подвальных убежищ является то, что на их покрытия и стены ударная волна действует значительно слабее, чем на другие части здания. Давление ударной волны на стены подвального этажа (рис. 65) передается через грунт. Вследствие этого его величина уменьшается примерно в 2—3 раза (в зависимости от вида грунта) по сравнению с давлением,
17 Зак. 401
257.
gsz
эинвИе ви HHiroa ион<1в1гА эиахэиаи -дэ -эи^
воспринимаемым стенами здания, возвышающимися над уровнем земли. Что касается подвального перекрытия, то действие ударной волны на него существенно ослабляется верхней частью здания. Ударная волна воздействует на такое перекрытие не прямо, а лишь по мере затекания ее через окна и двери внутрь помещения первого этажа. В связи с этим эффект действия ударной волны на подвальные перекрытия уменьшается примерно в 2 раза по сравнению с покрытиями сооружений, расположенных вне зданий. Даже в случае разрушения здания подвальное перекрытие оказывается защищенным от прямого воздействия ударной волны, так как на затекание ударной волны внутрь здания требуется меньше времени, чем на его разрушение.
Другая особенность подвальных убежищ заключается в том, что расположенные над ними этажи зданий обеспечивают, как правило, хорошую защиту от действия проникающей радиации. Степень ослабления проникающей радиации при воздушном атомном взрыве прежде всего будет зависеть от количества, а также от толщины и материала междуэтажных перекрытий. Количество междуэтажных перекрытий, находящихся на пути распространения проникающей радиации, окажется тем больше, чем ближе будет расположено здание по отношению к эпицентру взрыва (см. рис. 66, положение 1, 2, 3). Поэтому на близких расстояниях от эпицентра взрыва, когда доза проникающей радиации будет наибольшей, значительно увеличивается и степень ее ослабления междуэтажными перекрытиями. С удалением от эпицентра взрыва степень ослабления проникающей радиации междуэтажными перекрытиями уменьшается. Однако это не имеет существен
17*
259
ного значения, так как одновременно с увеличением расстояния резко снижается и доза проникающей радиации. В целом междуэтажные перекрытия (особенно железобетонные) при воздушном атомном взрыве обеспечивают достаточно эффективное снижение дозы проникающей радиации.
Эпицентр
Рис. 66. Ослабление дозы проникающей радиации междуэтажными перекрытиями здания на различных расстояниях от эпицентра атомного взрыва
Весьма показателен случай, имевший место при взрыве атомной бомбы в Хиросима. Люди, находившиеся в разных этажах прочного четырехэтажного железобетонного здания на расстоянии 220 м от эпицентра взрыва, вначале получили только легкие ранения. Затем (через 6—17 суток)
260
часть из них погибла от поражения проникающей радиацией, и только находившиеся в первом этаже здания люди остались в живых. Таким образом, три междуэтажные и одно чердачное перекрытие железобетонного здания обеспечили защиту людей от действия проникающей радиации на расстоянии 220 м от эпицентра атомного взрыва.
Ослабление проникающей радиации междуэтажными перекрытиями будет также весьма существенным в случае разрушения здания ударной волной. Это объясняется тем, что на распространение ударной волны от места взрыва атомной бомбы до здания и последующее разрушение его требуется время, исчисляемое несколькими секундами. В течение этого времени заканчивается действие потока нейтронов, а также значительно снижается интенсивность гамма-излучения. Защиту от более слабого гамма-излучения, действующего в течение последующих нескольких секунд, способны обеспечить обломки разрушенного здания и подвальное перекрытие.
При устройстве подвальных убежищ недостаточно прочные подвальные перекрытия необходимо усиливать с учетом воздействия на них не только ударной волны атомного взрыва, но и падающих обломков, образующихся при разрушении вышестоящей части здания. Простейшим способом усиления является установка внутри подвала стоек или рам, подпирающих перекрытие. Большие подвальные помещения целесообразно делить промежуточными стенами на отсеки. Стены, устанавливаемые между отсеками, должны быть прочными и изолирующими отдельные помещения друг от друга.
Серьезное внимание при устройстве подваль
261
ных убежищ нужно уделять защите входов. 'Входы необходимо оборудовать прочными защитными дверями. В противном случае ударная волна может проникнуть в сооружение через вход и нанести поражение людям, находящимся в убежище. Помимо основного входа в убежище, необходимо предусмотреть устройство запасного выхода. Такой выход предназначается для эвакуации людей из убежищ в случае завала основного входа обломками здания.
Основной вход в убежище обычно устраивается из лестничной клетки. Запасный выход выводится из убежища при помощи крытого хода (потерны). Запасный выход следует располагать на удалении от здания не меньшем чем половина его высоты. Потерна запасного выхода должна быть достаточно прочной и не должна разрушаться от действия ударной волны и падающих обломков здания.
Подвальные убежища так же, как котлованные и подземные убежища, оборудуются фильтро-вентиляционными установками. В случае необходимости устраиваются отопительные установки. Воздухозаборные каналы и дымоходы должны иметь устройства для защиты от затекания через них ударной волны.
Наряду с подвальными убежищами (в случае отсутствия достаточного количества прочных подвальных помещений) в населенных пунктах можно устраивать простейшие укрытия и убежища, располагаемые вне зданий.
В защите от поражающего действия атомного взрыва нуждаются не только люди, но и боевая техника, вооружение и различное войсковое имущество. Рассмотрим некоторые виды укрытий для материальной части и имущества.
262
Основным поражающим фактором атомного взрыва для танков, бронетранспортеров, автомобилей, артиллерийских орудий и других видов боевой техники, а также для войскового имущества является ударная волна. При этом опасно не столько избыточное давление, сколько метатель-
Рис. 67. Окоп с укрытием для противотанковой пушки
ное действие скоростного напора ударной волны. Метательному действию скоростного напора подвергаются объекты, возвышающиеся над поверхностью земли, при воздействии на них ударной волны, распространяющейся вдоль ее поверхности. При этом чем больше площадь объекта, тем сильнее метательное действие скоростного напора. Объект, расположенный в углублении и не возвышающийся над землей, практически не подвергается действию скоростного напора.
На рис. 67 показано устройство окопа с укрытием для противотанковой пушки. Для обеспечения стрельбы прямой наводкой орудийная площадка заглублена незначительно — всего на 30— 40 см. Орудие в этом случае возвышается над горизонтом настолько, что для него еще опасно
263
метательное действие скоростного напора, а защита расчета, находящегося у орудия на площадке, вовсе ничтожна. Поэтому для защиты расчета устраивается блиндаж, а для защиты орудия — укрытие в виде котлована, располагаемого обычно впереди площадки. Запас боеприпасов хранится в нишах. В перерывах стрельбы или по сигналу атомной тревоги орудие опускается в укрытие по аппарели (наклонному спуску), а расчет укрывается в блиндаже.
После атомного взрыва расчет, выйдя из блиндажа, выкатывает орудие из укрытия и продолжает выполнять свои огневые задачи.
На устройство такого окопа вручную требуется примерно 80—90 чел.-час. (без учета работ по устройству блиндажа).
На закрытых позициях, когда нет необходимости вести стрельбу прямой наводкой, орудийные окопы отрывают такой глубины, чтобы они одновременно служили и укрытиями для орудий. Глубина их достигает 1,7 м (рис. 68). Впереди окопа отрывают ровик, в который опускается ствол орудия в перерывах стрельбы или по сигналу атомной тревоги. При расположении в таком окопе орудие и расчет значительно лучше защищены от поражающего действия атомного взрыва, чем при расположении в окопах малой глубины. Для более надеждой защиты расчета при окопе устраивается блиндаж.
На устройство заглубленного орудийного окопа вручную требуется ориентировочно 400 чел.-час., а с применением экскаватора 250 чел.-час. и 2,5 часа работы землеройной машины.
На рис. 69 показано устройство танкового окопа с укрытием для танка. При расположении танка в окопе (на менее заглубленной площадке)
264
Рис. 68. Окоп для гаубицы при стрельбе с закрытых позиций
защита от настильного огня и ударной волны значительно выше, чем при расположении на поверхности земли, так как в этом случае действию скоростного напора подвергается только башня с орудием, имеющая сравнительно небольшие размеры. Однако еще более надежной будет защита, если танк перейдет в более заглубленную часть
Рис. 69. Окоп с укрытием для тайка
265
сооружения — укрытие. В этом случае он вовсе не будет возвышаться над горизонтом.
На отрывку танкового окопа с укрытием, если эту работу производить вручную, требуется примерно 200 чел.-час., тогда как с применением средств механизации затраты ручного труда сокращаются до 30 чел.-час. Продолжительность работы бульдозера — 2,5 часа.
Танк сам по себе является хорошим укрытием для защиты экипажа от действия ударной волны, если будут задраены люки и закрыты все отверстия. В связи с этим по защитным свойствам от ударной волны он почти равноценен блиндажу. Однако по степени защиты от проникающей радиации танк равноценен открытой щели или траншее. Поэтому необходимо при первой возможности у танковых окопов и укрытий устраивать блиндажи для экипажей, обеспечивающие одинаково надежную защиту и от ударной волны, и от проникающей радиации.
Укрытие для самолета (рис. 70) представляет собой котлован с аппарелью. Для уменьшения
Рис. 70. Укрытие для самолета
266
глубины котлована вокруг него делается земляная насыпь.. Против аппарели насыпь не устраивается.
Укрытия для остальных видов боевой техники и имущества обычно представляют собой котло-
Рис. 71. Укрытие для автомобиля
ваны с аппарелями для въезда и выезда. Глубина укрытий должна быть не меньше высоты укрываемого объекта. Насыпь вокруг котлована делается высотой не менее 50 см (рис. 71).
У автомобилей и других машин под действием светового излучения при атомном взрыве загораются сначала сиденья и спинки в кабинах водителей. Поэтому при расположении в укрытии целесообразно все легковозгораемые предметы снимать и прятать в укрытиях или на дно котлована.
Бочки, контейнеры, бидоны и другие емкости с горючими и смазочными материалами следует располагать в укрытиях в виде котлована (рис. 72). Для защиты от действия светового излучения их следует присыпать сверху слоем грунта толщиной не менее 10 см.
267
Откосы укрытий для материальной части и имущества надо делать менее крутыми, чем у окопов. Если окопы и траншеи отрывают с откосами крутизной 5:1, то в укрытиях для техники и имущества они должны быть 3:1 или еще
Рис. 72. Укрытие для бочек с горючими и смазочными материалами
более пологими. Более крутые откосы котлована под действием ударной волны могут обрушиться и завалить грунтом танк, машину и т. п., а также выход (аппарель) из котлована. Это если и не повредит укрываемый объект, то воспрепятствует свободному выходу его из укрытия.
Укрытия для боевой техники, машин и имущества отрывают с применением бульдозеров, экскаваторов и других инженерных машин, а также взрывным способом. Подчистка котлованов производится вручную.
Расположенные в укрытиях объекты — танки, орудия, средства тяги, автомобили различного назначения и т. п. — маскируются горизонтальными масками, перекрывающими весь котлован. Маски могут быть из табельных маскировочных сетей с
268
вплетенными в них подручными материалами или из подручных средств — жердей, веток, соломенных или камышовых матов и т. п.
При расположении боевой техники в укрытиях в виде котлованов радиус зоны поражения для нее сокращается примерно в 1,5—2 раза по сравнению с расположением на открытой местности.
ПРОТИВОПОЖАРНЫЕ МЕРОПРИЯТИЯ
Световое излучение при атомном взрыве может вызвать массовые пожары. Пожары способны причинить войскам существенный ущерб, если заблаговременно не будут приняты меры противопожарной защиты. Кроме материального ущерба, пожары могут создать помехи в выполнении боевых задач войск.
Опасность возникновения пожаров при атомном взрыве зависит от ряда условий. Среди них (из местных условий) наиболее важными являются: состояние погоды, характер растительности, а в населенных пунктах — характер строений и плотность застройки.
Наиболее вероятно возникновение пожаров в засушливую погоду. В дождливую погоду и зимой пожары наименее возможны.
В степях с сухой травой, на полях с созревшими посевами колосовых культур под действием атомного взрыва пожар может возникнуть одновременно на значительной площади. Однако ударная волна, приходя несколько позже момента возникновения пожара, сбивает пламя, и лишь в отдельных местах возможно в дальнейшем развитие очагов пожара из тлеющих кустиков растительности. Вблизи от места взрыва, где световое излучение будет действовать и после прохождения ударной волны, растительность воспламе
269
няется вновь, и степной пожар может распространиться во все стороны в тихую погоду или по направлению ветра в ветреную погоду. .
В лесных массивах при атомном взрыве возникают главным образом низовые пожары. При этом горит лесная подстилка, сухой валежник, трава, сухие пни, кустарник и нижние сучья деревьев. Скорость распространения низового пожара может достигать 2 км в час.
При низовом пожаре высота пламени может достигать нескольких метров, что в хвойных лесах может вызвать перерастание низового пожара в верховой и даже в повальный.
При повальных пожарах горят не только сухой валежник, трава и пни, но и кроны деревьев. При сильном ветре верховой пожар в хвойном лесу может распространяться со скоростью до 25 км в час.
В пожарном отношении наиболее опасны хвойные леса, менее опасны — лиственные. Особенно подвержены возгоранию при атомном взрыве леса с сухой травой, захламленные брошенными при порубках остатками веток, вершин деревьев, а также с большим количеством сухого валежника, ветровала, сухостойных и дуплистых деревьев. Под действием светового излучения особенно легко загораются старые пожарища и вырубки.
В горящем лесу даже при незначительной интенсивности пожара дым усложняет действия войск, ограничивая видимость, вызывая слезотечение и затрудняя дыхание.
Возможно возникновение и подземных пожаров. Такие пожары могут быть, например, в сухих торфяниках.
270
В населенных пунктах наиболее легко загораются деревянные неоштукатуренные строения и постройки с кровлями из соломы и камыша. При атомном взрыве пожары возникают не только и не столько от действия светового излучения (эти пожары часто сбиваются ударной волной), сколько от разрушения ударной волной газовых систем, топящихся кухонных плит и печей или от короткого замыкания в действующих электрических сетях.
Продовольствие, фураж, горючее и смазочные материалы, автомобили, бронетранспортеры, тягачи, тракторы и т. п. могут загораться, если не будут приняты меры противопожарной защиты. Следует напомнить, что у автомашин загораются прежде всего мягкие сиденья и спинки в кабинах водителей, а уже от них огонь распространяется к бакам с горючим.
Заблаговременное проведение войсками противопожарных мероприятий имеет большое значение. Работы, связанные с проведением этих мероприятий, многообразны и трудоемки.
В степных районах против распространения пожаров необходимо устраивать заградительные полосы (рис. 73), окаймляя ими прежде всего районы расположения войск и войсковых объектов. Заградительные полосы устраивают обнажением грунта на ширину 4—5 м. Эта работа может быть с успехом выполнена с применением дорожных машин — грейдеров. Одним грейдером в зависимости от его типа можно сделать 0,7— 1,25 пог. км заградительной полосы в час.
С меньшей эффективностью могут быть использованы для устройства заградительных полос скреперы (до 0,15 км полосы в час), а в некоторых случаях и бульдозеры. Возможно также
271
устройство заградительных полос путем вспашки, если на месте окажутся плуги и средства тяги.
Заблаговременные противопожарные мероприятия в лесу более сложны. В лесу требуется расчистить существующие просеки и противопожарные
Рис. 73. Устройство заградительной полосы в степи
разрывы, а при необходимости устроить новые противопожарные разрывы. Необходимо также разведать и оборудовать источники воды для тушения пожаров.
На существующих просеках и противопожарных разрывах нужно убирать валежник, вырубать сухостой и молодые хвойные деревья, выкорчевывать или засыпать грунтом сухие пни. Собранные в результате расчистки горючие материалы — валежник, выкорчеванные пни и т. п. следует сжечь или удалить в овраги, ямы или засыпать грунтом.
Новые противопожарные разрывы устраивают в хвойных лесах в 2—3 км один от другого, включая в систему разрывов и существующие. Ширина разрыва должна быть не менее полутора высот самых высоких деревьев, растущих в данном районе. Разрывы могут быть расположены вдоль дорог, если это не нарушает системы маскировки войск, вдоль просек, берегов рек и т. п.
272
На противопожарных разрывах (рис. 74) вырубают деревья и кустарник, а против распространения низового пожара устраивают посредине разрыва заградительную полосу шириной 4—5 м. Обнажение грунта в заградительной полосе мо-
V/2H
Рис. 74. Устройство противопожарного разрыва в лесу с заградительной полосой
жет быть сделано, как и в степи, применением инженерных машин — бульдозеров, скреперов, грейдеров или плугов. Можно также обнажить грунт и взрыванием зарядов взрывчатых веществ. Основой для заградительных полос могут служить лесные дороги и тропы.
Для защиты леса от пожаров, распространяющихся со стороны степи, целесообразно устраивать заградительные полосы и по опушкам.
Устройство противопожарных разрывов и заградительных полос должно производиться в тесной увязке с маскировочными мероприятиями, во всяком случае, не причиняя ущерба маскировке войск и войсковых объектов от воздушного и наземного наблюдения противника.
18 Зак. 401	273
Для тушения пожаров в лесу целесообразно определить места водоемов — рек, озер, запруд и т. п., выявить запас воды в источниках, найти пути подъезда к ним. При необходимости делают расчистку и устройство подъездов для набора воды, расчистку и углубление водоемов и т. п. Возможно также устройство искусственных водоемов. Так, при высоком уровне грунтовых вод отрывают котлованы, заполняющиеся затем грунтовой водой. На речках и ручьях устраивают запруды.
В населенных пунктах при расположении войсковых объектов следует избегать размещения их в постройках, опасных в пожарном отношении.
Между строениями, занятыми войсками, должны быть устроены противопожарные разрывы. Ширина противопожарных разрывов должна быть не менее 50 м. В противопожарном разрыве необходимо разобрать и удалить легковозгораемые строения и материалы. Можно также вместо разборки строений ограничиться обмазкой их наружных поверхностей глиняным раствором, известью или другими огнезащитными обмазками. Таким же способом обеспечивается зашита от возгорания опасных в пожарном отношении деталей зданий, используемых для расположения войсковых объектов. Обмазку следует периодически обновлять.
При расположении в населенных пунктах должны быть учтены и подготовлены местные средства тушения пожаров, а также созданы запасы воды и песка.
Для тушения пожаров специально назначаются подразделения, которые обязаны по распоряжению командиров в первую очередь ликвидировать очаги пожара, где они препятствуют выполнению
274
боевых задач или угрожают имуществу и материальной части. Эвакуацию материальной части и имущества из угрожаемых зон производят сами войска по указаниям командиров.
Подразделения, назначенные для тушения пожаров, должны иметь в своем составе дозиметристов, в обязанность которых входят обнаружение заражения местности радиоактивными веществами и оповещение об этом личного состава подразделений. В случае заражения местности личный состав, производящий работы по тушению пожаров, должен использовать индивидуальные средства защиты и соблюдать правила безопасности, обязательные при действиях на радиоактивно зараженной местности. Командиры этих подразделений должны в таких случаях не упускать из виду необходимость учета доз облучения за время пребывания в зоне заражения.
Тушение степных пожаров при отсутствии специальных средств производится засыпкой кромки огня грунтом или сбиванием пламени подручными средствами. Оставшиеся тлеющие кустики растительности затаптываются или присыпаются грунтом. Наиболее эффективным является применение огнетушительных средств для заливки огня пеной или водой. Тушению степных пожаров способствует устройство на пути распространения их заградительных полос,-
Низовые пожары в лесу можно тушить сбиванием пламени ветвями. Для этого лучше использовать ветки с деревьев или кустов лиственных пород. Пламя сбивают ударами ветвей сбоку, прижимая горящую растительность к земле. Такой способ тушения низовых пожаров возможен при высоте пламени до 0,5 м.
18*	275
При определении потребного количества людей для тушения степного и низового пожара можно исходить из условий, что на каждые 100 м фронта пожара требуется 25—35 человек.
При более сильных низовых пожарах может быть применен способ с засыпкой кромки огня грунтом. Если эту работу выполняет личный состав вручную, он располагается вдоль кромки огня с интервалами по 3—4 м и засыпает кромку пожара грунтом, отрываемым на месте. При этом грунт желательно рассыпать перед собой веером.
Для засыпки кромки низового пожара могут быть использованы бульдозеры. Грунт начинают срезать в 3—4 м от кромки огня и надвигают его на огонь. Затем эта операция повторяется на смежном участке.
Для тушения наиболее сильных низовых пожаров с высотой пламени более 1,5 м целесообразно пользоваться пеной или водой из автомобильных разливочных станций. Для этого на каждую разливочную станцию назначается команда в составе 3—4 человек. Тушение пожара может осуществляться с места или в движении. В последнем случае один человек идет со стволом параллельно кромке огня и направляет им воду или пену в основание пламени. Другие два человека поддерживают и переносят шланг.
При очень сильном низовом пожаре, а также при отсутствии или недостатке сил и средств для тушения пожара можно ограничить его распространение устройством перед его фронтом заградительной полосы шириной 2—4 м. Особенно целесообразен этот способ при наличии средств механизации — грейдеров, бульдозеров или даже канавокопателей.
276
Значительно труднее и сложнее тушить верховые пожары. Различают три способа тушения верховых пожаров:
а)	создание противопожарных разрывов на пути движения пожара;
б)	заливка огня водой или пеной из автомобильных разливочных станций;
в)	пуск встречного огня.
При создании противопожарных разрывов производят вырубку просек или расширение существующих так же, как это делается и при осуществлении заблаговременных противопожарных мероприятий. Деревья надо валить в сторону пожара, сучья и срезанные вершины следует относить возможно дальше в сторону приближающегося пожара, а стволы деревьев оттаскиваются в противоположную сторону на 30—50 м от разрыва. Место устройства противопожарного разрыва выбирается так, чтобы до прихода огня успеть закончить все работы. Позади противопожарных разрывов следует расставить патрульных для тушения очагов пожара в случае перелета через разрыв искр и горящих головней. Следует иметь в виду, что головни могут разлетаться на 100—200 м от места пожара, а при сильном ветре и на 500 м и более.
Для тушения верховых пожаров водой выбирают рубежи на удалении не больше 500 м от источников воды, если тушение ведется мощными насосами или пожарными машинами. Если имеется возможность подвозить воду, то тушение можно производить и в 2—3 км от водоисточников.
Пожарные машины располагаются перед фронтом верхового пожара так, чтобы между стволами шлангов было расстояние 30—60 м. Жела
277
тельно еще до подхода фронта пожара произвести смачивание деревьев сверху донизу в полосе порядка 100 м. Как только пожар приблизится, пламя с загорающихся деревьев надо сбивать струями воды.
Тушение верхового пожара пуском встречного огня применяется, когда пожар охватил значительную площадь леса и при этом отсутствуют силы и средства для тушения другими способами. Пуск встречного огня производится лишь с разрешения старших начальников и в полном соответствии со специальными инструкциями.
В сухих торфяниках подземные пожары тушат, заливая огонь водой и окапывая площадь, охваченную пожаром, канавами глубиной, превышающей размер торфяной толщи на 10—20 см, или до уровня грунтовых вод. Ширина канавы делается по верху не менее 1 м, по дну — не менее 30 см. Канавы отрывают вручную лопатами или землеройными машинами.
В населенных пунктах при тушении пожаров могут быть использованы местные противопожарные средства. Тушение пожаров в зданиях связано с угрозой . обрушения ослабленных огнем конструкций, что следует учитывать при организации борьбы с пожарами. При этом необходимо отключать действующие электрические и газовые сети от зданий, в которых производится тушение пожара. В ряде случаев целесообразно устраивать противопожарные разрывы на пути распространения пожара разборкой легковозгораемых строений. При этом разрывы делаются шириной 50—100 м. При разборке легковозгораемых, но прочных строений можно применять тракторы или тягачи с тросами, растаскивая ими конструкции кровли и стен.
278
Пожары складов горючих и смазочных материалов могут представлять значительную угрозу объектам, расположенным на более пониженных участках: горящие жидкости, вытекая из разрушенных емкостей, могут стекать по склонам и создавать на своем пути новые очаги пожаров. В таких случаях может оказаться целесообразным устройство перемычек из насыпанного грунта, перехватывающих направления течения горючих жидкостей. При тушении пожаров на складах горючих и смазочных материалов необходимо остерегаться поражения взрывами тары, сопровождающимися разбрасыванием горящей жидкости. Тушение горящих жидкостей производится засыпкой песком или грунтом или применением специальных средств тушения с пенообразователями.
На складах боеприпасов, где развитие пожаров может вызвать их взрывание, необходимо как можно быстрее погасить горящую упаковку. Для этой цели могут быть использованы вода, песок, грунт и другие средства сбивания пламени.
Проведение противопожарной профилактики, а также правильная и быстрая оценка пожарной обстановки, своевременное использование всех средств борьбы с пожарами в соответствии с конкретными условиями (степь, лес, населенные пункты, склады и т. п.) может обеспечить как предупреждение, так и быструю ликвидацию пожаров.
---- Q ------
279
Глава 8
РАСЧЕТ УБЕЖИЩ НА ДЕЙСТВИЕ АТОМНОГО ВЗРЫВА
ОСНОВНЫЕ ПРЕДПОСЫЛКИ К РАСЧЕТУ
Различного рода укрытия, в том числе и убежища, устраиваются с целью обеспечения защиты войск на возможно меньших расстояниях от места атомного взрыва. В связи с этим защитные свойства укрытий можно характеризовать наименьшим расстоянием, на котором они обеспечивают защиту от поражающего действия атомного взрыва определенной мощности.
В идеальном случае радиусы зон поражения должны были бы быть сведены к нулю, с тем чтобы сооружения обеспечивали абсолютную защиту, независимо от мощности и вида атомного взрыва (воздушный, наземный или подземный). Технически такая задача осуществима, но требует значительного расхода сил, средств и времени. Кроме того, в ряде случаев обеспечение абсолютной защиты может затруднить боевое использование сооружения. В связи с этим для различных сооружений обычно назначаются минимальные расстояния, на которых они должны обеспечивать защиту от поражающего действия атомного
280
взрыва определенной мощности. Эти расстояния устанавливаются, исходя из назначения сооружений, их важности, степени рассредоточения, а также наличия времени, сил и средств для производства работ.
Наиболее надежными укрытиями для личного состава являются убежища. На заданном расстоянии от места атомного взрыва убежища должны обеспечивать защиту находящимся в них людям от действия всех поражающих факторов. Для этого они должны быть достаточно прочными, не возгораться от действий светового излучения и обеспечивать необходимое ослабление проникающей радиации. Кроме того, убежища должны исключать проникание внутрь сооружения ударной волны и радиоактивных веществ.
Необходимая прочность убежищ достигается за счет устройства остова сооружения, способного выдержать воздействие ударной волны атомного взрыва. Отдельные элементы остова (несущие конструкции) рассчитывают с учетом воздействия на них нагрузок, возникающих при действии ударной волны на сооружение. На основании расчета определяют размеры сечений несущих конструкций, обеспечивающих требуемую прочность сооружения. Расчетом на действие ударной волны определяют также необходимую толщину защитной двери, прикрывающей вход в убежище.
Убежища обеспечивают надежную защиту людей от непосредственного действия светового излучения. Однако при этом не исключается возможность поражения людей, находящихся в убежище, косвенным путем в случае возникновения пожара. В связи с этим для защиты от светового излучения обычно предусматривается проведение специальных мероприятий, предупреждаю-
281
ших возгорание сооружения. К таким мероприятиям, в частности, относятся применение невозгораемых материалов, а также обсыпка грунтом, пропитка и окраска специальными огнестойкими составами возгораемых конструкций. Специального расчета убежищ на действие светового излучения не производится.
Для защиты людей, находящихся в убежищах, от действия проникающей радиации устраиваются защитные толщи. Защитная толща должна обеспечивать снижение дозы проникающей радиации в убежище до допускаемой величины. Минимальные размеры защитных толщ определяются расчетом.
Защита от проникания в убежища ударной волны и радиоактивных веществ достигается герметизацией сооружений. Кроме того, проводятся специальные мероприятия по защите воздухозаборов, дымоходов и других отверстий. К таким мероприятиям, в частности, относятся установка специальных клапанов или устройство гравийных волногасителей для защиты от действия ударной волны, а также использование фильтро-вентиляционных установок для очистки воздуха, подаваемого в сооружение, от радиоактивных и отравляющих веществ. При использовании табельных средств специальных расчетов, связанных с защитой отверстий, обычно не производится.
Рассмотренные выше способы обеспечения защиты людей, находящихся в убежищах, показывают, что расчетом должны определяться как размеры сечений несущих конструкций сооружения, исходя из нагрузок, создаваемых ударной волной, так и величина защитной толщи, исходя из требуемой степени ослабления дозы гамма-излучения и нейтронного потока. Элементы соору
282
жения, предназначенные для обеспечения достаточно высокой его прочности и необходимого ослабления дозы проникающей радиации, обычно называют защитными конструкциями. Таким образом, расчет убежищ на действие атомного взрыва практически сводится к расчету защитных конструкций на действие ударной волны и проникающей радиации.
Рис. 75. Схема убежища котлованного типа с за щитной грунтовой толщей
Защитная толща и несущая конструкция могут выполняться раздельно, в виде отдельных элементов защитной конструкции сооружения, или совместно как единое целое. В первом случае при устройстве убежищ возможно широкое использование местных (подручных) материалов и значительное сокращение расхода таких дефицитных материалов, как металл, бетон и т. п. Во втором случае при использовании высокопрочных материалов (например, железобетона) достигается существенное уменьшение размеров защитных конструкций при обеспечении равных или даже более высоких защитных свойств сооружения.
На рис. 75 показана схема убежища котлованного типа с защитной грунтовой толщей. Как
283
видно из рисунка, защитная конструкция покрытия такого убежища состоит из грунтовой защитной толщи и несущей конструкции, являющейся элементом остова сооружения. Грунтовая защитная толща обеспечивает необходимое ослабление проникающей радиации, защиту от действия све-
Рис. 76. Схема железобетонного убежища котлованного типа
тового излучения, а также способствует уменьшению эффекта действия ударной волны на несущую конструкцию сооружения. Несущая конструкция поддерживает расположенную на ней защитную толщу, а также воспринимает нагрузки, возникающие в результате воздействия ударной волны на сооружение.
На рис. 76 показана схема железобетонного убежища котлованного типа. Защитная конструкция покрытия такого сооружения одновременно является и защитной толщей, и несущей конструкцией. В связи с этим железобетонное покрытие сооружения должно иметь достаточную толщину для того, чтобы обеспечить необходимое ослабление проникающей радиации, и в то же время обладать высокой прочностью с тем, чтобы выдержать воздействие ударной волны атомного
284
взрыва. Грунтовая обсыпка над такими сооружениями обычно устраивается с целью маскировки.
Расчет защитных толщ на действие проникающей радиации, как правило, производится по гамма-излучению. Для этого определяется доза гамма-излучения перед защитной толщей и, исходя из допускаемой дозы в сооружении, находятся размеры защитной толщи из того или иного материала. Такой расчет обычно дает вполне надежные результаты. Исключение составляют броневые конструкции и иногда покрытия сооружений, расположенных в районе эпицентра воздушного взрыва. В этих случаях расчет защитных толщ на действие проникающей радиации целесообразно производить с учетом действия потока нейтронов.
Расчет несущих конструкций производится на совместное действие статических и динамических нагрузок. К статическим относятся нагрузки, возникающие и постоянно действующие с момента возведения сооружения (например, нагрузка от собственного веса защитной толщи, боковое давление грунта и т. п.). К динамическим относятся нагрузки, возникающие при воздействии на сооружение ударной волны атомного взрыва.
Для принятого типа сооружения (наземное, котлованное, подземное) статические нагрузки определяются непосредственно в зависимости от размеров и материала защитных толщ.
Динамические нагрузки при расчете несущих конструкций приводятся к эквивалентным статическим нагрузкам, то есть к таким статическим нагрузкам, которые по своему воздействию на несущую конструкцию сооружения равноценны данным динамическим нагрузкам. Общее выражение
285
для определения эквивалентной статической нагрузки может быть записано в виде:
^7экв —	(8,1)
где ртах — максимальное давление, возникающее при действии ударной волны на несущую конструкцию;
/Сд— коэффициент, учитывающий увеличение эффекта действия динамической нагрузки на несущую конструкцию по сравнению с равной по величине статической нагрузкой (этот коэффициент называется коэффициентом динамичности).
Таким образом, для определения эквивалентной статической нагрузки, помимо максимального давления, возникающего при действии ударной волны на несущую конструкцию сооружения, необходимо знать также и величину коэффициента динамичности. Величина этого коэффициента зависит от ряда факторов. К таким факторам, в частности, относятся: скорость нарастания давления до максимальной величины, время действия давления и частота собственных колебаний конструкции.
В зависимости от условий взаимодействия ударной волны с несущими конструкциями сооружения давления могут нарастать до своей максимальной величины с различной скоростью. Возможны случаи как исключительно быстрого, так и относительно медленного нарастания давления (рис. 77). При быстром, практически мгновенном, нарастании давления до максимальной величины и последующем сравнительно медленном его спаде (что обычно имеет место в связи с относительно большой длительностью действия ударной 286
волны атомного взрыва) коэффициент динамичности близок к двум. Практически в этих случаях можно принимать Кд — 2. С увеличением времени нарастания давления до максимальной величины коэффициент динамичности умень-
р
а
Рис. 77. Характер нагрузок, возникающих при действии ударной волны на несущие конструкции сооружения: а*— давление возникает внезапно; б — давление нарастает отнеси* тельно медленно
шается, и при определенных соотношениях вели-чины Д/ (см. рис. 77, б) и частоты собственных колебаний конструкции он может стать равным единице. Таким образом, при расчете несущих конструкций на действие ударной волны атомного взрыва величина коэффициента динамичности может колебаться от 1 до 2.
Общая нагрузка при расчете несущих конструкций с учетом действия ударной волны атомного взрыва определяется по формуле
9обпх == <7 ст “Ь Чатсв,	(8,2)
где <?ст— статическая нагрузка;
?ввв — эквивалентная статическая нагрузка
287
Расчет несущих конструкций на эту нагрузку <7Общ производится на основании общих правил строительной механики. При этом необходимо иметь в виду, что в условиях действия динамических нагрузок прочностные показатели ма-
«о
t lioo.
60-
W-
Строительная сталь (растяжение)
Арматура железобетонных элементов (изгиб) бетон (сжатие)
11 J
1(Г3	Ю'2 йг1 t г
Время достижения предела текучести для стали и предела прочности для бетона в сен.
Рис. 78. Графики повышения прочности стали и бетона в зависимости от увеличения скорости нарастания усилий, возникающих в конструкциях
териалов (предел разрушения, допускаемое напряжение и т. п.) могут увеличиваться до двух раз по сравнению с соответствующими статическими силовыми воздействиями.
На рис. 78 приведены графики повышения прочностных показателей при растяжении мягких сталей, сжатии бетона, а также изгибе железобетонных элементов в зависимости от времени нарастания усилий, возникающих в конструкциях при действии на них динамических нагрузок
1 W h i t n e у C. S e. a. „Design of blast resistant construction for atomic explosions". Journal of the American Concrete Institute, 1955.
288
Это время при расчете несущих конструкций на действие ударной волны атомного взрыва ориентировочно можно принимать равным: от '/« до */г периода собственных колебаний конструкции — при быстром, практически мгновенном, нарастании давления до максимальной величины (рис. 77, а) и Д7 — при относительно медленном нарастании давления (рис. 77,6). Допускаемые напряжения при совместном действии статических и динамических нагрузок могут находиться по линейной интерполяции, исходя из соотношения входящих в формулу (8,2) значений qaT И ^7экв*
Расчет несущих конструкций удобно производить при помощи специально построенных для этой цели номограмм. Такие номограммы, предназначенные для расчета несущих конструкций из дерева (бревна, брусья, накатник, доски) и из сборных железобетонных элементов, приведены на рис. 79 и 80.
Номограмма, представленная на рис. 79, имеет три шкалы. На левой шкале нанесены деления, соответствующие величине расчетной нагрузки добш в кг/см2, на правой шкале — деления, соответствующие величине расчетного пролета I в м, на средней шкале, слева — деления, соответствующие толщине досок и брусьев h в см, и справа — диаметру накатника и бревен d в см.
В левой части номограммы приведен ключ к ней. При известных значениях дОбщ и I по номограмме в соответствии с ключом определяются размеры сечений деревянных элементов несущей конструкции сооружения.
При соотношении значений -^S-<^8 получен-^СТ
ные по номограмме результаты пересчитываются
19 Зак. 401	289
10A* 9,0-8j0-7,0-Vi 6,0-5,5-5,0-
2.4 -
2,2-
20-
t.7
1,6  $• W  1,2 
0,9-
H8
0,7-
Ofi-
05-
г 2^> -2,40 -2JO -2,20 -2,10 -2,00 -IfiO -1,80 -1,70
-1JO
-150 i,45
-1,40  135 -1,30
125 -t20
1,15
-1,10  105 -1,00  qss -0,90 - 0,85
-0,80  0,75
-0,70
h d
I
Рис. 79. Номограмма для расчета несущих конструкций из дерева (бревна, брусья, накатник, доски)
290
Толщина железобетонной плиты
Расчетная нагрузка в кг/см*
Ядйц/1 ,Г|ЛГ>"Т' 1  .।  । ।  ।  >  |i  । । t   . i|     и ы и  >  ч 11Г1 г. 1ЧЧ| 11  и
7 05	6	5.5	5	4.5 Ч 3,5	3 Z5 Z 1S 1 п6
Рис. 80. Номограмма для расчета несущих конструкций из сборных железобетонных элементов
19*
291
с учетом поправки на влияние статической нагрузки по формулам
Аст =	(8,3)
dCT = KeTd,	(8,3')
где Аст и deT — соответственно толщина досок и брусьев или диаметр накатника и бревен с учетом поправки на влияние статической нагрузки;
Кст — поправочный коэффициент, определяемый в зависимости от соотношения по данным таблицы, ^СТ приведенной на рис. 79;
Ли d — соответственно толщина досок и брусьев или диаметр накатника и бревен, определяемых по номограмме.
При устройстве несущих конструкций из двух рядов бревен или брусьев, уложенных друг на друга, диаметр и высота последних уменьшаются на 30°/о по сравнению с d и h, определяемыми по номограмме, как для одного ряда.
Поясним на примере, как можно, пользуясь номограммой, приведенной на рис. 79, произвести расчет несущих конструкций, выполняемых из дерева. С этой целью определим необходимый диаметр для бревен, имеющих расчетный пролет I = 2 м, при 9От = 0,4 кг/см2 и <?eKB = 2,0 кг/см2.
Подставляя в формулу (8,2) значения
<уст = 0,4 кг/см2 и <7экв = 2,О кг/см2, получим:
<7общ — 9от + <7ЭКв = 0,4 +, 2,0 = 2,4 кг/см2.
292
После этого найдем на левой шкале номограммы («Расчетная нагрузка») отметку, соответствующую величине <7обш = 2,4 кг/см2, а на правой шкале («Расчетный пролет») — отметку, соответствующую значению I = 2,0 м. Соединяем найденные отметки прямой линией и в месте пересечения ее со средней шкалой получим: d = 20 см.
Поскольку отношение ^S = —= 5<^8, необхо-Qcx 0.4
димо ввести поправку на влияние статической нагрузки. Из таблицы, приведенной на рис. 79, находим, что при= 5 величина Кат = 1,04.
Qct
Подставляя в формулу (8,3') найденное значение Кст, получим диаметр бревен с учетом поправки на влияние статической нагрузки:
deT = KeTd^ 1,04 • 20 = 20,8 % 21 см.
На рис. 80 представлена номограмма для расчета несущих конструкций из сборных железобетонных элементов. Эта номограмма имеет две основные и одну вспомогательную шкалу, с которой связан ряд кривых линий, зависящих от толщины железобетонных плит (балок), и одна линия, определяющая марки бетона. На нижней горизонтальной (основной) шкале номограммы нанесены деления, соответствующие величине расчетной нагрузки <70бщ в кг/см2. На наклонной (основной) шкале приведены деления, соответствующие расчетному пролету несущей конструкции сооружения I в м. На верхней горизонтальной (вспомогательной) шкале имеются деления, соответствующие проценту армирования плиты (балки).
293
При известных значениях дОбш и I по номограмме в соответствии с приведенным ключом-определяется толщина железобетонных плит (балок), а также требуемые при этом марки бетона и процент армирования.
Для соотношения значений -^^-<^8при рас-9ст
четах по номограмме необходимо вводить поправку на влияние статической нагрузки. Эта поправка учитывается путем соответствующего увеличения расчетного пролета. Расчетный пролет с учетом поправки на влияние статической нагрузки определяется по формуле
1^ = Ка1,	(8,4)
где Кс — поправочный коэффициент, определяемый по данным таблицы, приведенной на рис. 80;
I — фактический расчетный пролет несущей конструкции сооружения.
 Поясним на примере, как можно, пользуясь номограммой. приведенной на рис. 80, произвести расчет несущих конструкций, выполняемых из сборных железобетонных элементов. С этой целью определим толщину, марку бетона и процент армирования для железобетонных плит с расчетным пролетом / = 2,0 м при = 0,3 кг/см2 и ^экв = = 3 кг/см2.
Подставляя в формулу (8,2) значения qaT = = 0,3 кг/см2 и 4экв = 3 кг/см2, получим:
<7общ = q0T + <7вКв = о,3 4- 3,0 = 3,3 кг/см2.
Поскольку отношение = — = 10^>8, по-f/ci 0.3
правка на влияние статической нагрузки в дальнейшем расчете не учитывается.
294
Находим на нижней горизонтальной шкале номограммы («Расчетная нагрузка») отметку, соответствующую величине q бщ = 3,3 кг/см2, а на наклонной шкале («Расчетный пролет») — отметку, соответствующую значению I — 2,0 м. Проводим через найденные отметки прямую до пересечения с верхней горизонтальной (вспомогательной) шкалой. Из найденной точки восстанавливаем перпендикуляр, который пересекает кривые линии с отметками толщины железобетонных плит h = 15 см, h — 20 см, h — 25 см, h = 30 см, h — 40 см и h = 50 см. Из полученных таким образом точек проводим горизонтальные прямые линии до пересечения с линией «Марки бетона». Отметки, расположенные ниже точек пересечения на линии «Марки бетона», указывают марки бетона, которые могут быть использованы при данной толщине плиты. Например, для плиты с h = 15 см — марка бетона 600 кг/см2, для плиты с h = 20 см — марка бетона не ниже 400 кг/см2, для плиты с h = 25 см — марка бетона не ниже 250 кг/см2 и для плит с h. — 30 см, h — 40 см и h = 50 см—марка бетона 200 кг/см2. Опуская из точек пересечения горизонтальных прямых с линией «Марки бетона» перпендикуляры на вспомогательную горизонтальную шкалу, находим на последней минимальный процент армирования для данной толщины железобетонных плит. А именно: для плиты с h = 15 см — 4,7°/о, для плиты с h = 20 см — 2,6°/о, для плиты с h = 25 см — 1,5°/о, для плиты с h = 30 см — 1,05°/о, для плиты с h = 40 см — 0,58°/о и для плиты с h = 50 см — 0,36°/о.
Проведенный расчет показывает, что при заданных нагрузке и расчетном пролете наиболее рациональным будет использование в качестве
295
несущей конструкции железобетонных плит с h — 20 см, h ~ 25 см и h = 30 см с указанными выше маркой бетона и процентом армирования.
МЕТОДИКА РАСЧЕТА УБЕЖИЩ КОТЛОВАННОГО ТИПА С ЗАЩИТНОЙ ГРУНТОВОЙ ТОЛЩЕЙ
Расчет сооружений, обеспечивающих защиту от атомного взрыва, целесообразно производить по этапам, рассматривая на каждом из них отдельные, наиболее тесно связанные между собой вопросы. Такими этапами при расчете убежищ котлованного типа с защитной грунтовой толщей (рис. 75) можно, например, считать:
1. Расчет защитной толщи на действие проникающей радиации. 2. Определение расчетных нагрузок для элементов остова (несущих конструкций) сооружения. 3. Подбор сечений элементов остова сооружения. 4. Расчет защитной двери.
В дальнейшем при изложении вопросов расчета убежищ котлованного типа с грунтовой защитной толщей нами принята указанная выше последовательность отдельных этапов расчета. Приведенная методика расчета котлованных сооружений пригодна только для примерных и ориентировочных расчетов.
Расчет защитной толщи на действие проникающей радиации мо-жно проводить в следующем порядке. Вначале определяется доза гамма-излучения перед защитной толщей. Затем, исходя из допускаемой дозы в сооружении, находится требуемая степень ослабления гамма-излучения. После этого по требуемой степени ослабления гамма-излучения определяются минимальные размеры защитной грунтовой толщи.
296
Доза гамма-излучения перед защитной толщей может быть определена по формуле (5,1)
от 20 000^55,	(5,1)
где D0-t —доза гамма-излучения в рентгенах перед защитной толщей на заданном расстоянии от места взрыва атомной бомбы с тротиловым эквивалентом С;
Day зеоов—Д°за гамма-излучения в рентгенах на том же расстоянии при взрыве атомной бомбы с тротиловым эквивалентом 20 000 т (определяется по графику, приведенному на рис. 46);
С — тротиловый эквивалент атомной бомбы в т.
Требуемая степень ослабления гамма-излучения защитной толщей находится из выражения:
(8,5) Ь'Д
где — требуемая степень ослабления гамма-излучения защитной толщей;
DK — допускаемая в сооружении доза гамма-излучения в рентгенах, величина которой при однократном облучении принимается до 50 рентген; при многократном облучении допустимая доза уменьшается.
Минимальные размеры защитной толщи, обеспечивающей требуемое ослабление гамма-излучения, могут быть определены по формуле (5,7).
297
Заменяя в этой формуле п на пт и обозначая х через Н3, получим
Ha = 3,3d(HI lgnT,	(8,6)
где Н3 — минимальные размеры защитной толщи (рис. 75) в см;
don — слой половинного ослабления гамма-излучения материалом защитной толщи в см (для грунта dcn — 14 см).
Расчет защитных толщ на действие проникающей радиации по гамма-излучению обычно дает вполне надежные результаты. Защитная толща покрытия убежища, назначенная на основании расчета по гамма-излучению, в то же время, как правило, обеспечивает достаточно эффективное ослабление потока нейтронов. Исключение могут представлять только те случаи, когда сооружение находится в эпицентре воздушного атомного взрыва или расположено сравнительно близко от него. В этих случаях (при	расчет защит-
ной толщи покрытия убежища желательно производить с учетом действия и потока нейтронов. Приближенно учет действия потока нейтронов может быть осуществлен путем увеличения на 25—40°/о дозы гамма-излучения, определяемой по формуле (5,1). После этого расчет защитной грунтовой толщи следует производить в соответствии с изложенной выше методикой.
Определение расчетных нагрузок для эле ментов остова (несущих конструкций) сооружения можно проводить в следующем порядке. Вначале определяется максимальное давление ударной волны на поверхность земли в месте расположения сооружения. Затем, исходя из этого давления и размеров защитной грунтовой толщи, находятся экви-298
валентные статические нагрузки для расчета эле--ментов остова сооружения. После этого определяются статические нагрузки от собственного веса защитной толщи, бокового давления и отпора грунта. И, наконец, по формуле (8,2) определяются расчетные (общие) нагрузки для отдельных элементов остова сооружения.
При воздушном атомном взрыве максимальное давление ударной волны на поверхность земли равно:
а)	в зоне двухударного (регулярного) отражения
РпОТЗ-Pon	(8,7)
б)	в зоне трехударного (нерегулярного) отражения
РпОВ ‘Рф.Г)	(8,7 )
где рпов — максимальное давление ударной волны на поверхность земли;
Рот — давление отражения в зоне двухударного (регулярного) отражения;
рф.г — избыточное давление на фронте головной ударной волны в зоне трехударного (нерегулярного) отражения.
Значения рОт и Рф-г могут быть определены по формулам (3,5), (3,9) и (3,10) при помощи графиков, приведенных на рис. 25 и 32.
Для определения избыточного давления на фронте падающей волны формулу (3,5) образно представить в следующем виде:
целесо-
(8,8)
299
где г — расстояние в м от места взрыва атомной бомбы с тротиловым эквивалентом С до сооружения;
С — тротиловый эквивалент атомной бомбы в т;
г20 ооо — расстояние в м, на котором при взрыве атомной бомбы с тротиловым эквивалентом 20 000 т в безграничной воздушной среде будет иметь место такое же избыточное давление на фронте ударной волны, как и при взрыве атомной бомбы с тротиловым эквивалентом С на расстоянии г.
Избыточное давление на фронте падающей волны Рф находится по графику, приведенному на рис. 25, исходя из полученного значения г2Q ооо-
После этого находится угол падения ударной волны. Величина его определяется из выражения
Sina = —,	(8,9)
г
где а — угол падения ударной волны;
— расстояние до эпицентра взрыва в м;
г — расстояние от места взрыва атомной бомбы до сооружения в м.
Исходя из полученных значений рф и а, по графикам, приведенным на рис. 32, находится коэффициент отражения К.
Найденные значения рф и К позволяют найти величину максимального давления ударной волны на поверхность земли. Для этого формулы (3,9) и (3,10) целесообразно привести к виду:
а)	в зоне двухударного (регулярного) отражения
Рпов == Ро® == Крф>	(8, 1 0)
300
б)	в зоне трехударного (нерегулярного) отражения
Priori — Рф. г-Крф‘	(8,10 )
При наземном атомном взрыве максимальное давление ударной волны на поверхность земли равно избыточному давлению на фронте ударной волны
РпоВ--Рф*	(8,11)
Избыточное давление на фронте ударной волны при наземном взрыве может быть определено по формуле (3,11) при помощи графика, приведенного на рис. 25. С этой целью формулу (3,11) целесообразно представить в виде
з ______
/20 000	,о ,
•	(8,12)
Здесь приняты такие же обозначения, как и в формуле (8,8).
Исходя из полученного значения г2о ооо, по графику, приведенному на рис. 25, находится избыточное давление на фронте ударной волны рф при наземном атомном взрыве. Это давление в соответствии с формулой (8,11) по величине равно максимальному давлению ударной волны на поверхность земли.
Давление, создаваемое ударной волной на поверхности земли, передается через грунт на несущие конструкции сооружения. Величина и характер нагрузок, возникающих при этом, будут зависеть как от размеров защитной грунтовой толщи, так и от свойств самого грунта.
Свойства грунта, как среды, передающей давление, определяются характером деформации по
3011
следнего в зависимости от возникающих напряжений. На рис. 81 приведена экспериментальная кривая зависимости относительной деформации грунта s от напряжения о, полученная при динамическом испытании глинистых грунтов ‘. Эта
Рис. 81. Кривая зависимости относительной деформации от напряжения для глинистых грунтов
кривая (диаграмма а-s) показывает, что под действием давления грунт ведет себя, как нелинейная пластическая среда.
Пластические свойства среды приводят к искажению формы ударной волны, распространяю-
1 Данные о распространении ударных волн в грунте приводятся по материалам книги “The Effects of atomic weapons", New York, 1950.
302
щейся в грунте (рис. 82). Из теории распространения волн в твердых телах известно, что скорость волны пропорциональна корню квадратному из тангенса угла наклона кривой «напряжение — деформация» в точке, соответствующей данному
0.1-
0.2-б
0\-0
2 4 ? ¥ io 12 74 16 )в id Время в миллисекундах
Рис. 82. Графики изменения давления в грунте при взрыве 29 кг тротила:
а — на расстоянии 2,5 м; б — на расстоянии 5,0 м
давлению. В связи с этим, как следует из рис. 81, малые давления, возникающие при действии ударной волны на поверхность земли, должны распространяться в грунте значительно быстрее, чем большие, которым соответствует меньший наклон кривой «напряжение — деформация». Это приводит к тому, что по мере распространения волны сжатия в грунте время нарастания давления все больше и больше возрастает, и нагрузки, возникающие при действии такой волны на несу
303
щие конструкции сооружения, приобретают характер, показанный на рис. 77, б. Таким образом, одной из особенностей распространения волны сжатия в грунтах является быстрое увеличение времени нарастания давления. В связи с этим по мере заглубления сооружения в грунт коэффициент динамичности уменьшается и уже при сравнительно небольших размерах защитной грунтовой толщи может быть принят равным единице.
Приведенная диаграмма о-е для глинистых грунтов (рис. 81) показывает, что площадь, заключенная в петлю кривой «напряжение — деформация», является конечной. Это указывает на то, что значительная часть энергии при распространении волны сжатия в грунте затрачивается на необратимые процессы (нарушение структуры, уплотнение и нагревание грунта). В связи с этим второй особенностью распространения волны сжатия в грунтах является более быстрое затухание ее по сравнению с ударной волной, распространяющейся в воздухе.
Третья особенность распространения волны сжатия в грунтах связана с закономерностями отражения ее от преград. Как показывают эксперименты, в результате отражения максимальное давление, действующее на неподвижную жесткую преграду, может увеличиться примерно в 2 раза по сравнению с наибольшим давлением в волне сжатия, распространяющейся в свободном грунте.
Указанные особенности распространения волны сжатия в грунтах необходимо учитывать при определении эквивалентных статических нагрузок для расчета несущих конструкций сооружений котлованного типа. С учетом этих особенностей можно
304
записать в общем виде следующую формулу для определения эквивалентных статических нагрузок:
^7экв -’ ^З^ОТ^дРпОВ,	(8,13)
где <7экв — эквивалентная статическая нагрузка;
К3 — коэффициент, учитывающий затухание волны сжатия с увеличением расстояния от поверхности земли;
Кот — коэффициент, учитывающий увеличение давления, действующего на преграду, при отражении волны сжатия;
Кя — коэффициент динамичности;
рпов — максимальное давление ударной волны на поверхность земли в месте расположения сооружения.
Для определения эквивалентной статической нагрузки на несущую конструкцию покрытия убежищ котлованного типа формулу (8,13) целесообразно несколько упростить. Подставляя в эту формулу вместо значений К3, и Кл общий коэффициент Кг, получим:
?экв. п —• Кграов,	(8,14)
где <7эКВ.п — эквивалентная статическая нагрузка на несущую конструкцию покрытия сооружения, кг/см2;
Кт — коэффициент, учитывающий эффект действия волны сжатия, распространяющейся в грунте, на несущую конструкцию покрытия сооружения;
рпо» — максимальное давление ударной волны на поверхность земли, кг/сма.
При непосредственном воздействии ударной волны на несущую конструкцию покрытия сооружения, расположенную на уровне поверхности земли, величина эквивалентной статической на
20 Зак. 401
305
грузки будет зависеть при заданном давлении только от коэффициента динамичности. Для нагрузок, имеющих характер, показанный на рис. 77, а, величина коэффициента динамичности практически будет равна двум. В связи с этим при малых размерах защитной грунтовой толщи (Я3 <. 0,5 м) с некоторым запасом можно принимать Kv — 2.
При размерах защитной грунтовой толши больше 0,5 м (/7а>0,5 м) уже целесообразно учитывать ее влияние на ослабление эффекта действия ударной волны на несущую конструкцию покрытия. Для сооружений котлованного типа защитная грунтовая толща обычно не превышает 3—4 м. На этих глубинах затухание волны сжатия в грунте будет весьма незначительным. Также практически не будет меняться по глубине и коэффициент отражения. Следовательно, при изменении размеров защитной грунтовой толщи в пределах от 0,5 до 3—4 м ослабление эффекта действия ударной волны на несущую конструкцию покрытия сооружения будет определяться в основном уменьшением коэффициента динамичности. Исходя из характера изменения коэффициента динамичности \ можно ориентировочно считать, что для покрытий дерево-земляных сооружений каждое последующее увеличение размеров защитной толщи на 0,5 м будет вызывать уменьшение эффекта действия волны сжатия, распространяющейся в грунте, примерно на 1О°/о по сравнению с предыдущим слоем. При
1 М. М. Филоиеико-Бородич, С. М. Изюмов, Б. А. Олисов, И. Н. Кудрявцев, Л. И. Мальгине в. Курс сопротивления материалов. Часть II. Государственное издательство технико-теоретической литературы, Москва, 1956 г.
306
этом допущении для определения коэффициента Кт,, входящего в формулу (8, 14), можно использовать следующую приближенную формулу:	Нз —0,5
Яг = 2-0,9 0,5 ,	(8,15)
где Н3 — размеры защитной грунтовой толщи, м.
На рис. 83 приведен график, построенный на основании изложенных выше соображений и фор-
Рис. 83. График зависимости коэффициента Кг от размеров защитной грунтовой толщи
мулы (8,15), для определения коэффициента К? в зависимости от размеров защитной грунтовой толщи. При помощи этого графика и формулы (8,14) нетрудно найти величину эквивалентной статической нагрузки на несущую конструкцию покрытия убежища котлованного типа.
Эквивалентные статические нагрузки на несущие конструкции стен и фундамента убежища
20*
307
приближенно могут быть определены в зависимости от величины эквивалентной статической нагрузки на несущую конструкцию покрытия. Для этого достаточно выявить лишь порядок соотношений, существующих между значениями эквивалентных статических нагрузок для покрытия и указанных элементов остова сооружения.
Волна сжатия, распространяясь вдоль стен сооружения, не отражается от последних. Уже одно это обстоятельство должно способствовать уменьшению нагрузки, действующей на стены сооружения, по сравнению с его покрытием. Кроме того, необходимо иметь в виду, что боковое давление, возникающее при сжатии грунта, примерно в 2—3 раза меньше сжимающей силы. Учитывая указанные обстоятельства, можно считать, что нагрузка на стены сооружения по сравнению с покрытием будет уменьшаться в 3—4 раза. В связи с этим при приближенном расчете эквивалентную статическую нагрузку на несущие конструкции стен убежища <7ЭКв-От можно определять по формуле
^7эКВ. СТ'- 0,3<7экв. И.	(8,16)
Нагрузка на фундамент сооружения обусловливается наличием реактивных сил (отпор грунта), возникающих в результате воздействия волны сжатия на покрытие сооружения. Величина и характер этих сил зависят от конструкции сооружения, его массы, а также жесткости самого фундамента. При приближенном расчете деревянных остовов убежищ эквивалентную статическую нагрузку на несущую конструкцию фундамента сооружения <7экв-ф, учитывая действие реактивных сил, можно принимать равной:
?ЭВВ. ф 0»5?ЭКВ. п.	(8,17)
308
Приведенные формулы (8,14), (8,16) и (8,17) позволяют определить эквивалентные статические нагрузки на несущие конструкции покрытия, стен и фундамента убежища котлованного типа с защитной грунтовой толщей. После этого следует найти статические нагрузки на перечисленные элементы остова сооружения от веса защитной толщи, а также бокового давления и отпора грунта.
Статическая нагрузка от веса защитной толщи на несущую конструкцию покрытия убежища определяется по формуле
fen = ~-L,	(8,18)
V0T-л 10000 ’	v ’ ’
где q0T.n — статическая нагрузка на несущую конструкцию покрытия убежища, кг/см2;
Н3 — размеры защитной грунтовой толщи, м;
7 — объемный вес грунта, входящего в состав защитной грунтовой толщи, кг/м8.
Статическая нагрузка от бокового давления грунта на несущие конструкции стен убежища определяется по формуле
Я™. ет =(H-+^Heoop) 7tgS (45о _ ?/а)> (8>19)
где90Т.ст—статическая нагрузка на несущие конструкции стен убежища, кг/см2;
Н3— размеры защитной грунтовой толщи, м, #ооор — высота остова сооружения, м;
7 — объемный вес грунта, кг/м3;
ср — угол естественного откоса грунта.
'' Формулу (8,19) можно несколько упростить. Практически при расчете большинства сооруже
309
ний с некоторым запасом можно принимать #ооор = 2,5 м и <? — 40°. Тогда формула (8,19) принимает вид:
_ 0,22Н3 + 0,28
<7ст-ст— 10 000 Т‘
(8,19')
Статическую нагрузку на несущую конструкцию фундамента убежища ^СТ ф, возникающую в результате отпора грунта, с некоторым запасом можно принимать равной статической нагрузке на несущую конструкцию покрытия сооружения
Qct. ф ==: 9от. ц.	(8,20)
После определения статической и эквивалентной статической нагрузок для несущих конструкций покрытия, стен и фундамента сооружения по формуле (8,2) находятся соответствующие значения расчетных (общих) нагрузок. На эти нагрузки производится расчет элементов остова убежища.
Подбор сечений элементов остова сооружения осуществляется на основании общих правил строительной механики. При этом необходимо учитывать повышение прочностных показателей материалов, используемых для устройства несущих конструкций, в условиях воздействия на них динамических нагрузок.
Подбор сечений несущих конструкций, выполняемых из дерева (бревна, брусья, накатник, доски), может производиться по номограмме, приведенной на рис. 79. Следует иметь в виду, что эта номограмма построена применительно к расчету элементов несущих конструкций, работающих только на изгиб. Однако, как показывает расчетная практика, она дает достаточно удовлетворительные результаты и при определении раз
310
меров сечений сжато-изогнутых элементов несущих конструкций убежищ котлованного типа, особенно, если полученные по номограмме результаты округлять до ближайшего целого значения (увеличивая полученный результат'на 2—3%).
Расчет сечений несущих конструкций, выполняемых из сборных железобетонных элементов, может производиться по номограмме, приведенной на рис. 80. Эта номограмма, как и предыдущая, построена применительно к расчету только изгибаемых элементов. Однако с достаточной степенью точности она может быть использована и для расчета сжато-изогнутых элементов несущих конструкций убежищ котлованного типа, поскольку допускаемые при этом погрешности будут меньше погрешностей, имеющих место при определении расчетных нагрузок.
Расчет защитной двери следует производить на максимальное давление, которое может возникнуть во входе в результате воздействия ударной волны на сооружение. При определении максимального давления в каждом частном случае необходимо учитывать характер зоны отражения (регулярное или нерегулярное), в которой находится убежище, расположение входа по отношению к поверхности земли, его конфигурацию и т. п.
Во входах, устраиваемых из траншей, ходов сообщения, а также с поверхности земли (в виде вертикальных лазов), в тех случаях, когда сооружение расположено в зоне двухударного (регулярного) отражения воздушного взрыва, наибольшее давление на защитную дверь (крышку люка), очевидно, булат равно максимальному давлению ударной волны на поверхности земли:
Ртах == рпов	(8,21)
311
. При наземном атомном взрыве, а также в тех случаях, когда сооружение расположено в зоне трехударного (нерегулярного) отражения, давление на защитную дверь в указанных видах входов, очевидно, может быть больше раов в результате частичного затекания ударной волны, распространяющейся вдоль поверхности земли, во вход. Это обстоятельство необходимо учитывать при определении максимального давления на защитную дверь.
Для входов, возвышающихся над поверхностью земли, максимальное давление на защитную дверь следует принимать равным давлению отражения.
Эквивалентная статическая нагрузка для расчета защитной двери определяется в зависимости от величины максимального давления, возникающего во входе в результате воздействия ударной волны, по формуле (8,1) при Кд=2. Расчет защитной двери на эту нагрузку производится, исходя из тех же принципов, что и несущих конструкций сооружения. В частности, расчет деревянных защитных дверей может выполняться по номограмме, приведенной на рис. 79.
ПРИМЕР РАСЧЕТА УБЕЖИЩА
Задание. Рассчитать убежище котлованного типа с защитной грунтовой толщей, обеспечивающее защиту от взрыва атомной бомбы с тротиловым эквивалентом С = 15 000 т на расстоянии R = 200 м от эпицентра взрыва. Высоту взрыва атомной бомбы принять: Н = 500 м.
Остов сооружения выполнить из бревенчатых поперечных рам, установленных вплотную друг к другу. Сооружение должно иметь размеры в свету (по ширине и высоте) 1,9 • 1,9 м.
312
Объемный вес грунта, используемого для устройства защитной толщи, принять у=1800 кг/м3
Расчетная схема убежища приведена на рис. 84.
Рис. 84. Расчетная схема убежища (по данным примера)
1) Расчет защитной толщи на действие проникающей радиации.
Расстояние от места взрыва атомной бомбы до места расположения убежища (рис. 84) определим по формуле
г=|/№-}-^ = У 5002 + 2002 = 539 % 540 м.
313
По графику, приведенному на рис. 46, находим дозу гамма-излучения на этом расстоянии при взрыве атомной бомбы с тротиловым эквивалентом 20 000 т.
Оо72оооо—1,7 • 104 рентген.
Подставляя в формулу (5,1) значения Dо-ро ооо= 1,7 • 104 рентген и С = 15 000 т, получим дозу гамма-излучения перед защитной толщей на заданном расстоянии от места взрыва атомной бомбы с тротиловым эквивалентом С = 15 000 т.
DOi-Doi 20 000 —э— 1,7-10 = 1,28 • 104 рентген.
Требуемая степень ослабления гамма-излучения защитной толщей находится из выражения (8,5). Принимая £>д = 50 рентген и имея в виду при этом, что учет действия нейтронов может быть произведен путем увеличения дозы гамма-излучения на 25—40%, получим:
п _
Т Од
1,4 1,28-104
= 360 раз.
50
Минимальные размеры защитной толщи, обеспечивающей требуемое ослабление гамма-излучения, определим по формуле (8,6). Подставляя в эту формулу значения dcn = 14 см (для грунта) и «т = 360 раз, получим:
H8 = 3,3donlg «тда3,3 • 14-2,556 да 118 см.
Округляя полученное значение, величину защитной грунтовой толщи примем равной,
Н„=1,2 м.
314
2) Определение расчетных нагрузок для элементов остова (несущих конструкций) сооружения.
Расстояние, на котором при взрыве атомной бомбы с тротиловым эквивалентом 20 000 т в безграничной воздушной среде будет иметь место такое же избыточное давление на фронте ударной волны, как и при взрыве атомной бомбы с С= 15 000 т на расстоянии г = 540 м, определяется по формуле (8,8). Подставляя в эту формулу значения г = 540 м и С= 15 000 т, получим:
з ______ з ____________
/20 000	/”20 000	___
~ = 540]/ i?mo = 595 “•
Исходя из полученного значения г2о 00о = 595 м, по графику, приведенному на рис. 25, находим избыточное давление на фронте падающей волны
Рф = 1,2 кг/см2.
Подставляя в выражение (8,9) значения R = 200 м и г = 540 м, получим:
Sina = — = — = 0,37. г 540
Найденному значению sin а соответствует угол падения а 22°.
После определения значений рф = 1,2 кг/см2 и а = 22° по графику, приведенному на рис. 32, находим величину коэффициента отражения:
К ==>2,75.
Поскольку коэффициент отражения найден на левой части кривой, максимальное давление на
315
поверхность земли будет равно давлению отражения. Подставляя в формулу (8,10) значения К = 2,75 и рф = 1,2 кг/см2, получим:
рпов — рот = Крф = 2,75 • 1,2 = 3,3 кг/см2.
Эквивалентную статическую нагрузку на несущую конструкцию покрытия убежища определим по формуле (8,14). Величину входящего в эту формулу коэффициента найдем по графику, приведенному на рис. 83. Из графика следует, что при На == 1,2 м величина Кт = 1,73. Подставляя в формулу (8,14) значения Яг = 1,73 и рпов = 3,3 кг/см2, получим:
?эКв.п==Кгрпов== 1,73 • 3,3 = 5,71 кг/см2.
Эквивалентную статическую нагрузку на несущие конструкции стен убежища определим по формуле (8,16)
<7экв. от = 0,3<7экВ.п = 0,3 • 5,71 = 1,71 кг/см2.
Эквивалентную статическую нагрузку на несущую конструкцию фундамента убежища найдем по формуле (8,17):
<7экв. ф = 0,5<7экв. п = 0,5 • 5,71 = 2,855 кг/см2.
Статическая нагрузка на несущую конструкцию покрытия убежища от веса защитной толщи определяется по формуле (8,18). Подставляя в эту формулу значения Hs = 1,2 м и у = 1800 кг/м3, получим:
= Нзт =
10 000
1,2  1800
10 000
- = 0,216
кг/см2.
316
Статическую нагрузку на несущие конструкции стен убежища определим по формуле (8,19').
_ 0,22йз + 0,28	___
<7стст— 10 000 Т —
0,22-1,2 + 0,28 1onn пппо . 2 = —--------’.	— • 1800 = 0,098 кг/см2.
10 000
Статическую нагрузку на несущую конструкцию фундамента убежища в соответствии с выражением (8,20) примем равной:
<7от. ф = <7от. п = 0,216 кг/см2.
Общая (расчетная) нагрузка для отдельных элементов остова убежища определяется по формуле (8,2).
9общ ==	+ QaSB'
Подставляя в эту формулу соответствующие значения qCT и qBIil>, получим:
а)	для несущей конструкции покрытия убежища
9обЩ = 0,216+ 5,71 =5,926	5,93 кг/см2;
б)	для несущих конструкций стен убежища
9общ = 0,098 + 1,71 = 1,808 ^1,81 кг/см2;
в)	для несущей конструкции фундамента убежища
9общ = 0,216+ 2,855 = 3,071 % 3,07кг/см2.
3) Подбор сечений элементов остова сооружения.
По заданию остов сооружения должен быть выполнен из бревенчатых поперечных рам, установленных вплотную друг к другу. Считая в первом приближении, что расчетные пролеты элемен-
317
тов остова сооружения равны заданным размерам рамы в свету (1,9 -1,9 м), по номограмме, приведенной на рис. 79, определим диаметры бревен, необходимых для устройства насадки, стоек и лежня рамы.
Находим на правой шкале номограммы (рис. 79) отметку, соответствующую значению / = 1,9 м, а на левой шкале — отметку, соответствующую величине qoem = 5,93 кг/см2. Соединяем найденные отметки прямой линией и в месте пересечения ее со средней шкалой получим, что для насадки рамы d = 30 см.
Поскольку отношение	— 26,5 *> 8,
^ст 0,216
поправка на влияние статической нагрузки при определении диаметра бревна насадки рамы не вводится.
При устройстве насадки из двух бревен, уложенных друг на друга, диаметр последних уменьшается на 30%.
• 30 — 21 см.
Для определения диаметров строек рамы соединяем прямой отметки I — 1,9 м на правой шкале и <7обш = 1,81 кг/см2 на левой шкале номограммы. В месте пересечения этой прямой со средней шкалой номограммы получим d — 16,6 см.
Поскольку отношение	I,7L — 17,5 > 8,
9ст 0,098
поправка на влияние статической нагрузки при определении диаметров стоек рамы не вводится.
Для определения диаметра лежня рамы соединяем прямой отметки 1= 1,9 м на правой шкале и 9общ = 3,07 кг/смг ga левой шкале номограммы.
318
В месте пересечения этой прямой со средней шка* лой номограммы получим: d — 21,5 см.
Поскольку отношение	= |^у|=13 >
поправка на влияние статической нагрузки при определении диаметра лежня рамы не вводится.
Как видно из предварительных расчетов, раму целесообразно изготавливать из бревен диаметром 22—24 см, причем насадку ее выполнять из двух бревен. Расчетный пролет при диаметре бревен 24 см и рубке узлов рамы в одну треть высоты сечения будет равен:
94	94
/= 190 + — + — = 198 см.
6	6
Уточняя величину диаметров бревен для расчетного пролета 1~ 1,98 м, по номограмме (см. рис. 79) получим:
а)	для насадки из двух рядов бревен — d = 22 см;
б)	для стоек — d = 17,3 см;
в)	для лежня — d = 22,5 см.
Округляя полученные результаты и учитывая при этом, что диаметры стоек поперечных рам с нормальной подрезкой в одну треть высоты сечения рекомендуется увеличивать на 30—40%, примем для всех элементов рамы d = 23 см.
На рис. 85 приведен эскиз сооружения с полученными на основании расчета размерами защитной толщи и сечений элементов остова сооружения.
4) Расчет защитной двери.
Максимальное давление, возникающее в результате воздействия ударной волны на поверхность земли в месте расположения сооружения,
319
равно давлению отражения. Таким образом, при устройстве входа в убежище из траншеи или хода сообщения максимальное давление на защитную дверь может быть принято, исходя из выражения (8,21), равным:
Ртах = Рпов = 3,3 Кг/СМ2.
Эквивалентная статическая нагрузка для расчета защитной двери определяется по формуле
Рис. 85. Эскиз убежища котлованного типа с защитной грунтовой толщей (по данным расчета)
(8,1). Подставляя в эту формулу значения Кя=2 и ртах = 3,3 кг/см2, получим:
Ракв = ЯдРтах = 2 • 3,3 = 6,6 КГ/СМ2.
Для деревянных защитных дверей, устраиваемых во входах, расчетный пролет может быть принят равным 0,8 м.
Определение толщины полотна защитной двери произведем при помощи номограммы, приведенной на рис. 79. Найдем на левой шкале номограммы отметку, соответствующую величине <7обш — Чвкв = 6,6 кг/см2, а на правой шкале — от
320
метку, соответствующую значению I = 0,8 м. Соединяя эти отметки прямой, в месте пересечения ее со средней шкалой номограммы получим: h— 11 см. Следовательно, горизонтальные брусья дверного полотна должны быть толщиной не менее одиннадцати сантиметров. Вертикальная дощатая обшивка дверного полотна принимается без расчета толщиной 2—2,5 см.
0
21 Зак. 401
321
===== о о ==
Глава 9
РАДИАЦИОННАЯ РАЗВЕДКА И ДОЗИМЕТРИЯ
РАДИАЦИОННАЯ РАЗВЕДКА
Радиационная разведка — одно из важнейших мероприятий противоатомной защиты. Она организуется с целью своевременного обнаружения и измерения радиоактивности воздуха, воды, поверхности земли, предметов вооружения, имущества и т. п., а также предупреждения войск об опасности радиоактивного заражения. Своевременное решение задач радиационной разведкой позволяет немедленно организовать защиту от поражения радиоактивными веществами, используя для этого все имеющиеся средства.
Заражение радиоактивными веществами воздуха, местности и всех имеющихся на ней предметов возможно как после взрыва атомной бомбы, так и при применении боевых радиоактивных веществ.
Заражение местности при атомном взрыве может происходить не только в районе взрыва, но и вдали от него по пути движения радиоактивного облака. Радиоактивные вещества могут перемещаться водой и ветром на большие расстояния.
322
Боевые радиоактивные вещества могут оказаться на местности в результате бомбардировки и артиллерийского обстрела боеприпасами, снаряженными БРВ. Возможно также распыление БРВ самолетами.
Таким образом, не только в результате атомного взрыва, но и после артиллерийского обстрела, бомбардировки и даже после появления отдельных самолетов противника не исключена возможность образования очагов заражения боевыми радиоактивными веществами. Но одних догадок о радиоактивном заражении местности недостаточно. Необходимо иметь более достоверные данные.
Достоверные данные о радиационной обстановке войска могут получить только в результате систематической и тщательной радиационной разведки. Радиационная разведка должна вестись постоянно всеми родами войск во всех видах их боевой деятельности.
Обнаружение и измерение радиоактивного заражения производится с помощью дозиметрических приборов. Для работы с приборами назначаются специально обученные люди — дозиметристы, которые входят в состав химических наблюдательных постов, дозоров, разведывательных подразделений и т. п. Дозиметристы должны уметь пользоваться дозиметрическими приборами и знать порядок несения ответственной службы радиационной разведки и дозиметрического контроля. При радиационной разведке после обнаружения зараженности местности радиоактивными веществами и измерения уровней радиации обозначаются границы зараженных участков, а также обходы и объезды их.
21*
323
Химические наблюдательные посты, кроме обязанностей по химической разведке, ведут непрерывную радиационную разведку района расположения или действий своих подразделений. Эту задачу химический наблюдательный пост выполняет, включая дозиметрический прибор через определенные промежутки времени. Кроме этого, пост обязан периодически обследовать местность по заданным направлениям, производя их проверку на зараженность. После пролетов самолетов противника, после бомбардировки и артиллерийского обстрела, а также при дымопусках со стороны противника дозиметрический прибор включается вне очереди. В этих случаях производится и внеочередное обследование заданного района местности. Таким же образом должен действовать пост и при движении радиоактивного облака над районом расположения подразделения.
В случае обнаружения радиоактивного заражения старший наблюдатель химического поста обязан немедленно доложить об этом командиру и по его приказу дать сигнал химической тревоги. По сигналу химической тревоги личный состав, используя средства индивидуальной противохимической защиты, продолжает выполнять боевую задачу.
Во всех видах боевой деятельности подразделений химические наблюдательные посты располагаются, как правило, вместе с наблюдательными пунктами командиров или вблизи них. На марше или при следовании войск по железной дороге химический наблюдательный пост должен находиться в голове колонны или эшелона с задачей проводить разведку на пути движения войск.
324
Несколько иные задачи выполняет дозиметрический дозор. В отличие от химического наблюдательного поста, постоянно находящегося при своем подразделении, дозиметрический дозор высылается для заблаговременного обследования района предстоящих действий войск или отдельных направлений и маршрутов с целью обнаружения и измерения уровней радиации и обозначения участков заражения. Дозиметрические дозоры высылаются также для обследования района атомного взрыва. В этом случае наряду с обнаружением зараженных участков дозор обязан одновременно с определением границ заражения обозначить пути обхода и объезда их. Такие же задачи могут возлагаться на дозиметристов, включаемых в состав подразделений разведки, охранения и отрядов обеспечения движения.
Радиационная разведка местности может вестись пешим порядком, на автомобилях, бронетранспортерах, танках, а также на самолетах и вертолетах. При измерении уровней радиации прибором, установленным на автомобиле, бронетранспортере, в танке или на самолете, необходимо учитывать ослабление радиоактивных излучений слоем воздуха или брони, отделяющих прибор от источника радиации.
На показания дозиметрических приборов могут оказать влияние местные предметы. Так, например, если производить измерение уровня радиации вблизи автомобиля, на котором дозор перед этим преодолевал зараженный участок, прибор может показать завышенный уровень в результате воздействия на него излучений от радиоактивных веществ, оказавшихся на поверхности машины. Возможно и ослабляющее действие местных предметов, заслоняющих собой ис
325
точник радиации от дозиметрического прибора. Поэтому необходимо производить измерения в стороне от местных предметов на расстоянии от них не менее 15—20 м.
Для определения зараженности местности и предметов на ней в процессе радиационной разведки производится отбор проб грунта, воды, воздуха, продовольствия, берутся мазки с поверхностей сооружений, машин, предметов вооружения и др.
Пробы воздуха отбираются специальными агрегатами, с помощью которых воздух пропускается через фильтр. В дальнейшем по зараженности фильтра определяется зараженность воздуха.
Пробы грунта берутся с помощью лейкопластыря. Обрезок его размером 10 X 15 см накладывают липкой стороной на ровную поверхность грунта и. прикрывая его листом чистой бумаги, прижимают равномерно по всей плошади к грунту. При отсутствии лейкопластыря пробу берут путем срезания, сметания или соскабливания поверхностного слоя грунта толщиной 0,5 см.
Пробы веды берут, как правило, с поверхности и со дна колодца, родника, пруда, озера и т. п. в количестве не менее 0,5 л в любую чистую посуду (ведро, банка, кружка и т. п.). Для взятия воды со дна можно приспособить бутылку.
Мазки для пробы с поверхности сооружений и предметов вооружения берутся с площади объекта 10 X 15 см. Мазки снимаются тампонами из ваты или ветоши диаметром 20—25 мм и длиной 40—50 мм, намотанными на деревянные палочки или обрезки толстой проволоки. Последовательность взятия мазка показана на рис. 86,
326
Пробы продовольствия берутся весом 150— 200 г. С сыпучих продуктов снимается поверхностный слой толщиной не более 1 см, с твердых (жиров, мяса и т. п.) срезается поверхностный
Рис. 86. Взятие мазка
слой толщиной до 0,5 см. Печеный хлеб для пробы берется целыми буханками. Жидкие продукты перед взятием проб следует взбалтывать или перемешивать.
Все взятые пробы в зависимости от их вида помещают в чистые стеклянные или металлические банки, склянки, бутылки или в бумажные пакеты с этикетками на них. На этикетках указывается наименование и номер пробы, где и когда она взята, условия, при которых производился отбор, и прежде всего уровень радиации в месте и во время отбора проб. Степень заражения проб определяется вне района заражения.
Уровень радиоактивного заражения местности
327
измеряется рентгенометром в рентгенах в час. Зная уровень заражения, можно судить о том, как долго можно находиться на данном участке местности до получения предельно допускаемой дозы облучения. Данные о степени заражения местности должны быть известны солдатам, командирам и штабам. Личный состав, действующий на зараженной местности, должен быть предупрежден о местах и степени заражения. Данные радиационной обстановки командирами и штабами наносятся на карты, изучаются и учитываются при постановке боевых задач частям и подразделениям. Важность сведений о зараженности местности указывает на ответственность и значимость дозиметрической службы, на необходимость точности и своевременности данных о радиационной обстановке.
Обозначение районов заражения производится предупредительными знаками, показанными на рис. 87. На этих знаках необходимо указывать, кроме уровня радиации, также и время его измерения. Зная уровень и время измерения радиации, обозначенные на ограждающих знаках, можно без особого труда по формуле (6,3) определить, каким будет уровень радиации спустя то или иное время. Возможно, что окажется целесообразным, кроме уровня и времени измерения радиации, на ответственных направлениях оснащать предупреждающий знак таблицей с прогнозом снижения уровней радиации по суткам и часам.
На рис. 88 приведена номограмма, построенная на основе формулы (6,3), для определения времени после атомного взрыва, когда уровень радиации будет безопасным. Эта номограмма состоит из трех шкал. На левой шкале нанесены де-
328
Рис. 87. Предупредительные знаки на местности, заражен-* ной радиоактивными веществами:
а — один из типов табельных знаков; б — обозначение при отсут-ствии табельных знаков
ления, соответствующие уровню радиации в момент измерения, на правой — время измерения уровня радиации после атомного взрыва. На средней шкале — время, спустя которое пребывание людей в этом районе будет безопасным.
Рассмотрим применение номограммы на примерах.
Пример 1. Допустим, что атомный взрыв произошел в 11 часов дня. Спустя 1 час 30 мин. после взрыва, то есть в 12 час. 30 мин., был измерен уровень радиации, оказавшийся равным 75 рентген в час. Определим время, когда в этом пункте пребывание людей будет безопасным.
Пользуясь номограммой (см. рис. 88), эта задача решится следующим образом. На левой ее
329
г-500
-900
- -50000
250
200—
-300
-200
Измеренный уровень радиации в р/час
-100
-90
-80
- 60
- 50
-90
-30
- 20
-10-
-9 - 8
- 7
-6
*-5
100
------1-----1--i. ... 1 . I 1 I I I , l.lj.lll_I_।  । . । . I. hl. 1.1,1	_ Время измерения уровня радиации в часах после атомного взрыва
Рис. 88. Номограмма для определения времени, когда уровень радиации после атомного взрыва будет безопасен
330
шкале находим деление, соответствующее значению измеренного уровня радиации — 75 р/час, а на правой шкале — деление, соответствующее времени измерения уровня радиации в часах после атомного взрыва — 1,5 часа. Соединяя найденные деления прямой линией, как показано на номограмме пунктиром, на пересечении этой линии со средней шкалой читаем ответ: 93 часа, то есть почти через четверо суток после атомного взрыва.
Пример 2. Через 15 мин. после атомного взрыва измеренный уровень радиации составлял 200 р/час. Определим, через какое время в данном месте пребывание людей будет безопасным.
Найдем на левой шкале номограммы отметку, соответствующую уровню радиации 200 р/час, на правой — время измерения этого уровня после атомного взрыва — 0,25 часа. Через найденные точки проводим прямую линию и в месте пересечения ее со средней шкалой находим ответ — 36 часов, то есть спустя 1,5 суток после атомного взрыва.
Радиационная разведка обязана систематически освежать данные об уровнях заражения местности, перенося предупреждающие знаки в соответствии с перемещением границ заражения. Снимать и переносить знаки без радиационной разведки недопустимо.
Кроме радиационной разведки местности, на дозиметрическую службу возлагается дозиметрический контроль. Этот вид работы включает: обнаружение и измерение заражения людей, боевой техники и имущества, выходящих из районов, зараженных радиоактивными веществами; контроль качества санитарной обработки и дезактивации; контроль облучения личного состава, выполняющего боевые задачи на зараженной
331
местности; измерение и учет дозы радиации, полученной личным составом на зараженной местности.
При выходе подразделений с зараженных участков местности необходимо выявить степень нуждаемости личного состава в санитарной обработке, а техники — в дезактивации и направить их в соответствующие пункты обработки. После санитарной обработки личного состава и дезактивации техники необходим повторный дозиметрический контроль полноценности проведенных мероприятий по обработке.
МЕТОДЫ ОБНАРУЖЕНИЯ И ИЗМЕРЕНИЯ РАДИОАКТИВНЫХ ИЗЛУЧЕНИЙ
Радиоактивные излучения — это невидимые и неощутимые излучения, и появление их не может зарегистрировать ни один из органов чувств человека. Однако найдены средства и способы обнаружения и точного измерения многих излучений, недоступных для восприятия непосредственно органами чувств (см. рис. 42). Например, инфракрасное излучение можно обнаружить по его тепловому действию термометрами, термопарами и т. п. Радиоволны воспринимаются с помощью радиоприемников и телевизоров, в приемных устройствах которых они индуцируют электрический ток. Для обнаружения рентгеновских лучей часто используют фотографические пленки или специальные экраны.
Для обнаружения и измерения радиоактивных излучений используют явления, которыми сопровождается прохождение этих излучений в различных средах. К числу таких явлений, в частности, относятся ионизация и возбуждение атомов. Каж
332
дое из этих явлений тесно связано с интенсивностью радиоактивного излучения или с плотностью радиоактивного заражения. Оценивая количество ионизированных или возбужденных атомов, можно говорить не только о наличии радиоактивного излучения, но можно провести его качественную и количественную оценку.
В результате ионизации на пути движения ядерного излучения образуются электрические заряды. Величина их весьма мала. Однако состояние современной измерительной техники позволяет не только обнаружить подобные заряды, но и измерить их с большой точностью.
Ионизация атомов может, в частности, проявляться в потемнении фотографических пленок и пластинок, а также в изменении химического состава некоторых веществ.
При действии ядерного излучения на фотографическую эмульсию происходит выбивание валентного электрона, связывающего атом серебра и, например, брома, в результате чего образуются свободные молекулы этих элементов. Чем больше будет образование свободных молекул серебра, тем темнее будет пленка после ее проявления
Сравнивая плотности почернения пленок с заранее заготовленными эталонами, можно произвести качественную оценку излучения.
Этот метод находит широкое применение при лабораторных измерениях радиоактивных излучений, где имеются наиболее благоприятные условия для обработки фотопленки. При полевых измерениях радиоактивных излучений применение фотографических пленок пока затруднено из-за
1 Применение фотографических пленок позволило открыть явление радиоактивности,
333
невозможности получения непосредственных отсчетов.
Это объясняется тем, что для проявления пленки требуется время и определенные условия, обычно отсутствующие на поле боя. Кроме того, пленку надо предохранять от влияния влаги, температуры и от предварительного облучения.
К настоящему времени известно, что некоторые вещества под действием ионизирующего излучения способны изменять свою окраску. В частности, оконное и оптическое стекло под действием радиоактивных излучений из прозрачного превратится в окрашенное. Плотность окраски тесно связана с дозой излучения, а цвет — с химическим составом вещества. Этот метод не нашел пока широкого практического применения из-за низкой чувствительности и быстрого обесцвечивания стекла при изменении температуры 1.
Если энергия атомного излучения недостаточна для ионизации атома, то происходит возбуждение атома. Последующий переход атома из возбужденного в невозбужденное состояние, как известно, сопровождается испусканием электромагнитного излучения. Вещество в этом случае может светиться. Подобное свечение, например, наблюдается при действии рентгеновских лучей или потока электронов на экран телевизора.
Регистрация и измерение световых вспышек в настоящее время производятся с помощью фотоумножителя, разработанного советским инженером А. А. Кубецким. Использование этого метода измерения радиоактивного излучения нашло применение при устройстве сцинтилляционных счетчиков.
1 Журнал «Атомная энергия» № 3, 1956 г.
334
Сцинтилляционные счетчики обладают высокой чувствительностью, характеризуются малым «мертвы:-.!» временем (10~9 сек.) и позволяют измерять спектральный состав радиоактиного излучения. Такие счетчики находят уже сейчас широкое практическое применение. Бесспорно, что это один из перспективных приборов, предназначенных для измерения радиоактивных излучений.
Устройство современной полевой дозиметрической аппаратуры в большинстве случаев основано на использовании ионизирующей способности радиоактивных излучений, которые можно обнаружить с помощью несложных приборов.
Возьмем, например, простейший электростатический прибор — электроскоп. Его листочки в заряженном состоянии будут раздвинуты. Если к электроскопу поднести радиоактивное вещество, то образующиеся в воздухе ионы, притягиваясь к листочкам электроскопа, будут нейтрализовать его заряд, и листочки его опустятся. Скорость опускания листочков может служить мерой интенсивности излучения, однако проведение измерения с помощью подобного прибора практически весьма затруднительно.
Теперь рассмотрим действие излучения на заряженный конденсатор (рис. 89). Пусть к пластинкам плоского конденсатора подключена электрическая батарея и измерительный прибор. В нормальном состоянии при чистом сухом воздухе и отсутствии радиоактивного излучения в цепи электрического тока не будет, стрелка прибора будет стоять на нуле. Как только пространство между пластинками конденсатора подвергнется действию ионизирующего излучения, в этом пространстве начнут образовываться ионы. Положительные ионы будут двигаться к отрицательно за
335
ряженной пластинке конденсатора (катоду), а отрицательные — к положительно заряженной пластинке (аноду). В результате движения ионов в цепи начнет течь электрический ток 1 и стрелка прибора отклонится от нуля.
Батарея
Рис. 89. Действие радиоактивных излу. чений на заряженный конденсатор
Как показали исследования, величина ионного тока зависит от интенсивности радиоактивного излучения и напряжения на электродах (обкладках) конденсатора.
При напряжении на обкладках конденсатора, равном нулю, действие излучения любой интенсивности не вызывает возникновения ионного тока в цепи (рис. 90). С увеличением напряжения от нуля до Vi при постоянной интенсивности излучения ионный ток растет пропорционально на-
! Этот ток называют ионным (ионизационным) током.
336
пряжению, подчиняясь закону Ома. Это объясняется тем, что с увеличением напряжения ионы будут приобретать все большие скорости. Увеличение скорости сокращает время пребывания ионов между электродами, что уменьшает вероят-
Облаат работы ионизацион-
ных камер
Рис. 90. Зависимость ионного тока от напряжения на обкладках конденсатора
ность соединения ионов с различными знаками. Таким образом, чем больше напряжение на обкладках конденсатора, тем больше скорость ионов и тем меньше их число претерпит рекомбинацию. Все это приводит к росту ионного тока.
Однако возрастание ионного тока не будет происходить неограниченно. При изменении напряжения в пределах от Vi до V2 ионный ток не изменяется и остается постоянным. Это значит, что, начиная с напряжения Vi, все ионы, образующиеся под действием излучения, доходят до пластинок конденсатора и процесс рекомбинации почти не происходит—наступает насыщение ионного тока. Величина тока насыщения зависит от
1/г22 Зак. 401
337
интенсивности радиоактивного излучения. При повышении интенсивности радиоактивного излучения ток насыщения будет возрастать, при уменьшении — падать. Следовательно, величина ионного тока насыщения является мерой интенсивности радиоактивного излучения.
В режиме насыщения ионного тока работают конденсаторы особой конструкции, называемые
ЛноЗ
Рис. 91. Схема газового счетчика
ионизационными камерами. Ионизационные камеры обычно изготавливаются в виде коробки или цилиндра, на оси которого располагается металлический или графитовый стержень. Корпус коробки или цилиндра является катодом, а стержень — анодом. Эти камеры используются для определения интенсивности гамма- и бета-излучения.
Другим прибором, работающим на использовании явления ионизации, является газовый счетчик. Этот прибор позволяет фиксировать появление отдельных частиц радиоактивного излучения.
Газовый счетчик представляет собой цилиндрический конденсатор (рис. 91), в котором в качестве центрального электрода (анода) служит тонкая нить толщиной в доли миллиметра, а катодом — металлический цилиндр с радиусом 1—2 см.
Рассмотрим принцип работы газового счетчика на следующем примере. Пусть имеется два электрода, на которые подано значительное напряже
338
ние. Анод выполнен в виде тонкого заостренного проводника, а катод — в виде диска или шара (рис. 92). При отсутствии в воздухе пыли, влаги и заряженных частиц электроды будут длительное время находиться под напряжением. Появление хотя бы одного иона немедленно вызовет га-
Рис. 92. Газовый разряд между двумя электродами
збвый разряд. Это объясняется тем, что ион, попав в мощное электрическое поле электродов, сильно разгоняется и, получив значительную энергию, будет производить ионизацию атомов, встречающихся на его пути. Такая ионизация атомов называется ударной ионизацией. Ионы, образовавшиеся при ударной ионизации, в свою очередь вызовут новые акты ионизации и т. д. Вследствие ударной ионизации и происходит газовый разряд. В момент газового разряда в электрической цепи возникает кратковременный электрический ток (импульс тока).
При изменении напряжения на электродах газового счетчика в пределах от нуля до А он будет работать как ионизационная камера (рис. 93). При работе счетчика в пределах изменения напряжения от А до Б наблюдается ударная ионизация, в результате которой происходит размно
1Д-22*
339
жение ионов и, следовательно, резкое увеличение импульса тока. В этом случае общее число ионов будет возрастать пропорционально числу ионов, которые образуются под действием радиоактивного излучения. Поэтому такие счетчики могут
Область гейгера Область ограниченной пропорциональ поста  Пропорциональная область /
Б
В
еазового счетчика
Непрерывный газовый разряд
работы
Область ионизационной камеры
Рис. 93. Зависимость величины импульса тока от напряжения на электродах газового счетчика
V
быть использованы не только для счета частиц, но и для определения ионизирующего действия.
В области, где число ионов пропорционально виду излучателя, работают так называемые пропорциональные газовые счетчики. Число ионов, образующихся в подобных счетчиках за счет ударной ионизации, невелико, поэтому они находят применение главным образом для регистрации частиц с большой ионизирующей способностью. В частности, они широко применяются для счета альфа-частиц. У этих счетчиков для пропуска альфа-частиц устраивается в торцовой части окно, которое прикрывается тонкой (в ты
340
сячные доли сантиметра) фольгой или слюдой. Такие газовые счетчики называются торцовыми счетчиками. Газовые счетчики с более толстым слоем фольги или слюды применяются для счета бета-частиц.
При повышении напряжения от Б до В газовый счетчик вступает в режим ограниченной пропорциональности. В этом режиме импульс тока в счетчике перестает зависеть от характера радиоактивного излучения, так как частицы с меньшей ионизирующей способностью могут вызвать больший импульс тока, чем частицы с большей ионизирующей способностью. Нарушение пропорциональности между импульсом тока и ионизирующей способностью излучения объясняется тем, что в счетчике начинают возникать отдельные газовые разряды.
Наконец, при изменении напряжения в области В — Г счетчик работает в режиме самостоятельного газового разряда (область Гейгера). Газовые счетчики, работающие в таком режиме, называются счетчиками Гейгера-Мюллера. Для большинства газовых счетчиков область самостоятельного газового разряда наступает при напряжении в 350—1000 вольт.
При работе счетчиков в области Гейгера появление даже одной ионизирующей частицы всегда сопровождается газовым разрядом, но величина импульса тока не зависит от первоначальной ионизации. Поэтому газовые счетчики широко применяются для регистрации отдельных электронов, альфа-, бета-частиц и гамма-квантов, но они не могут использоваться для измерения ионизирующего действия излучения.
Газовые счетчики находят также применение при регистрации нейтронного потока. Для счета
22 Зак. 401
341
медленных нейтронов газовые счетчики обычно наполняются каким-либо соединением бора (фтористый бор), а для счета быстрых нейтронов — водородом.
Важными характеристиками газовых счетчиков являются коэффициент газового усиления и «мертвое» время счета.
Коэффициентом газового усиления называют число новых пар ионов, которое создается одним ионом за счет ударной ионизации на пути от катода к аноду счетчика. Значение этого коэффициента возрастает с ростом напряжения. Для большинства газовых счетчиков коэффициент газового усиления достигает значений 106—107 раз.
«Мертвое» время счетчика определяется длительностью газового разряда, то есть временем, в течение которого счетчик не может зафиксировать появление новой ионизирующей частицы. Для гашения газового разряда, а следовательно, сокращения «мертвого» времени, внутренний объем счетчика заполняется смесью паров винного спирта с инертными газами. Такие газовые счетчики называются самогасящимися. Для самогася-шихся газозых счетчиков «мертвое» время составляет около 10~4 сек. Это время относительно большое, поэтому практически все газовые счетчики некоторую долю радиоактивного излучения не регистрируют. У сцинтилляционных счетчиков «мертвое» время меньше, чем у газовых примерно в 1000—10 000 раз.
ПРИНЦИП УСТРОЙСТВА ДОЗИМЕТРИЧЕСКИХ ПРИБОРОВ
Полевая дозиметрическая аппаратура, как правило, имеет узкоцелевое назначение. Для обнаружения и измерения уровней радиации (мощности
342
дозы) применяются индикаторы и рентгенометры. При определении степени заражения различных объектов используются радиометры. Доза радиоактивного облучения измеряется дозиметрами.
Несмотря на различное целевое назначение, все дозиметрические приборы имеют в основном принципиально одинаковое устройство. Любой до-
Рис. 94. Принципиальная схема дозиметрических приборов
зиметрический прибор состоит из следующих основных узлов: воспринимающего устройства (датчика), усилительного устройства, измерительного (регистрирующего) устройства и питания. Принципиальная схема дозиметрических приборов представлена на рис. 94.
В существующих образцах полевой дозиметрической аппаратуры в качестве датчика применяются ионизационные камеры или газовые счетчики. Конструкции и характеристики датчиков могут быть различными в зависимости от назначения приборов.
При действии радиоактивного излучения в ионизационной камере возникает ионизационный ток, а в газовом счетчике — импульс тока. Величина ионного тока, получаемого с датчика, имеет относительно малое значение, не превышающее 10-11—10~7 ампера. В связи с этим непосредственное измерение ионного тока с помощью обычных амперметров невозможно. Поэтому перед измере
22*	343
нием эти токи подвергаются предварительному усилению, для чего используются ламповые усилители, подобные усилителям, применяемым в радиоприемниках. В некоторых случаях с усилителем комплектуются узлы специального назначе-чения, например, пересчетное устройство, преобразователь импульсов и т. п.
Измерительное устройство предназначено для отсчета интенсивности радиоактивного излучения. Шкалы измерительных приборов в зависимости от целевого назначения градуируются в единицах дозы (дозиметры), мощности дозы (рентгено-метры) или в долях от этих единиц. В качестве измерительных устройств обычно используются амперметры высокой чувствительности и электромеханические счетчики.
Для питания дозиметрических приборов применяются малогабаритные сухие электрические батареи и элементы. Источники питания должны иметь такие характеристики, которые обеспечивали бы нормальную непрерывную работу прибора в течение достаточно длительного времени.
Дозиметрические приборы должны быть прочными и нечувствительными к механическим воздействиям и изменениям метеорологических условий, просты в обслуживании и наладке.
ПОЛЕВАЯ ДОЗИМЕТРИЧЕСКАЯ АППАРАТУРА
Индикатор — простейший прибор радиационной разведки. Он предназначен для обнаружения и измерения уровня радиации по бета-, гамма-излучению в пределах мощности доз от 0,01 до 0,8 p/часа. На рис. 95 показана передняя панель одного из типов индикаторов. Вес такого индикатора около 1 кг. Габариты—16 X 75 X X 14 см. Погрешность при измерениях не более
344
20—30%. Продолжительность непрерывной работы при нормальных условиях эксплуатации не менее 50 часов. В качестве датчика используется газовый счетчик. Измерительный прибор представляет собой миллиамперметр, шкала которого
Рис. 95. Передняя панель индикатора
проградуирована в рентгенах в час. Все узлы индикатора смонтированы в кожухе с ребристой поверхностью.
На передней панели прибора располагаются: выключатель, шлиц для градуировки и шкала измерительного прибора (см. рис. 95). На дне кожуха расположено продолговатое окно, закрываемое металлической заслонкой. Прибор имеет ремень для переноски, а для перевозки — ящик, в котором хранится также вспомогательное имущество.
При измерениях индикатор держат на высоте 70—100 см от поверхности земли. Для подготовки
345
прибора к работе необходимо повернуть выключатель из положения «Выкл.» в положение «Вкл.». При измерении суммарного бета-гамма-излучения окно на дне кожуха должно быть открытым, а при измерении только гамма-излучения окно закрывается заслонкой. Уровни радиации по бета-излучению пропорциональны разности отсчета при открытом и закрытом окне.
Если дозиметрист, работающий с индикатором, попадает в район, где уровни радиации более 0,8 p/час, то стрелка измерительного прибора отклоняется до отказа вправо. При нахождении на незаряженной местности прибор выключается автоматически.
В настоящее время известны индикаторы, в которых батарейное питание заменено генераторами. Основными частями этих индикаторов являются: генератор переменного тока с ручным приводом, две неоновые лампы (лампа стабилизатора напряжения — красная и индикаторная лампа — белая) и газовый счетчик.
Для включения индикатора достаточно привести в действие генератор переменного тока путем периодических нажатий на рычаг. Частота нажатия на рычаг выбирается такой, чтобы получить непрерывное свечение лампы стабилизатора напряжения. Если при работе прибора индикаторная лампа не дала ни одной вспышки, значит, местность не заражена радиоактивными веществами.
Появление отдельных вспышек индикаторной лампы свидетельствует о наличии заражения с уровнем радиации 0,01—0,5 рентгена в час. Чем больше уровень радиации, тем чаше вспыхивает индикаторная лампа. При уровнях радиации
346,
свыше 0,5 рентгена в час она светится непрерывно.
В простейших случаях в качестве индикаторов могут быть использованы заряженные электроскопы или некоторые светящиеся составы и т. п.
в
Рис. 96. Внешний вид и передняя панель рентгено-метра:
а — внешний вид; б —работа с рентгенометром; в — передняя панель рентгенометра
Рентгенометры используются для обнаружения и измерения уровней радиации (мощности дозы) гамма-излучения или суммарного воздействия бета-гамма-излучения.
347
Рентгенометры предназначены для измерения уровней радиации в зараженных районах.
Основные части рентгенометра: ионизационная камера, усилитель постоянного тока, электроизмерительный прибор (микроамперметр) и источники питания. Принцип действия рентгенометра заключается в следующем. При воздействии бета- и гамма-излучения на ионизационную камеру в цепи камеры возникает ионизационный ток, который затем усиливается и измеряется микроамперметром.
Показания микроамперметра пропорциональны величине тока, возникающего в ионизационной камере, а следовательно, пропорциональны уровням радиации.
Рентгенометр позволяет измерять уровни радиации от С,02 до 400 рентгенов в час.
Общий вид рентгенометра представлен на рис. 96, а. Рентгенометр переносится на ремне в положении за спиной или на боку, а при работе— на груди (рис. 96,6). Для хранения и транспортировки прибор вместе с запасным и вспомогательным имуществом размещается в укладочном ящике.
В процессе разведки зараженной местности рентгенометр держат на расстоянии 70—100 сантиметров от поверхности земли. Такая высота наиболее удобна для измерений. Уровень радиации на этой высоте примерно средний между уровнем на поверхности земли и на высоте роста человека, что позволяет с достаточной точностью судить о воздействии излучений на организм в целом.
При необходимости установить наличие бета-излучений следует производить два измерения на
348
высоте 10—15 сантиметров от поверхности объекта — одно при закрытой, а другое при открытой крышке окна в дне прибора. Разница в показаниях прибора свидетельствует о наличии бета-излучений.
Радиометр служит для обнаружения и определения степени радиоактивного заражения
в
Рис. 97. Внешний вид и передняя панель радиометра: а — внешний вид; б — работа с радиометром; в — передняя панель радиометра
349
поверхностей различных объектов, продовольствия, воды, а также обмундирования и кожных покровов людей после выхода их из зараженного района.
Кроме того, радиометр может быть использован для измерения небольших уровней гамма-излучения.
Зараженность различных предметов измеряют количеством распадов радиоактивных веществ на 1 квадратном сантиметре поверхности предмета в 1 минуту. Измерения, как правило, производятся вне района заражения по специально снятым мазкам и пробам. Отсчет измерений дается числом" распадов в минуту с 1 см2 или единицы объема (веса).
Радиометр позволяет измерять зараженность предметов до 1 000 000 распадов на 1 квадратном сантиметре в 1 минуту.
Радиометр применяется главным образом для контроля зараженности людей, оружия, техники и имущества на пунктах специальной обработки. При помощи его можно измерять также небольшие уровни гамма-излучения (до 0,02 рентгена в час), что позволяет использовать радиометр для ведения радиационной разведки местности с самолета.
Основные части радиометра: газовый счетчик, усилитель электрических импульсов, преобразователь импульсов, электроизмерительный прибор и источники питания.
Принцип действия радиометра заключается в следующем. При воздействии на счетчик бета-частиц и гамма-лучей в цепи счетчика возникают электрические импульсы, которые после предварительного усиления подаются на специальный элемент схемы (преобразователь импульсов), где 350
они преобразуются в постоянный ток. Величина этого тока, пропорциональная количеству бета-частиц и гамма-лучей, воздействующих на счетчик, измеряется микроамперметром.
Конструктивно радиометр выполнен в виде двух узлов — зонда и пульта, — соединенных между собой гибким кабелем (рис. 97, а). Для ведения слухового контроля радиометр снабжается головными телефонами.
В пульте прибора смонтированы: питание, измерительный прибор и ручки управления. На передней панели пульта (рис. 97, в) находится регулятор напряжения анода — «Анод» и накала — «Накал», регулятор установки нуля с кнопкой сброса показаний — «Сброс» и переключатель работы прибора. Переключатель прибора может устанавливаться в пяти положениях, обозначаемых следующими надписями на шкале: «Вык.» — прибор выключен, Н — контроль и установка напряжения накала, А — контроль и установка анодного напряжения, 2 — диапазон измерения больших активностей и 1—диапазон измерения малых активностей. Кроме того, на верхней панели пульта имеются гнезда для включения гибкого кабеля зонда и телефонов.
Во время измерений пульт радиометра находится на груди, а зонд в руке (рис. 97,6). Для обследования зараженной поверхности зонд радиометра подносят к ней на расстояние 1—2 сантиметров и слушают сигналы в телефонах. Непрерывный треск в телефонах означает, что поверхность предмета заражена. Степень заражения предмета определяется по шкале прибора.
При определении степени заражения воды и жидких продуктов питания измерение производят погружением в них головки зонда радиометра. По
351
показаниям прибора определяют число распадов на единицу веса или объема. Сличая полученные данные с нормами допускаемого заражения продуктов питания и воды, можно определить пригодность их к употреблению.
Измерение степени радиоактивного заражения объектов, проб и мазков (грунта, продовольствия и т. п.) производится при расположении головки зонда на расстоянии 0,5 см от зараженной поверхности.
Степень заражения проб грунта определяется измерением количества распадов в минуту на единицу поверхности. Лейкопластырь с прилипшим грунтом для замера зараженности кладут вместе с пакетом, в котором он доставлен, липкой стороной кверху. Сыпучие пробы грунта рассыпают на доске или картоне ровным слоем на площади 150 см2 (15 X Ю)- Датчик прибора располагают над осью лоскута лейкопластыря или площадки с насыпанным грунтом параллельно длинной стороне.
Зараженность проб хлеба, мяса и других подобных продуктов определяется так же, как и степень заражения проб грунта.
Для измерения степени заражения мазка тампон разворачивается и раскладывается на доске по форме прямоугольника размером 10 X 15 см. Измерения зараженности производятся так же, как и грунта.
По результатам отсчетов по шкале измерительного прибора, пользуясь таблицей, приведенной на крышке пульта, определяется зараженность объекта. Сравнивая полученные данные с нормами допускаемого заражения, можно судить о пригодности воды и продовольствия к употребле-352
нию, а также о степени зараженности других объектов.
Дозиметры предназначены для определения суммарной дозы излучения, получаемой личным составом за время пребывания на местности, зараженной радиоактивными веществами. Дозиметры могут быть как коллективного, так и индивидуального контроля облучения.
Работа дозиметра основана на измерении уменьшения первоначального заряда камеры под воздействием радиоактивных излучений.
На рис. 98 показана передняя панель одного из типов дозиметров коллективного контроля облучения. Прибор монтируется в герметической алюминиевой коробке.
Для проведения измерений прибор устанавливается на расстоянии 0,7—1 м от поверхности земли в районе расположения подразделений.
Для индивидуального контроля облучения используется дозиметр, называемый комплектом индивидуального контроля облучения. Он состоит из 200 индивидуальных ионизационных камер (дозиметров) и зарядно-измерительного пульта.
Дозиметры индивидуального контроля облучения позволяют определить суммарную дозу облучения, получаемую каждым человеком в отдельности. Для этого обычно используются малогабаритные ионизационные камеры различных конструкций. Камеры имеют небольшие размеры и помещаются в кармане гимнастерки. Они позволяют измерять дозы от нуля до 50 рентгенов.
Малые ионизационные камеры, напоминают по внешнему виду автоматическую ручку. Схема устройства одной из подобных камер пред-
353
Кнопка проверни работы
Установка, нуля электро-/Гмеханических счетчиков
быю1 вкл выключатель
Шлиц регулировки чувствительности
Шкалы злектро-J механических
счетчиков
Рис. 98. Передняя панель дозиметра коллективного контроля облучения
ставлена на рис. 99. Наружная оболочка камеры и ее центральный стержень являются электродами ионизационной камеры, которые надежно изолированы друг от друга прокладками и колпачками. Эти камеры выдаются каждому человеку, работающему в зараженном районе. Прибор обычно носится в кармане гимнастерки.
Рис. 99. Схема индивидуального дозиметра (малогабаритная ионизационная камера)
354
Анодное	Смещение Контроле
напряжение Продерна Анод v , Зарядное нуля
z ®	© Накал. .капряже- а@) Работа
VCX ние
“’Г'®'	ф
Установка Установка
нуля шкалы J
в
Рис. 100. Внешний вид и передняя панель пои-бора индивидуального контроля облучения:
а — внешний вид зарядно измерительного устройства; б - внешний вид индивидуального дозиметра: в — передняя панель зарядно-измерительного устройства
Чтобы подготовить прибор к действию, необходимо на его электроды подать электрический заряд. Под действием радиоактивного излучения ионизационная камера будет постепенно разряжаться. Уменьшение заряда является мерой полученной дозы излучения.
Рис. 101. Схема прямопоказывающего дозиметра индивидуального контроля облучения
Измерение потери электрического заряда осуществляется на специальном приборе, который обычно совмещается с зарядным устройством. Зарядно-измерительное устройство, показанное на рисунке 100, а, позволяет использовать дозиметры индивидуального контроля (рис. 100, б) для измерения суммарных доз в различных диапазонах, например ст 0 до 5 или от 0 до 50 рентген.
В настоящее время находят также применение прямопоказывающие дозиметры индивидуального контроля облучения (рис. 101). В основе устройства подобных дозиметров находится электрометр, изготовленный из тонкой металлизированной кварцевой нити, которая подвешивается к металлической рамке. Рамка соединяется с внутренним
356
электродом. При зарядке прибора кварцевая нить под действием электрических сил отталкивания будет отклоняться от рамки. Величина отклонения пропорциональна величине электрического заряда.
Под действием радиоактивного излучения происходит нейтрализация заряда электрометра. При этом кварцевая нить будет приближаться к рамке. Отклонение нити измеряется с помощью простейшего микроскопа по сетке со шкалой (окуляр — объектив). В этом случае для отсчета показаний дозиметра нет необходимости применять специальное измерительное устройство.
--- 0
357

Глава 10
МЕРЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ДЕЙСТВИЙ ВОЙСК НА МЕСТНОСТИ, ЗАРАЖЕННОЙ
РАДИОАКТИВНЫМИ ВЕЩЕСТВАМИ
ОСОБЕННОСТИ ДЕЙСТВИЙ ВОЙСК НА МЕСТНОСТИ, ЗАРАЖЕННОЙ РАДИОАКТИВНЫМИ ВЕЩЕСТВАМИ
Применение атомного оружия взрывного действия и БРВ, как известно, сопровождается заражением местности радиоактивными веществами. Поэтому боевые действия войск могут быть связаны с более или менее длительным пребыванием их на радиоактивно зараженной местности. Для обеспечения защиты войск от поражения радиоактивными излучениями необходимо соблюдать определенные правила. Этим в основном и определяются особенности действий войск на местности, зараженной радиоактивными веществами.
Правила действий войск на местности, зараженной радиоактивными веществами, просты и доступны для выполнения в любых условиях. В основу этих правил положены два главных требования, обусловленные боевыми свойствами радиоактивных веществ и условиями защиты от их поражающего действия. Во-первых, необходимо обеспечить защиту людей от контакта с радио
358
активными веществами и, во-вторых, предупредить облучение личного состава в опасных дозах радиации.
При действиях войск на местности, зараженной радиоактивными веществами, личный состав войск может избежать контакта с ними, используя индивидуальные средства противохимической
Рис. 102. Преодоление зараженного участка на танке
защиты, а также соблюдая элементарные правила поведения. На зараженной местности нельзя курить, пить или принимать пищу. Не следует без надобности ложиться или садиться на землю или местные предметы. Нельзя брать посторонние предметы и даже прикасаться к ним.
В ходе наступательных действий зараженные участки местности следует решительно преодолевать. При этом водители машин, экипажи и личный состав на броне танков, на бронетранспортерах и автомобилях должен быть в противогазах и защитных накидках или плащ-палатках (рис. 102). Если возникнет необходимость в спешивании с машин на зараженных участках местности, требуется, чтобы люди имели на обуви защитные чулки. Преодолевая участки зараженной
359
местности под огнем противника, необходимо при залегании использовать накидку-подстил, плащ-палатку или подстил из подручных материалов (рис. 103). Залегая, сначала подкладывают подстил в месте, выбранном для выполнения огневой
Рис. 103. Преодоление зараженного участка местности под огнем противника (в верхней части рисунка показано окапывание на зараженной местности с использованием подстила)
задачи. При самоокапывании надо производить отрывку одиночного окопа лежа на подстиле.
В обороне одним из мероприятий защиты от поражающего действия радиоактивных веществ является дезактивация позиций. При этом прежде всего следует дезактивировать места пребывания личного состава — окопы, траншеи, укрытия и т. п.
На путях подвоза и движения войск производится дезактивация проходов через зараженные
360
участки местности с высоким уровнем радиации. Кроме того, при неравномерном радиоактивном заражении местности (из-за влияния рельефа, • растительности и др.) может оказаться целесообразным оборудование обходов и объездов наиболее сильно зараженных участков.
При действиях на местности с увлажненной поверхностью земли, когда заражения воздуха радиоактивной пылью не наблюдается, возможно пребывание личного состава на зараженных участках без противогазов и накидок, а только в защитных чулках. Однако подобного рода решения могут приниматься лишь после того, как радиационная разведка подтвердит, что воздух в данном районе не содержит радиоактивных веществ в опасных концентрациях.
При попадании радиоактивных веществ на обмундирование, оружие и боевую технику, а также на кожные покровы людей необходимо возможно скорее удалить их. Удаление радиоактивных веществ с оружия, боевой техники, обмундирования и различного имущества производится при дезактивации. Личный состав с этой же целью должен пройти санитарную обработку. Чем скорее будут проведены дезактивация и санитарная обработка, тем меньше возможность поражения людей в результате контакта с радиоактивными веществами.
При действиях на местности, зараженной радиоактивными веществами, необходимо иметь в виду, что доза облучения зависит от уровня радиации (степени заражения) и продолжительности облучения. Чем выше уровень радиации, тем меньшее время можно находиться на зараженной местности, и, наоборот, чем слабее зара
23 Зак. 401
361,
женность местности, тем больше возможная продолжительность действий на ней.
Преодоление зараженных участков местности должно быть решительным и стремительным (с наибольшей скоростью движения). Это обеспечивает минимальную продолжительность облучения, вследствие чего личный состав будет получать наименьшую дозу радиации.
При выполнении боевых задач, связанных с необходимостью длительного пребывания личного состава на радиоактивно зараженной местности, например, при обороне позиций, при производстве инженерных работ и т. п., следует учитывать дозы облучения личного состава и следить за тем, чтобы они не достигали предельно допустимых величин.
При приближенных расчетах можно считать, что доза облучения равна произведению уровня радиации на время облучения. Из этого следует, что для определения максимальной продолжительности пребывания на зараженной местности известную допускаемую дозу нужно разделить на уровень радиации. Иными словами, разделив дозу на уровень радиации, мы определим, в течение какого времени эта доза может быть накоплена организмом.
Например, требуется определить, в течение какого времени может быть получена доза в 50 рентген, если известно, что уровень радиации равен 20 рентген в час. Для» этого, разделив дозу на уровень радиации, получим:
50: 20 = 2,5 часа.
Следовательно, на данном участке местности можно находиться в течение не более 2,5 часа, чтобы не получить дозу, превышающую заданную.
362
В рассмотренном примере за счет упрощения вычислений допущена некоторая неточность. Эта неточность связана с тем, что с течением времени уровень радиации снижается в результате естественного распада радиоактивных веществ. Пренебрегая указанным обстоятельством, мы в своих расчетах получили время безопасного облучения с некоторым запасом. При более точных расчетах продолжительность безопасного пребывания на зараженной местности будет несколько большей. Для небольшой продолжительности облучения эта разница будет незначительной.
При преодолении зараженных участков местности может возникнуть необходимость в решении двух видов задач:
1. Определении дозы облучения личного состава за время преодоления зараженного участка.
2. Определении минимальной скорости движения войск, исходя из заданной дозы облучения.
Рассмотрим методику решения таких задач на примерах.
Пример 1. На маршруте движения войск имеется участок, зараженный радиоактивными веществами. Протяженность зараженного участка составляет 500 м. На всем протяжении участка измеренный уровень радиации равен 20 рентген в час. Требуется определить, можно ли преодолеть этот участок заражения пешим порядком, то есть со скоростью 4 км в час.
Для решения этой задачи сначала определим, сколько времени люди будут находиться под облучением. Для этого надо разделить протяженность пути на скорость движения:
500:4000 =—часа,
8
23*
363
За это время полученная доза составит:  20 •	=2,5 рентгена.
Если считать максимальной дозу облучения 50 рентген, то участок вполне преодолим пешим порядком, конечно, с соблюдением правил безопасности.
Пример 2. Протяженность зараженного маршрута составляет 2 км. Уровень радиации — 150 рентген в час на всем протяжении маршрута. Требуется определить, с какой наименьшей скоростью могут двигаться войска, чтобы максимальная доза облучения не превышала 50 рентген.
Для решения этой задачи определим сначала, сколько времени можно находиться на данном участке местности. Для этого надо разделить заданную дозу на уровень радиации:
50: 150 = —часа.
3
Для того чтобы определить, с какой скоростью надо передвигаться, преодолевая участок маршрута протяженностью 2 км в течение */з часа, разделим путь на время;
г	2: -|- = 6 км/час.
Следовательно, данный участок маршрута можно преодолеть форсированным маршем.
Эту же задачу можно решить и другим способом.
Изобразим данную обстановку графически, отложив на горизонтальной линии длину зараженного участка и проведя вдоль него параллельную линию на удалении, равном степени заражения 364
(рис. 104). У нас получился прямоугольник с основанием, равным длине зараженного участка маршрута L, и высотой, равной уровню радиации Р. Дозу радиации Д можно представить, как
Рис. 104. График зараженности участка маршрута с одинаковым уровнем радиации (пример)
произведение уровня радиации Р на время облучения t:
D = Pt.	(10,1)
В свою очередь время t, в течение которого преодолевается данный участок маршрута L, определяется, как длина маршрута L, деленная на скорость движения v:
t = —.	(10,2)
v
Подставив значение времени t в выражение (10,1), получим
pi
D —	.	(10,3)
v
Из чертежа (см. рис. 104) следует, что произведение PL равно площади, очерченной графиком зараженности маршрута. Обозначив эту площадь S и подставив ее значение в формулу (10,3), Получим;
=	(10,4)
365
Определяя из этого выражения V, будем иметь:
v^=~-	(Ю.5)
Для решения поставленной задачи по формуле (10,5) сначала определим величину площади, очерченной графиком (см. рис. 104). Она будет равна произведению уровня радиации на длину зараженного участка маршрута:
S = 150 • 2 = 300 р км/час.
Подставляя в формулу (10,5) значение S — — 300 р км/час и D = 50 рентген, получим:
300	_	.
п = —=6 км/час.
Пример 3. Радиационной разведкой определена зараженность маршрута, характеризующаяся графиком, приведенным на рис. 105. Требуется вычислить минимальную скорость движения войск, исходя из условия, что доза облучения личного состава не должна превышать 50 рентген.
Для решения задачи по формуле (10,5) необходимо определить площадь, очерченную графиком зараженности (она на рис. 105 заштрихована). Эта площадь будет равна сумме площадей трапеций, из которых в данном случае состоит график:
S= А-(10+ 90) 0,2 + А-(90 + 200) 0,2 +
+	(200 + 400) 0,1 + А-(400 + 100)0,1 +
+ -А- (100 + 10)0,2= 10 + 29 + 30 +25 + 11 =
= 105 р км/час.
366
Подставляя в формулу (10,5) значение 5> = = 105 р км/час и Ь — 50 рентген, получим:
v = —=2,1 км/час.
Полученный результат вычислений показывает, что маршрут, несмотря на высокие уровни радиации в отдельных его местах, может быть преодолен пешим порядком. При этом доза облучения личного состава может быть определена по фор-
Рис. 105. График зараженности маршрута радиоактивными веществами с различными уровнями радиации (пример)
367
муле (10,4). Принимая минимальную скорость движения войск v — 4 км/час, получим:
n S 105 ос о_
D = — = — = 26,25 рентгена. v 4
Все наши расчеты, приведенные выше, дают представление о возможности преодоления зараженных участков местности пешим порядком. При этом доза облучения личного состава зависела только от продолжительности облучения и степени заражения местности. Если преодоление зараженных участков местности будет совершаться в танках, на бронетранспортерах или автомобилях, то следует учитывать также ослабление дозы толщей брони, воздуха и т. п., отделяющих людей  от зараженных поверхностей. Ослабление дозы радиации броней позволяет преодолевать в танках участки местности с весьма высокими уровнями радиации. В частности, танковые подразделения могут продвигаться через район заражения, образующийся при наземном атомном взрыве, спустя незначительное время. После воздушного взрыва атомной бомбы заражение местности будет, как правило, значительно меньшим, чем при наземном взрыве. Преодоление участка радиоактивного заражения через эпицентр воздушного взрыва возможно в большинстве случаев даже пешим порядком без опасности для здоровья.
ДЕЗАКТИВАЦИЯ МЕСТНОСТИ
Дезактивация местности производится с целью удаления радиоактивных веществ с поверхности земли и местных предметов в местах расположения и действия подразделений, а также на маршрутах движения войск или на путях подвоза и
368
эвакуации. Дезактивацию проходов и маршрутов для движения войск следует проводить только в тех случаях, когда невозможно обойти или преодолеть район радиоактивного заражения на боевых машинах или транспортных средствах.
Различают четыре основных способа дезактивации местности:
1.	Срезание и удаление поверхностного слоя грунта или снега вместе с радиоактивными веществами.
2.	Сметание или смывание радиоактивных веществ с поверхности земли и местных предметов.
3.	Перепахивание зараженных участков местности.
4.	Покрытие зараженных поверхностей слоем незараженного грунта или щитами из лесоматериалов.
Срезание и удаление поверхностного слоя грунта (снега) обычно производится при дезактивации проходов и земляных фортификационных сооружений — окопов, траншей и т. п. Поверхностный слой грунта толщиной 3—5 см удаляется на безопасное расстояние от прохода или сооружения. При движении войск по дезактивированному проходу часто можно обойтись без последующей дезактивации техники и обмундирования, так как поднимаемая с прохода пыль может вовсе не содержать радиоактивных веществ. Однако при движении войск по дезактивированному таким образом проходу войска подвергаются облучению сбоков от прохода, где дезактивация не производилась.
Люди, находящиеся в дезактивированных окопах и траншеях, в значительно меньшей мере подвержены облучению, чем при движении по не-дезактивированным проходам. Находясь ниже по
369
верхности грунта, люди защищены крутостями сооружения от радиации с боков. Тем не менее при артиллерийском и минометном обстреле позиций следует пользоваться противогазом и другими индивидуальными средствами защиты, так
Рис. 106. Устройство прохода на зараженной местности срезанием слоя грунта автогрейдерами
как радиоактивная пыль, поднимаемая при взрывах за пределами окопов и траншей, может быть занесена ветром и на укрывающихся в них людей.
Поскольку способ дезактивации путем срезания грунта может найти в условиях боевой обстановки наибольшее распространение, рассмотрим его более подробно.
Дезактивацию проходов целесообразно производить с применением дорожных машин. При устройстве проходов достаточной ширины для одностороннего движения танков и автомобилей требуются два хода грейдера. На рис. 106 показано, как за один проход двух грейдеров, следую
370
щих друг за другом уступом, может быть устроен проход для одностороннего движения. Для двухстороннего движения устраивают два таких прохода в 25 м один от другого. Это требуется во избежание попадания радиоактивной пыли с одного прохода на другой при встречном движении машин.
При постановке задач на дезактивацию проходов путем срезания грунта необходимо учитывать, что расчеты, работающие на грейдерах, подвергаются длительному облучению. Поэтому необходимо принимать меры по предупреждению облучения расчетов сверх допускаемых доз.
Дезактивация окопов и траншей производится лопатами вручную. Сначала срезают грунт с поверхности бруствера, тыльного траверса и бермы, затем с крутостей и после этого со дна (рис. 107). Срезанный грунт удаляется носилками или ведрами в подветренную сторону за пределы окопа или траншеи не ближе чем в 25 м или же ссыпается в тупики, примыкающие к траншее, в которых потом засыпается незаряженным грунтом.
Дезактивация путем срезания поверхностного слоя грунта эффективна лишь в случаях заражения местности радиоактивными веществами, осевшими на поверхность земли из радиоактивного облака атомного взрыва или в результате применения БРВ. Если заражение грунта произошло в основном в результате воздействия потока нейтронов (наведенная радиация), что иногда наблюдается в районе эпицентра атомного взрыва, то дезактивация таким способом может не привести к желаемым результатам. Как известно, при атомном взрыве поток нейтронов, проникая в почву, вызывает образование радиоактивных изотопов некоторых химических элементов, входящих
371
to
*0
Рис. 107. Дезактивация траншей без одежды крутостей (цифрами показана последовательность работы)
в состав грунта, в связи с чем грунт оказывается зараженным радиоактивными веществами на глубину нескольких десятков сантиметров от поверхности земли. При этом на некоторой глубине степень заражения грунта может быть даже большей, чем на поверхности земли. Таким образом, возможны случаи, когда после срезания и удаления поверхностного слоя грунта уровень радиации на проходе может быть не ниже, чем до дезактивации. Следовательно, в подобных случаях дезактивацию таким способом производить нерационально, а следует использовать другие способы.
Дезактивация местности путем сметания или смывания радиоактивных веществ наиболее применима для устройства проходов на дорогах, городских площадях и улицах с каменным, бетонным или асфальтированным покрытием. Для этого могут быть эффективно использованы машины, применяемые в городском хозяйстве для уборки улиц.
Удаление радиоактивных веществ таким способом может производиться при дезактивации окопов и траншей с одеждой крутостей. Для этого используются подручные средства — веники, ветошь и т. я.
Дезактивация местности вспашкой грунта на глубину до 20 см может снизить уровень радиации почти в 2 раза, если пласты земли полностью переворачиваются. Однако этот способ не применим для устройства проходов, так как пашня сильно затруднит движение войск. При наличии на месте сельскохозяйственных машин такой способ может быть применим для ослабления облучения войск, следующих по дезактивированному проходу. Для этого по сторонам от прохода следует вспахать полосы по 25 м с каждой стороны.
373
Способ дезактивации путем покрытия зараженных поверхностей незараженным материалом также мало применим. Хотя слой грунта до 20 см может снизить уровень радиации примерно в 2 раза и исключить поднятие радиоактивных
Рис. 108. Устройство прохода через зараженный участок местности настилкой колейного покрытия из жердей
веществ вместе с пылью при движении войск, устройство таких проходов весьма трудоемко. Кроме того, движение по насыпному грунту затруднительно. Более реально устройство проходов путем настилки колейных покрытий из щитов или матов (рис. 108). Хотя интенсивность радиации будет почти без изменений, зато при движении пыли будет поднято меньше, а на труднопроходимой местности скорость движения войск су
374
щественно увеличится, за счет чего время облучения войск сокращается.
Кроме рассмотренных способов дезактивации, для уменьшения количества радиоактивной пыли в воздухе может применяться поливка местности водой. Поливка не ослабляет интенсивности радиоактивного излучения и практически не удаляет радиоактивных веществ, хотя часть их проникает в почву вместе с водой. Поливка сухой почвы, исключая пылеобразование при движении войск, дает им возможность не прибегать к применению индивидуальных средств защиты. Кроме того, в этих случаях можно обойтись в дальнейшем без санитарной обработки и дезактивации.
Выбор способа дезактивации следует производить с учетом местных условий и преследуемых целей. При этом необходимо иметь в виду, что с течением времени уровень радиации снижается за счет естественного распада радиоактивных веществ.
САНИТАРНАЯ ОБРАБОТКА ЛИЧНОГО СОСТАВА И ДЕЗАКТИВАЦИЯ ОРУЖИЯ, ТЕХНИКИ И ИМУЩЕСТВА
Радиоактивные вещества, попавшие на кожные покровы и обмундирование, а также на боевую технику, вооружение и имущество, могут служить причиной поражения личного состава при действиях не только на зараженной местности, но и после того, как люди окажутся вне зоны заражения. Как известно, длительный контакт людей с радиоактивными веществами может вызвать поражение того или иного характера. Поэтому чем скорее будут удалены радиоактивные вещества,
375
тем меньше будет вероятность поражения личного состава.
Удаление радиоактивных веществ из обмундирования, а также с поверхностей оружия, боевой техники и т. п. производится путем их дезактивации. Для удаления радиоактивных веществ с кожных покровов и слизистых оболочек глаз, носа и рта производится санитарная обработка личного состава. Санитарная обработка и дезактивация в зависимости от условий боевой обстановки могут выполняться частично или полностью. Поэтому как дезактивацию, так и санитарную обработку подразделяют на частичную и полную.
Частичная санитарная обработка и частичная дезактивация могут производиться в зараженном районе или за его пределами. При частичной санитарной обработке радиоактивные вещества удаляются с открытых участков тела, а при частичной дезактивации — с тех мест зараженных объектов, с которыми личному составу приходится соприкасаться. Полная санитарная обработка и полная дезактивация производятся только за пределами зараженного района и, как правило, после выполнения боевой задачи или при благоприятной боевой обстановке по решению старшего начальника.
Частичная санитарная обработка после выхода из зараженного района проводится в следующем порядке. Сначала надо снять защитную накидку и отряхнуть обмундирование. При этом нужно следить за тем, чтобы пыль относилась ветром в сторону и не попадала на окружающих. Затем следует произвести частичную дезактивацию оружия и боевой техники, после чего можно снять защитные чулки и перчатки, а потом и противо
376
газ. Снятые средства индивидуальной противохимической защиты также дезактивируются, после чего следует вымыть руки, лицо и шею. Надо обратить внимание на тщательность мытья рук и на удаление грязи из-под ногтей. Очень важно промыть глаза, нос и прополоскать рот для удаления радиоактивных веществ со слизистых оболочек, которые особенно подвержены поражению радиоактивными излучениями. При обмывании следует пользоваться только чистой водой. Если воды недостаточно, то частичная санитарная обработка производится протиранием открытых частей тела влажным полотенцем, тампоном, носовым платком или другой чистой увлажненной тканью. При отсутствии воды в районе, где производится частичная санитарная обработка, или если имеющуюся воду почему-либо нельзя использовать, можно смачивать тампоны водой из фляги или в крайнем случае пользоваться сухими тампонами или тканями. Загрязнившиеся тампоны должны заменяться чистыми.
При частичной санитарной обработке на зараженной местности производятся те же операции, которые были описаны выше, но с применением индивидуальных средств защиты. Обработке подвергаются только части тела, не прикрытые индивидуальными средствами противохимической защиты (руки и шея). Однако для этого водой из зараженных источников пользоваться нельзя.
Полная санитарная обработка производится на специально оборудованных площадках пунктов санитарной обработки, а также в банях и санитарных пропускниках. Желательно, чтобы санитарная обработка проводилась теплой водой и с мылом. Следует особенно тщательно обмывать места на теле, указанные перед этим дозиметрическим кон
24 Зак. 401
377
тролем, как наиболее зараженные. При благоприятных условиях можно мыться и в открытом водоеме с проточной и незаряженной водой. В этом случае входить в воду следует ниже, а после мытья выходить выше по течению реки.
Частичная дезактивация обмундирования, снаряжения и индивидуальных средств противохимической защиты производится отряхиванием или обметанием с целью удаления с них радиоактивной пыли. При этом снимать противогаз не следует. Сняв защитную накидку, ее нужно отряхнуть, стоя спиной к ветру. Шинель для частичной дезактивации надо снять и вытряхнуть из нее пыль. Пыль с обмундирования обметается или вытряхивается, не снимая гимнастерки и брюк.
Противогаз снимается и дезактивируется в незаряженном районе в последнюю очередь, когда произведена частичная дезактивация обмундирования, оружия и боевой техники. Противогаз надо протереть увлажненными тампонами.
Частичная дезактивация оружия, боевой техники и войскового имущества производится также в средствах индивидуальной защиты. При этом поверхности оружия протирают ветошью или паклей, смоченными водой, керосином или бензином. Затем их вытирают насухо 2—3 раза, сменяя обтирочный материал. Особое внимание должно быть обращено на протирание рукояток, приклада и т. п. Частичная дезактивация артиллерийских систем производится обметанием их вениками или жгутами из травы или соломы, после чего тщательно протирают ветошью прицел, панораму, казенную часть, рукоятки и маховики поворотного и подъемного механизмов. Дезактивации подлежат также боеприпасы, находящиеся на огневых позициях. При отсутствии жидкостей для
378
смачивания обтирочных материалов дезактивацию можно производить и сухими обтирочными материалами.
При частичной дезактивации танков, самоходно-артиллерийских установок, бронетранспортеров, тягачей, автомобилей и т. п. необходимо прежде всего протереть обтирочными материалами внутренние поверхности боевых отделений, отделений управления, кабин водителей, десантных отделений, а также поверхности приборов и вооружения. Дезактивация производится самими расчетами и экипажами. При дезактивации могут быть использованы вода, керосин, бензин, дизельное топливо и другие жидкости.
Использованные при частичной дезактивации обтирочные материалы нельзя разбрасывать. Их следует складывать в отрытые для них ямы и по окончании дезактивации засыпать грунтом. Если частичная дезактивация производится на зараженной местности, не следует пользоваться для этого подручными материалами — соломой, травой, ветками и т. п., так как они могут оказаться зараженными и применение их может принести больше вреда, чем пользы.
Полная дезактивация оружия, боевой техники, а также обмундирования и средств индивидуальной противохимической защиты производится на пунктах специальной обработки. Полная дезактивация танков, автомобилей, бронетранспортеров и т. п. начинается с обработки внутренних помещений. Обработка производится главным образом обмыванием струей воды. Затем производится обмывка наружных поверхностей. Для предохранения от попадания радиоактивных веществ во внутренние помещения машин при обмывке наружных поверхностей дверцы, люки и другие
24*
37S
отверстия должны быть плотно закрыты. Дезактивация автомобилей производится после того, как с них снят груз.
Полная дезактивация обмундирования производится стиркой его или тщательным выколачиванием из него пыли. Средства индивидуальной противохимической защиты и снаряжение дезактивируются обмывкой их специальными растворами или водой.
После полной дезактивации предметы подвергаются дозиметрическому контролю, и, если это требуется, дезактивация повторяется.
Личный состав, производящий полную дезактивацию различных предметов, должен быть в противогазах и в специальной непромокаемой одежде. Необходим также индивидуальный дозиметрический контроль облучения персонала, производящего полную дезактивацию.
Примерная схема пункта специальной обработки и порядок прохождения через него подразделений приведены на рис. 109. Площадь, занимаемая пунктом специальной обработки (длиной примерно 350—400 м и шириной 75—100 м), разделяется вдоль на две половины — грязную и чистую. На чистую половину должны попадать только оружие, техника, а также личный состав, прошедшие дезактивацию и санитарную обработку.
Порядок прохождения подразделений через пункт специальной обработки следующий. Выходящие из зоны заражения подразделения сосредоточиваются в районе ожидания, где еще до полной обработки можно произвести частичную дезактивацию и частичную санитарную обработку, если почему-либо это не было сделано раньше. Из района ожидания подразделения направляются на контрольно-распределительный
38Q
со оэ
Контрольно-распределительный пункт
Путь зараженных подразделений
Грязная половина
Площадка дезактиваиии
,Дезактивация// /жия и техники
Пут подразделений, прошедших дезактивацию и санитарную обработку
Площадка санитарной обработки
500-1000м
Чистая половина
Место \ для дезактивированного оружия ,^и техники,

Одевание
Обмывка
ТГнятив дд-

—------------- 350-U00A1 -----------
^остава, эараженноео сверх нормы более, чем в 10 р03
Рис. 109. Схема пункта специальной обработки
пункт для дозиметрического контроля заражения. Подразделения, не нуждающиеся в санитарной обработке личного состава и дезактивации оружия и техники, следуют в район сбора, минуя пункт специальной обработки.. Личный состав и боевая техника, зараженные сверх допускаемых норм, направляются на пункт специальной обработки.
По прибытии на пункт специальной обработки подразделения сначала попадают на площадку дезактивации оружия и техники. Там они под контролем химиков-дезактиваторов дезактивируют свое оружие и технические средства. После того как дозиметрический контроль подтвердит, что дезактивация произведена достаточно, оружие оставляется на чистой половине, а личный состав направляется на площадку дезактивации обмундирования и снаряжения. Оставив свое обмундирование и снаряжение для дезактивации на грязной половине этой площадки, личный состав идет на площадку санитарной обработки. После обмывки люди следуют на чистую половину и перед одеванием проходят дозиметрический контроль с целью проверки, все ли радиоактивные вещества смыты с тела. Обмундирование и снаряжение, сданные перед санитарной обработкой на дезактивацию, после их обработки (или из обменного фонда) доставляются на чистую половину специально назначенными подносчиками.
После санитарной обработки люди, одевшись, проходят за дезактивированным оружием, двигаясь только по чистой половине. Получив оружие и боевую технику, подразделения направляются в район сбора и там производят их чистку и смазку,
382
Этот порядок прохождения через пункт специальной обработки может быть иным, если заражение личного состава будет значительным. В таком случае личный состав сразу поступает на санитарную обработку, после которой может производить дезактивацию своего оружия с повторной после этого санитарной обработкой.
Пункт специальной обработки располагается на ровной площадке в незараженном районе вблизи источников воды, скрыто от наземного и воздушного наблюдения противника. Площадки для дезактивации желательно оборудовать настилами из досок или жердей с отводом загрязненной воды по канавам или трубам в водосборные или водопсглошающие колодцы. При работе пункта специальной обработки необходимо наблюдать за тем, чтобы водосборные колодцы не переполнялись зараженной водой. Использованные при дезактивации обтирочные и другие материалы складываются в ямы, отрытые у рабочих мест. Для обеспечения работы пунктов специальной обработки используются мотопомпы, ручные насосы, гидропульты, душевые установки и другое оборудование.
Для ветеринарной обработки животных в случаях необходимости на пункте специальной обработки оборудуется специальная площадка.
После прекращения работы пункта специальной обработки водосборные колодцы и ямы с обтирочным материалом заваливают грунтом, а сама площадь пункта огораживается. Подходы к ней ограждаются предупредительными надписями, на которых указывается дата прекращения работы пункта.
Дезактивация воды представляет собой довольно трудоемкий процесс и производится в ис
383
ключительных случаях, когда невозможно добыть на месте незараженную воду или подвезти ее из незараженного района. Вода, зараженная твердыми частицами радиоактивных веществ, дезактивируется фильтрованием. Значительно труднее дезактивировать воду, если радиоактивные вещества в ней растворены. В этих случаях приходится прибегать к перегонке воды. Возможен и такой способ, когда при применении специальных растворов находящиеся в воде радиоактивные вещества свертываются хлопьями (коагулируют) и оседают на дно или отделяются фильтрованием.
При дезактивации продовольствия необходимо соблюдать следующие правила. Мешки с сыпучими продуктами сначала очищают снаружи, обметая их веником или щетками, а затем слегка увлажняют, опрыскивая мешки водой. После этого их выдерживают на воздухе в течение нескольких минут для просыхания мешковины. Расшив торец мешка, края его осторожно закатывают наружу, после чего содержимое пересыпают совками в чистый мешок. В новой таре продукты проверяются дозиметрическим прибором. Свежее мясо дезактивируется обмывкой струей воды, подаваемой по шлангу. Рыбу и колбасу можно дезактивировать также снятием кожицы. Свежие овощи дезактивируют многократной обмывкой водой. Продукты, хранящиеся в бочках, банках и другой твердой таре, дезактивируют путем удаления радиоактивных веществ с поверхности тары струей воды или же протиранием поверхностей ветошью, смоченной в воде. Если дезактивация, даже повторная, не дала результатов, то есть поверхности продолжают оставаться зараженными, про-
384.
^укты перекладываются в чистую тару, Пользуясь незаряженными резиновыми перчатками.
Консервы и продукты, хранящиеся в бутылках и стеклянных банках, дезактивируются двухтрехкратным протиранием поверхностей тары ветошью, смоченной водой. Поверхности металлических банок, покрытые от ржавчины минеральным маслом, промывают сначала в бензине, а затем тщательно обмывают водой со щелочью или мылом.
Во всех случаях после дезактивации продуктов питания их употребление разрешается только после тщательной проверки дозиметрическими приборами на месте и в соответствующих лабораториях.
----- 0------
385
== о о
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Атомное оружие все больше внедряется на смену обычному оружию, становясь штатным вооружением войск. Если применение атомного оружия не будет запрещено, то в случае крупного военного конфликта оно будет применяться как основное средство поражения.
Применение такого мощного средства пораже1 ния, как атомное оружие, создаст на поле боя напряженную обстановку. В этих условиях быстрота и решительность действий войск, высокая их боевая активность с максимальным использованием всех имеющихся средств борьбы во многом определят успех боя и операции. При этом от всего личного состава войск в большей степени, чем в каких-либо других условиях, требуется отличная боевая выучка, крепкая дисциплина, высокая моральная стойкость, выдержка и непреклонное стремление к победе над противником. Сам факт применения атомного оружия еще не предопределяет исхода боя. Решающая роль в достижении победы над врагом принадлежит людям, обладающим высокими морально-боевыми качествами и способными в сложных условиях боевой обстановки использовать всю мощь находящихся у ник оружия и боевой техники.
Личный состав Советских Вооруженных Сил
386
всегда отличался и отличается своей моральной стойкостью, доблестью и отвагой, В настоящее время Вооруженные Силы СССР оснащены самым новейшим оружием и первоклассной техникой. Они способны нанести сокрушительные удары по любому противнику, где бы он ни находился.
Высокое боевое мастерство достигается упорным трудом всего личного состава Советских Вооруженных Сил. Советские воины настойчиво овладевают современным оружием и боевой техникой и постоянно совершенствуют способы их применения. Важнейшими элементами боевой подготовки являются также изучение боевых свойств атомного оружия, приобретение навыков в активных боевых действиях при его применении с использованием всех доступных средств и способов противоатомной зашиты.
Мы считаем, что Советские Вооруженные Силы должны быть в совершенстве подготовлены как к противоатомной защите нашей Родины и войск, так и для эффективного применения атомного и водородного оружия и в случае необходимости немедля нанести по агрессорам сокрушительные — ответные удары. В подготовке наших войск мы должны исходить из того, что у наших вероятных противников имеется достаточное количество этого оружия и средств доставки его на нашу территорию. Это обстоятельство обязывает наши Вооруженные Силы, особенно противовоздушную оборону страны, Военно-Воздушные Силы, быть всегда готовыми пресечь любую попытку агрессора осуществить внезапное нападение на нашу страну.
Необходимо помнить, что победы над врагом ценой наименьших потерь можно достигнуть пу
$7
тем смелых и решительных действии, а также применением мер защиты от поражающего действия всех видов оружия и прежде всего от такого, как атомное. Выбор средств и способов противоатомной защиты производится в зависимости от условий боевой обстановки. В одних случаях они будут простейшими, в других — более сложными. При этом совершенствование средств и способов противоатомной защиты способствует более эффективному сохранению сил для уничтожения противника.
Наша Партия, наше Правительство и советский народ, учитывая отсутствие гарантий сохранения мира, будут неустанно заботиться об укреплении обороноспособности своего государства, о надежной защите великих завоеваний Октябрьской социалистической революции.
Все воины Советских Вооруженных Сил, исходя из этой основной задачи, должны выше поднять свою активность в борьбе за достижение еще лучших результатов боевой и политической подготовки, с тем чтобы Советская Армия и Военно-Морской Флот при всех обстоятельствах, при любой обстановке всегда были готовы преумножить военную славу и боевую доблесть Советских Вооруженных Сил.
Нет сомнения, что личный состав Советских Вооруженных Сил с этими задачами справится успешно и с честью.
0
388
оо
ОГЛАВЛЕНИЕ
Стр.
Введение .......................................... 3
Глава 1. Строение вещества и	атомная энергия . .	8
Атомы и молекулы............................. —
Строение атома.............................. 11
Ядро атома.................................. 16
Энергия атомного ядра....................... 21
Радиоактивные вещества...................... 27
Виды ядерных реакций........................ 41
Реакция деления тяжелых ядер (первый путь получения атомной энергии).................. 45
Реакция синтеза ядер (второй путь получения атомной энергии)......................... 52
Глава 2. Атомное оружие........................... 59
Виды атомного оружия......................... —
Принцип устройства атомных бомб............. 64
Принцип устройства водородных бомб.......... 74
Явления, сопровождающие	атомный взрыв ... 81
Боевые радиоактивные вещества .............. 85
Глава 3. Ударная волна атомного взрыва............101
Общая характеристика ударной волны, образующейся при атомном взрыве..................... —
Отражение ударной волны от поверхности земли при воздушном атомном взрыве................116
Распространение ударной волны при наземном атомном взрыве..............................130
Действие ударной волны на сооружения .... 133
Действие ударной волны на людей.............145
Глава 4. Световое излучение атомного взрыва ... 148
Атомный взрыв как источник светового излучения — Основные характеристики светового излучения 157
Поражающее действие светорого излучении ... 165
389
Г л а в а 5. Проникающая радиация при атомном взрыве 171 Атомный взрыв как источник ядерного излучения — Характеристика и свойства гамма-излучения . . 176 Характеристика и свойства нейтронов ............ 192
Поражающее действие проникающей радиации 199
Глава 6. Радиоактивное заражение местности при атомном взрыве.................................207
Источники радиоактивного заражения.......... —
Радиоактивное заражение при различных видах атомного взрыва.........................219
Поражение людей на радиоактивно зараженной местности ..................................226
Глава 7. Противоатомная	защита войск..........232
Противоатомная защита войск — новый вид боевого обеспечения ........................ —
Обеспечение зашиты войск от поражающего действия атомного оружия.......................237
Укрытия....................................244
Противопожарные мероприятия................269
Г л а в а 8. Расчет убежищ на действие атомного взрыва 280 Основные предпосылки к расчету............... —
Методика расчета убежищ котлованного типа с защитной грунтовой толщей...................296
Пример расчета убежищ......................312
Глава '>. Радиационная разведка и дозиметрия . . . 322 Радиационная разведка ....................... —
Методы обнаружения и измерения радиоактивных излучений...............................332
Принцип устройства дозиметрических приборов 342
Полевая дозиметрическая аппаратура.........344
Глава 10 Меры обеспечения действий войск на местности, зараженной радиоактивными веществами 358 Особенности действий войск на местности, зараженной радиоактивными веществами.................. —
Дезактивация местности.....................368
Санитарная обработка личного состава и дезактивация оружия, техники и имущества .... 375
Заключение.................................386
----- 0 --------
39Q
Полковник Алексей Петрович Глушко доцент, кандидат технических наук Подполковник Леонид Кузьмич Марков доцент, кандидат технических наук Подполковник Лев Павлович Пилюгин доцент, кандидат технических наук «АТОМНОЕ ОРУЖИЕ И ПРОТИВОАТОМНАЯ ЗАЩИТА»
Редактор Я. М. Кадер Консультанты издательства инженер-подполковник Седов А. И. кандидат технических наук и инженер-полковник Михаилов В. А. доцент, кандидат физико-математических наук Художественный редактор Гречихо Г- В. Обложка художника Иванова Б. С. Технический редактор Медникова А. И. Корректор Цветкова Л. К.
Сдано в набор 21.0fi.57 г.
Подписано к печати ЗОЛ.57 г.
Формат бумаги 70х921/зз — 12’/4 печ. л. = 14,332 усл. п. л.
+ 1 вкл. — Vs печ. л. = 0,205 усл. печ. л.
14,252 уч.-изд. л.
Военное Издательство Министерства обороны Союза ССР Москва, Тверской бульвар, is.
Изд. № 1/8451.	г-32759.	Зак 101.
l-я типография имени С. К. Тимошенко Управления Военного Издательства Министерства обороны СССР
Москва, К-6, проезд Скворцова-Степанова, дом 3.
Цена 5 р. 30 к.
391
К ЧИТАТЕЛЯМ!
Военное Издательство просит присылать свои отзывы на эту книгу по адресу: Москва, К-9, Тверской бульвар, 18, Управление
Военного Издательства