Петр Хохлов - Атомная энергия и флот

Давление и уплотнение, вызываемые звуковой волной, очень малы по сравнению с давлением и плотностью данной среды. Действительно, даже при мощном звуке, сила которого близка к порогу болевого ощущения (гудок находящегося вблизи паровоза), амплитуда давления составляет всего лишь 0,003 атмосферного давления. Если частота звуковых колебаний находится в пределах от 20 до 15 000 в секунду, то такие колебания воспринимаются ухом человека как звук. Колебания более низких частот называются инфразвуковыми, более высоких — ультразвуковыми. И те и другие могут быть обнаружены лишь с помощью специальных приборов. Инфразвук, как показывают опыты и теоретические исследования, поглощается в воздухе слабее, чем звуки более высоких частот, и, следовательно, может быть обнаружен на больших расстояниях от источника звука. Скорость распространения звуковых волн в сухом воздухе при температуре 20 градусов равна 344 м/сек., в воде 1450–1500 м/сек.

Звуковые волны легко регистрируются, например, с помощью электроакустических приемников звука, преобразующих колебания упругой среды (воздуха, воды и т. п.) в электрическую энергию. Для приема воздушных акустических волн могут быть использованы микробарографы. Микробарограф, так же как и барограф, является самопишущим прибором, предназначенным для непрерывной регистрации атмосферного давления, и отличается от последнего очень высокой чувствительностью (может реагировать даже на порывы ветра).

Амплитуда воздушной акустической волны прямо пропорциональна корню кубическому из мощности взрыва, обратно пропорциональна расстоянию и сильно зависит от метеорологических условий (ветра, температуры, турбулентности атмосферы). Ядерный взрыв, эквивалентный по мощности взрыву 1000 тонн тротила, может быть обнаружен на расстояниях от 500 до 3000 километров, в зависимости от направления и скорости ветра в атмосфере.

Чтобы определить место и время взрыва, надо знать направление прихода звукового сигнала и скорость его распространения. Для этой цели датчики давления микробарографических станций располагаются друг от друга примерно на 10 километров. Чувствительность станции должна обеспечивать запись сигнала с амплитудой в 0,000001 атмосферного давления. На основе записи трех станций место взрыва может быть определено с ошибкой менее чем в 100 километров.

Во время первого опытного взрыва атомной бомбы в Аламогордо взрыв был слышен на расстоянии 240 километров. Конечно, с помощью приборов, более чувствительных, чем ухо, звук мог быть зарегистрирован на значительно большем расстоянии.

Изучая распространение звука в воде, советские ученые обнаружили и исследовали явление так называемого сверхдальнего распространения звуковых волн. Было установлено, что на определенной глубине звук поглощается очень слабо. Используя это явление и направленный прием звука, можно зарегистрировать сравнительно небольшой взрыв в воде на расстоянии около 10 000 километров.

При подземном взрыве, а также при взрыве вблизи поверхности земли в грунте возникают сейсмические волны: продольные, поперечные и поверхностные. Продольная волна распространяется в земной коре со скоростью приблизительно 8 километров в секунду и представляет собой волну сжатия и разрежения. Примером продольных волн в газообразной среде служат звуковые волны.

Первая продольная волна является наиболее важной для обнаружения взрыва, определения его места, а также для того, чтобы отличить взрыв от землетрясения. Поперечные волны приходят позже продольных, так как скорость их примерно вдвое меньше. Эти волны образуются только в твердых средах. При прохождении их частицы среды колеблются перпендикулярно направлению движения волны. Поверхностные же волны по-существу соединяют в себе особенности тех и других. Поперечные и поверхностные волны также помогают определить природу сейсмического возмущения.

При благоприятных шумовых условиях, то есть при отсутствии сильных помех, ядерный взрыв, эквивалентный по мощности взрыву 1000 тонн тротила, может быть обнаружен на расстоянии 1000–3500 километров; при плохих условиях на таких дальностях обнаруживается взрыв более мощный.

Как и при землетрясениях, для записи колебаний, вызванных взрывом, используются специальные приборы — сейсмографы. Основной частью сейсмографа является маятник, к которому присоединяется регистрирующее устройство для записи колебаний. Для обнаружения слабых сейсмических сигналов пользуются электрическими методами регистрации, которые обеспечивают достаточное усиление сигнала. Сейсмографы бывают вертикальные и горизонтальные, в зависимости от того, какую составляющую колебаний они должны записывать. Контрольные посты, ведущие сейсмические наблюдения, оборудуются несколькими вертикальными и горизонтальными сейсмографами, расположенными на определенном расстоянии друг от друга. Места для их установки желательно выбирать в районах с минимальным уровнем естественных землетрясений, создающих сигналы, сходные с теми, которые производятся взрывом. С помощью сейсмограмм можно определить место взрыва и оценить его мощность.

В сентябре 1957 года на атомном полигоне в Неваде американцы произвели подземный взрыв атомной бомбы, эквивалентной по мощности взрыву 1700 тонн тротила. Бомба была взорвана в горной породе (вулканический туф) на глубине 270 метров. В первое время после взрыва представители комиссии по атомной энергии США утверждали, что этот взрыв нельзя было обнаружить на расстояниях более 400 километров, и тем самым пытались преуменьшить возможности средств дальнего обнаружения ядерных взрывов. В действительности взрывные волны были зафиксированы на расстояниях около 4000 километров. Совещание экспертов подтвердило, что подобные ядерные взрывы могут быть обнаружены в местах с низким уровнем фона на расстояниях порядка 3500 километров.

Ядерные взрывы в атмосфере быстро могут быть обнаружены способом, основанным на регистрации возникающих при взрыве электромагнитных волн, которые распространяются в воздухе со скоростью 300 000 км/сек. Эти волны в виде радиоимпульсов можно зарегистрировать специальными радиоприемными устройствами.

При подземных и подводных взрывах не бывает радиоизлучения, которое могло бы быть зарегистрировано на больших расстояниях современной техникой. Причиной радиосигналов является гамма-излучение, сопровождающее взрыв. Сила сигналов зависит от высоты и мощности взрыва и от некоторых особенностей конструкции бомбы.

Взрыв ядерного заряда с тротиловым эквивалентом в 1000 тонн может быть обнаружен на расстоянии более 6000 километров при отсутствии в районе приемной станции высокого уровня шума от местных гроз или других источников помех. Методами радиопеленгации возможно определение направления на центр взрыва с точностью около 2 градусов, а времени взрыва — с точностью до нескольких миллисекунд. Регистрация радиосигналов может быть использована для обнаружения ядерных взрывов, производимых вплоть до высот порядка тысячи километров.