Петр Хохлов - Атомная энергия и флот

Поскольку воздух во фронте ударной волны не может теперь излучать, а следовательно, и поглощать излучение, он постепенно становится прозрачным. Теперь внутреннее, более нагретое тело, расширившись в радиусе до 100 метров, становится видимым, температура светящейся области, достигнув минимума (2000 градусов), снова начинает повышаться. Она повышается до тех пор, пока не сравняется с температурой поверхности внутреннего огненного ядра (7000–8000 градусов). Затем вследствие расширения и охлаждения раскаленных газов, составляющих внутреннее ядро, температура огненного шара быстро понижается.

Примерно через одну секунду после взрыва температура огненного шара уменьшается до 5000 градусов Кельвина, а размеры его достигают почти максимальных (радиус — около 150 метров). Эффективное время свечения продолжается около 3 секунд, в течение которых радиус огненного шара достигает 200 метров и более.

Так как плотность газов, составляющих огненный шар, в процессе его расширения становится намного ниже плотности окружающего воздуха, то он быстро поднимается вверх. Скорость в начале подъема достигает 100 метров в секунду. Приблизительно через 10 секунд свечение шара полностью прекращается. Образуется клубящееся облако, содержащее остывающие газы, пары воды, а при взрыве над землей также и пыль. Количество пыли, находящейся в облаке, зависит от того, на какой высоте произошел взрыв атомной бомбы.

Если огненный шар касается земли, то значительное количество грунта испаряется и уносится вместе с ним. Это, например, можно проиллюстрировать следующими цифрами.

Энергия, необходимая для нагревания и испарения песка, который можно считать типичным представителем составных частей грунта, равна 2700 кал/г. Следовательно, если 5 процентов энергии бомбы расходуется на испарение почвы, то около 360 тонн песка будет находиться в газообразном состоянии в огненном шаре.

При подводном взрыве будет испаряться большое количество воды. Энергия, требуемая на нагревание и испарение воды, равна примерно 640 кал/г. Это означает, что при тех же 5 процентах энергии взрыва, расходуемой на испарение воды, около 1500 тонн ее будет находиться в парообразном состоянии в огненном шаре. При подъеме облака пары воды будут охлаждаться и конденсироваться, придавая ему белый оттенок. Большое количество конденсированного пара может привести к выпадению в районе взрыва радиоактивного дождя. Скорость подъема облака зависит от количества выделенной световой энергии, температуры и плотности окружающих слоев воздуха, а также скорости и направления ветра.

Поднимающиеся вслед за облаком с земли в виде столба пыль или вода придают ему характерную грибовидную форму. Достигнув высоты 10–15 километров, облако расширяется в горизонтальном направлении на несколько километров. Внутри его содержится огромное количество продуктов взрыва, являющихся источником радиоактивных излучений. С течением времени облако рассеивается, радиоактивные продукты частично выпадают на землю, заражая ее.

При взрыве водородной бомбы также образуется светящаяся область в форме шара, но размеры ее и время свечения значительно больше, чем при взрыве атомной бомбы. Можно ориентировочно считать, что радиус огненного шара и время его свечения пропорциональны корню кубическому из тротилового эквивалента. Следовательно, если известны максимальный радиус огненного шара (150 метров) и время его свечения (3 секунды) для атомной бомбы с тротиловым эквивалентом 20 000 тонн, можно найти радиус и время свечения огненного шара для бомбы любого калибра. Подсчитаем, например, радиус и время свечения огненного шара для водородной бомбы в тысячу раз более мощной (тротиловый эквивалент 20 000 000 тонн), чем атомная бомба среднего калибра (тротиловый эквивалент 20 000 тонн). Извлекая корень кубический из отношения этих эквивалентов, получим число, равное 10.

Увеличив в 10 раз радиус и время свечения огненного шара для атомной бомбы с тротиловым эквивалентом 20 000 тонн, получим интересующие нас величины. Они будут равны: радиус огненного шара— 1500 метров, а время свечения — 30 секунд.

Для внешней картины наземного или надводного взрыва характерно наличие светящейся полусферы вместо шара.

Так же, как и Солнце, светящаяся область при атомном или термоядерном взрыве представляет собой газообразное раскаленное тело. Отличие будет состоять в том, что на Солнце ядерная реакция идет непрерывно, поэтому температура его поверхности остается все время постоянной (около 6000 градусов).

При атомном или термоядерном взрыве светящаяся область имеет переменный диаметр и температуру поверхности. Почти все вещества в области огненного шара полностью сгорают. Металлы плавятся или даже воспламеняются. Некоторые типы почв сплавляются, превращаясь в твердую стекловидную массу. За пределами огненного шара поражающее действие его светового излучения будет сказываться в обугливании и воспламенении некоторых материалов, в ожогах открытых частей тела человека.

Характер поражения — воспламенение, обугливание или ожоги — определяется тем количеством световой энергии, которое падает на один квадратный сантиметр поверхности освещаемого тела (перпендикулярной направлению распространения световых лучей) за все время излучения огненного шара. Это количество световой энергии называют световым импульсом.

Величина светового импульса зависит:

а) от количества световой энергии, излучаемой огненным шаром за все время его свечения. Так как на долю светового излучения приходится определенная часть (примерно одна треть) от всей энергии, выделяющейся при атомном взрыве, то, следовательно, величина светового импульса зависит от калибра бомбы;

б) расстояния освещаемой поверхности от центра взрыва;

в) состояния атмосферы в момент взрыва;

г) вида взрыва (наземный или воздушный).

Световой импульс обычно выражается в калориях на квадратный сантиметр (кал/см 2).

Количество световой энергии, излучаемой за секунду с одного квадратного сантиметра светящейся поверхности, зависит от ее температуры. Интенсивность излучения, как известно, пропорциональна четвертой степени абсолютной температуры поверхности источника излучения. Такая зависимость означает, что, если температура увеличится вдвое, светимость возрастет в 16 раз, повышение температуры втрое вызовет рост светимости в 81 раз и т. д. Количество энергии, излучаемой каким-либо нагретым телом, прямо пропорционально площади его поверхности и времени свечения. Таким образом, чем больше размер светящейся сферы и длительнее излучение, тем больше выделяется световой энергии.

С увеличением расстояния от источника излучения величина светового импульса быстро уменьшается. Согласно известному физическому закону величина светового импульса обратно пропорциональна квадрату расстояния от источника световой энергии до освещаемой поверхности. Это значит, что при увеличении расстояния в два раза световой импульс уменьшается в четыре раза и т. д.