Подводный взрыв
( Подводный взрыв также известный как UNDEX ) — это химический или ядерный взрыв, который происходит под поверхностью водоема. Хотя подводные бомбы полезны в противокорабельной и подводной войне, они не столь эффективны против береговых объектов.
Свойства воды
[ редактировать ]Подводные взрывы отличаются от воздушных взрывов свойствами воды :
- Масса и несжимаемость (все взрывы) — вода имеет гораздо большую плотность, чем воздух , из-за чего воду труднее перемещать (более высокая инерция ). Также относительно трудно сжимать (увеличивать плотность) под давлением в низком диапазоне (примерно до 100 атмосфер). Вместе эти два фактора делают воду отличным проводником ударных волн от взрыва .
- Влияние нейтронного воздействия на соленую воду (только ядерные взрывы) – большинство сценариев подводных взрывов происходит в морской воде , а не в пресной или чистой воде. Сама вода не сильно подвержена воздействию нейтронов, но сильное влияние оказывает соль. Под воздействием нейтронного излучения в течение микросекунды активного взрыва ядерной ямы вода сама по себе обычно не « активируется » и не становится радиоактивной. Два элемента в воде, водород и кислород , могут поглощать дополнительный нейтрон, превращаясь соответственно в дейтерий и кислород-17 , оба из которых являются стабильными изотопами . Даже кислород-18 стабилен. Радиоактивные атомы могут возникнуть, если атом водорода поглощает два нейтрона , атом кислорода поглощает три нейтрона или кислород-16 подвергается реакции нейтронов высокой энергии (np) с образованием короткоживущего азота-16. В любом типичном сценарии вероятность такого многократного захвата значительного количества за короткое время активных ядерных реакций вокруг бомбы очень мала. Они несколько выше, когда вода подвергается непрерывному облучению, как в замкнутой системе первичного охлаждения установки. ядерный реактор . Однако соль в морской воде легко поглощает нейтроны как на атомы натрия-23, так и на атомы хлора-35 , которые превращаются в радиоактивные изотопы. натрия-24 Период полураспада составляет около 15 часов, а период полураспада хлора-36 (имеющего более низкое сечение активации) составляет 300 000 лет. Натрий является наиболее опасным загрязнителем после взрыва, поскольку у него короткий период полураспада. [1] Обычно это основные радиоактивные загрязнители при подводном взрыве; другие представляют собой обычную смесь облученных минералов, кораллов , неиспользованного ядерного топлива и компонентов корпуса бомбы, присутствующих в выпадении ядерных осадков на поверхности , переносимых во взвешенном состоянии или растворенных в воде. Обычная дистилляция или испарение воды (облака, влажность и осадки) удаляют радиационное загрязнение, оставляя после себя радиоактивные соли.
Эффекты
[ редактировать ]Последствия подводного взрыва зависят от нескольких факторов, в том числе от расстояния до места взрыва, энергии взрыва, глубины взрыва и глубины воды. [2]
Подводные взрывы классифицируются по глубине взрыва. Мелкие подводные взрывы — это такие, при которых образовавшийся на поверхности воды кратер имеет большие размеры по сравнению с глубиной взрыва. Глубоководные подводные взрывы – это такие, при которых кратер мал по сравнению с глубиной взрыва. [2] или несуществующий.
Общий эффект подводного взрыва зависит от глубины, размера и характера заряда взрывчатого вещества, а также наличия, состава и расстояния отражающих поверхностей, таких как морское дно, поверхность, термоклины и т. д. Это явление широко использовалось в противокорабельных боеголовках. конструкция, поскольку подводный взрыв (особенно под корпусом) может нанести больший ущерб, чем надводный взрыв того же размера. Первоначальный урон цели будет нанесен первой ударной волной ; этот ущерб будет усилен последующим физическим движением воды и повторяющимися вторичными ударными волнами или пульсацией пузырьков . Кроме того, детонация заряда вдали от цели может привести к повреждению большей площади корпуса. [3]
Подводные ядерные испытания вблизи поверхности могут рассеять радиоактивную воду и пар на большой площади, что приведет к серьезным последствиям для морской жизни, близлежащих инфраструктур и людей. [4] [5] Взрыв ядерного оружия под водой был запрещен Договором о частичном запрещении ядерных испытаний 1963 года , а также запрещен Договором о всеобъемлющем запрещении ядерных испытаний 1996 года.
Неглубокий подводный взрыв
[ редактировать ]
Ядерное испытание Бейкера на атолле Бикини в июле 1946 года представляло собой неглубокий подводный взрыв в рамках операции «Перекресток» . Боеголовка мощностью 20 килотонн была взорвана в лагуне глубиной примерно 200 футов (61 м). Первым эффектом стало освещение моря от подводного огненного шара. Быстро расширяющийся газовый пузырь создал ударную волну , которая вызвала на поверхности расширяющееся кольцо явно темной воды, называемое пятном , за которым последовало расширяющееся кольцо явно белой воды, называемое трещиной . холм из воды и брызг, называемый куполом брызг На поверхности воды образовался , который по мере подъема становился все более столбчатым. Когда поднимающийся газовый пузырь вырвался на поверхность, он также создал ударную волну в воздухе. Водяной пар в воздухе конденсировался в результате того, что расширительные вентиляторы Прандтля-Мейера снижали давление, плотность и температуру воздуха ниже точки росы; создавая сферическое облако, обозначающее место ударной волны. Вода, заполнившая полость, образованную пузырем, образовала полый столб воды, называемый дымоход или шлейф , чтобы подняться на высоту 6000 футов (1800 м) и прорваться через верхнюю часть облака. Серия поверхностных волн океана двинулась наружу от центра. Первая волна имела высоту около 94 футов (29 м) на высоте 1000 футов (300 м) от центра. Последовали и другие волны, и на более дальних расстояниях некоторые из них были выше первой волны. Например, на высоте 22 000 футов (6700 м) от центра девятая волна была самой высокой на высоте 6 футов (1,8 м). Гравитация заставила колонну упасть на поверхность и заставила облако тумана быстро двигаться наружу от основания колонны, что называется волной у основания . Конечный размер базовой волны составлял 3,5 мили (5,6 км) в диаметре и высоту 1800 футов (550 м). Базовая волна поднялась над поверхностью и слилась с другими продуктами взрыва, образовав облака, вызвавшие умеренный или сильный дождь в течение почти часа. [6]
Глубокий подводный взрыв
[ редактировать ]
Примером глубокого подводного взрыва является испытание Wahoo, проводившееся в 1958 году в рамках операции Hardtack I. 9-узловая ракета Mk-7 взорвалась на глубине 500 футов (150 м) в глубокой воде. Свидетельств присутствия огненного шара было мало. Купол брызг поднялся на высоту 900 футов (270 м). Газ из пузыря прорвался через купол распыления, образовав струи, которые разлетелись во всех направлениях и достигли высоты до 1700 футов (520 м). Базовый всплеск максимального размера составлял 2,5 мили (4,0 км) в диаметре и высоту 1000 футов (300 м). [6]
Высота поверхностных волн, создаваемых глубоководными взрывами, больше, поскольку воде передается больше энергии. Во время Холодной войны считалось, что подводные взрывы действуют по тем же принципам, что и цунами, потенциально резко увеличиваясь в высоте по мере продвижения по мелководью и затапливая землю за береговой линией. [7] Более поздние исследования и анализ показали, что водные волны, возникающие в результате взрывов, отличаются от волн, возникающих в результате цунами и оползней. Меоте и др. В своем обзоре « Водные волны, генерируемые подводным взрывом» 1996 года пришли к выводу , что поверхностные волны даже от очень большого морского подводного взрыва потратят большую часть своей энергии на континентальном шельфе, что приведет к затоплению прибрежных районов не хуже, чем от сильного шторма. [2]
Испытание операции «Вигвам» в 1955 году произошло на глубине 2000 футов (610 м) и стало самым глубоким взрывом среди всех ядерных устройств.
Глубокий ядерный взрыв [8]
[ редактировать ]
Если подводный ядерный взрыв не пробьет поверхность воды, пока он еще остается горячим пузырем газа, он не оставит на поверхности никаких следов, кроме горячей радиоактивной воды, поднимающейся снизу. Это всегда происходит при взрывах на глубине более 2000 футов (610 м). [6]
Примерно через секунду после такого взрыва пузырь горячего газа схлопывается, потому что:
- Давление воды огромно ниже 2000 футов (610 м).
- Расширение снижает давление газа, что снижает температуру.
- Нестабильность Рэлея-Тейлора на границе газ/вода приводит к тому, что «пальцы» воды проникают внутрь пузыря, увеличивая площадь граничной поверхности.
- Вода практически несжимаема.
- Огромное количество энергии поглощается в результате фазового перехода (вода превращается в пар на границе с огненным шаром).
- Расширение быстро становится неустойчивым, поскольку количество выталкиваемой наружу воды увеличивается пропорционально кубу радиуса взрывного пузыря.
Поскольку вода не поддается легкому сжатию, перемещение такого большого ее количества в сторону так быстро поглощает огромное количество энергии — вся эта энергия возникает из-за давления внутри расширяющегося пузыря. Давление воды снаружи пузыря вскоре заставляет его снова схлопнуться в небольшую сферу, а затем снова расшириться. Это повторяется несколько раз, но каждый отскок содержит лишь около 40% энергии предыдущего цикла.
При максимальном диаметре первого колебания очень большая ядерная бомба, взорванная на очень глубокой воде, создает пузырь шириной около полумили (800 м) примерно за одну секунду, а затем сжимается, что также занимает около секунды. Взрывные пузыри от глубоких ядерных взрывов имеют несколько более длительные колебания, чем мелкие. Они перестают колебаться и примерно за шесть секунд превращаются в горячую воду. Это происходит раньше при ядерных взрывах, чем при пузырьках обычных взрывчатых веществ.
Давление воды при глубоком взрыве не позволяет пузырькам всплывать на поверхность.
Резкая 60-процентная потеря энергии между циклами колебаний частично вызвана чрезвычайной силой ядерного взрыва, выталкивающей стенку пузыря наружу на сверхзвуковой скорости (быстрее, чем скорость звука в соленой воде). Это вызывает нестабильность Рэлея-Тейлора . То есть гладкая водная стена, касающаяся поверхности взрыва, становится турбулентной и фрактальной, при этом пальцы и ветви холодной океанской воды проникают в пузырь. Эта холодная вода охлаждает горячий газ внутри и вызывает его конденсацию. Пузырь становится менее сферическим и больше похож на Крабовидную туманность , отклонение которой от гладкой поверхности также связано с нестабильностью Рэлея-Тейлора, когда выброшенный звездный материал проталкивается через межзвездную среду.
Как и следовало ожидать, большие, неглубокие взрывы расширяются быстрее, чем глубокие и маленькие.
Несмотря на прямой контакт с огненным шаром ядерного взрыва, вода в расширяющейся стенке пузыря не кипит; давление внутри пузыря превышает (намного) давление пара воды. Вода, касающаяся взрыва, может закипеть только во время сжатия пузыря. Это кипение похоже на испарение, охлаждая стенки пузыря, и является еще одной причиной того, что колеблющийся взрывной пузырь теряет большую часть энергии, которую он имел в предыдущем цикле.
Во время этих колебаний горячего газа пузырек постоянно поднимается по той же причине, что и грибовидное облако : он менее плотный. Из-за этого взрывной пузырь никогда не бывает идеально сферическим. Вместо этого дно пузыря более плоское, и во время сжатия оно даже имеет тенденцию «тянуться вверх» к центру взрыва.
В последнем цикле расширения нижняя часть пузыря касается верха до того, как стороны полностью рухнут, и пузырь становится тором в последнюю секунду своего существования. Примерно через шесть секунд после взрыва все, что осталось от большого и глубокого ядерного взрыва, — это столб горячей воды, поднимающийся и охлаждающийся в почти замерзшем океане.
Список подводных ядерных испытаний
[ редактировать ]было проведено относительно немного подводных ядерных испытаний До того, как они были запрещены Договором о частичном запрещении ядерных испытаний, . Они есть:
| Серия испытаний | Имя | Нация | Дата ( UT ) | Расположение | Глубина бомбы, глубина воды | Урожай | Примечания |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Перекресток | Бейкер | НАС | 25 июля 1946 г. | Атолл Бикини , ППГ | 50 м (160 футов), 100 м (330 футов) | 20 узлов | Исследуйте воздействие мелководной ядерной бомбы на различные подразделения надводного флота. |
| Ураган | Ураган | Великобритания | 2 октября 1952 г. | Острова Монте-Белло | 2,7 м (8 футов 10 дюймов), 12 м (39 футов) | 25 узлов | Первое британское ядерное испытание. Испытание ядерного воздействия ядерной бомбы, доставленной контрабандным путем в порту. |
| Вигвам | Вигвам | НАС | 14 мая 1955 г. | Северная часть Тихого океана | 610 м (2000 футов), 4880 м (16010 футов) | 30 узлов | Испытание Mark 90-B7 «Бетти» глубинной ядерной бомбы для определения уязвимости подводных лодок к глубоким атомным глубинным бомбам. |
| 1955 | 22 (Джо 17) | СССР | 21 сентября 1955 г. | Chernaya Bay, Novaya Zemlya | 10 м (33 фута), неизвестно | 3,5 тыс. тонн | Испытание ядерной торпеды . |
| 1957 | 48 | СССР | 10 октября 1957 г. | Novaya Zemlya | 30 м (98 футов), неизвестно | 6 6 узлов | Испытание торпеды Т-5. |
| Хардтак I | Ваху | НАС | 16 мая 1958 г. | За пределами атолла Эниветак , PPG | 150 м (490 футов), 980 м (3220 футов) | 9 узлов | Испытание глубоководной бомбы по корпусам кораблей. |
| Хардтак I | Зонтик | НАС | 8 июня 1958 г. | Внутри атолла Эниветак , PPG | 46 м (151 фут), 46 м (151 фут) | 9 узлов | Испытание мелководной бомбы на дне океана против корпусов кораблей. |
| 1961 | 122 (Коралл-1) | СССР | 23 октября 1961 г. | Novaya Zemlya | 20 м (66 футов), неизвестно | 4,8 тыс. тонн | Испытание торпеды Т-5. |
| Доминик | рыба-меч | НАС | 11 мая 1962 г. | Тихий океан, недалеко от острова Джонстон. | 198 м (650 футов), 1000 м (3300 футов) | <20 узлов | Испытание системы РУР-5 АСРОК . |
Примечание: часто полагают, что французы проводили обширные подводные испытания во Французской Западной Полинезии на атоллах Моруроа и Фангатауфа . Это неверно; Бомбы были помещены в шахты, пробуренные в нижележащих кораллах и вулканических породах, и из них не произошла преднамеренная утечка осадков.
Галерея ядерных испытаний
[ редактировать ]
Перекресток Бейкер
Операция Ураган
Жесткий зонт
Доминик-меч-рыба
Обнаружение подводного ядерного взрыва с помощью гидроакустики
[ редактировать ]Существует несколько методов обнаружения ядерных взрывов. Гидроакустика является основным средством определения того, произошел ли ядерный взрыв под водой. Гидрофоны используются для мониторинга изменения давления воды по мере распространения звуковых волн через мировой океан. [9] Звук распространяется через воду с температурой 20 °C со скоростью примерно 1482 метра в секунду по сравнению со скоростью звука в воздухе 332 м/с. [10] [11] В Мировом океане звук наиболее эффективно распространяется на глубине примерно 1000 метров. Звуковые волны, которые распространяются на этой глубине, движутся с минимальной скоростью и задерживаются в слое, известном как канал фиксации и измерения звука ( SOFAR ). [9] Звуки могут быть обнаружены с помощью ГНФАР с больших расстояний, что позволяет использовать ограниченное количество станций мониторинга, необходимых для обнаружения океанической активности. Гидроакустика была первоначально разработана в начале 20 века как средство обнаружения таких объектов, как айсберги и отмели, для предотвращения аварий на море. [9]
Три гидроакустические станции были построены до принятия Договора о всеобъемлющем запрещении ядерных испытаний . Две гидрофонные станции были построены в северной части Тихого океана и Средней Атлантике, а также Т-фазная станция. [ нужны разъяснения ] Станция была построена у западного побережья Канады. Когда был принят ДВЗЯИ, были построены еще 8 гидроакустических станций для создания комплексной сети, способной идентифицировать подводные ядерные взрывы в любой точке мира. [12] Эти 11 гидроакустических станций, помимо 326 станций мониторинга и лабораторий, составляют Международную систему мониторинга (МСМ), мониторинг которой осуществляет Подготовительная комиссия Организации Договора о всеобъемлющем запрещении ядерных испытаний (ОДВЗЯИ). [13]
В настоящее время в сети МСМ используются гидроакустические станции двух разных типов; 6 гидрофонных станций мониторинга и 5 станций Т-фазы. Эти 11 станций в основном расположены в южном полушарии, которое в основном покрыто океаном. [14] Станции гидрофонного мониторинга состоят из группы из трех гидрофонов, подвешенных на кабелях, привязанных к дну океана. Они расположены на глубине внутри ГНФАР для эффективного сбора показаний. [12] Каждый гидрофон записывает 250 проб в секунду, а привязной кабель подает электроэнергию и передает информацию на берег. [12] Эта информация преобразуется в удобную форму и передается по защищенной спутниковой связи на другие объекты для анализа. Станции мониторинга Т-фазы регистрируют сейсмические сигналы, генерируемые звуковыми волнами, которые коснулись дна океана или береговой линии. [15] Станции Т-фазы обычно располагаются на островах с крутыми склонами, чтобы собирать максимально чистые сейсмические данные. [14] Как и гидрофонные станции, эта информация отправляется на берег и передается по спутниковой связи для дальнейшего анализа. [15] Гидрофонные станции имеют преимущество сбора показаний непосредственно с ГНФАР, но их внедрение, как правило, дороже, чем Т-фазных станций. [15] Гидроакустические станции отслеживают частоты от 1 до 100 Герц, чтобы определить, произошла ли подводная детонация. Если потенциальная детонация была обнаружена одной или несколькими станциями, собранные сигналы будут содержать широкую полосу частот с частотным спектром, указывающим на наличие подводной полости у источника. [15]
См. также
[ редактировать ]- Испытания ядерного оружия
- Морская техника
- Шоковый фактор
- Ядерная глубинная бомба
- Ядерная торпеда
- Операция «Наказание»
Источники
[ редактировать ]- ^ Собель, Майкл И. «Ядерные отходы (классовые заметки)» . CUNY Бруклинский колледж, физический факультет . Проверено 21 августа 2019 г.
- ^ Jump up to: а б с Ле Мехоте, Бернар; Ван, Шен (1995). Водные волны, возникающие в результате подводного взрыва (PDF) . Мировое научное издательство. ISBN 981-02-2083-9 . Архивировано из оригинала 14 октября 2019 года.
- ↑ RMCS Precis по военно-морским боеприпасам, 91 янв.
- ^ « Тест Бейкер, атолл Бикини» . Подготовительная комиссия ОДВЗЯИ . Архивировано из оригинала 25 мая 2012 года . Проверено 31 мая 2012 г.
- ^ «Можно ли испытать ядерное оружие, не вызвав радиоактивных осадков?» . Как все работает . 11 октября 2006 г. Проверено 31 мая 2012 г.
- ^ Jump up to: а б с Гласстоун, Сэмюэл; Долан, Филип (1977). «Описания ядерных взрывов». Эффекты ядерного оружия (Третье изд.). Вашингтон: Министерство обороны США; Управление энергетических исследований и разработок.
- ^ Гласстоун, Сэмюэл; Долан, Филип (1977). «Ударные последствия поверхностных и подземных взрывов». Эффекты ядерного оружия (третье изд.). Вашингтон: Министерство обороны США; Управление энергетических исследований и разработок.
- ^ Вся информация в этом разделе взята непосредственно из ныне рассекреченного « Анализ различных моделей подводных ядерных взрывов» (1971 г.), Министерство обороны США.
- ^ Jump up to: а б с «Гидроакустический мониторинг: Подготовительная комиссия ОДВЗЯИ» . www.ctbto.org . Проверено 24 апреля 2017 г.
- ^ «Как быстро распространяется звук?» . www.indiana.edu . Проверено 24 апреля 2017 г.
- ^ «Документ без названия» . www.le.ac.uk. Проверено 24 апреля 2017 г.
- ^ Jump up to: а б с Австралия, c\=AU\;o\=Правительство Австралии\;ou\=Geoscience (15 мая 2014 г.). «Гидроакустический мониторинг» . www.ga.gov.au. Проверено 24 апреля 2017 г.
{{cite web}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - ^ «Обзор режима проверки: Подготовительная комиссия ОДВЗЯИ» . www.ctbto.org . Проверено 24 апреля 2017 г.
- ^ Jump up to: а б «ASA/EAA/DAGA '99 - Гидроакустический мониторинг в рамках Договора о всеобъемлющем запрещении ядерных испытаний» . сайт акустики.org . Проверено 25 апреля 2017 г.
- ^ Jump up to: а б с д Мониторинг, Правительство Канады, Министерство природных ресурсов Канады, Ядерный взрыв. «Гидроакустическая сеть ИМС» . can-ndc.nrcan.gc.ca . Проверено 25 апреля 2017 г.
{{cite web}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- Гласстоун, Сэмюэл; Долан, Филип (1977). Эффекты ядерного оружия (третье изд.). Вашингтон: Министерство обороны США; Управление энергетических исследований и разработок.
- Ле Мехоте, Бернар; Ван, Шен (1995). Водные волны, возникающие в результате подводного взрыва (PDF) . Расширенная серия по океанской инженерии. Том. 10. Мировое научное издательство. ISBN 981-02-2083-9 . Архивировано из оригинала 14 октября 2019 года.