Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Подводный взрыв (также известный как UNDEX ) представляет собой химический или ядерный взрыв , который происходит под поверхностью водоема.

Свойства воды [ править ]

Подводные взрывы отличаются от взрывов в воздухе свойствами воды :

  • Масса и несжимаемость (все взрывы) - вода имеет гораздо более высокую плотность, чем воздух , что затрудняет движение воды (более высокая инерция ). Также относительно трудно сжать (увеличить плотность) под давлением в низком диапазоне, скажем, до 100 атмосфер. Вместе эти два фактора делают воду отличным проводником ударных волн от взрыва .
  • Влияние нейтронного облучения 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 нейтронам, но сильно влияет на соль. Под воздействием нейтронного излучения в течение микросекунды активной детонации ядерной ямы сама вода обычно не « активируется » и не становится радиоактивной. Два элемента в воде, водород и кислород , могут поглотить дополнительный нейтрон, превратившись соответственно в дейтерий и кислород-17 , оба из которых являются стабильными изотопами . Даже кислород-18стабильно. Радиоактивные атомы могут возникнуть, если атом водорода поглощает два нейтрона , атом кислорода поглощает три нейтрона или кислород-16 претерпевает нейтронную реакцию высокой энергии (np) с образованием короткоживущего азота-16. В любом типичном сценарии вероятность таких множественных захватов значительного количества за короткое время активных ядерных реакций вокруг бомбы очень мала. Они несколько больше, когда вода постоянно облучается, как в замкнутом цикле ядерного реактора .

Однако соль в морской воде легко поглощает нейтроны атомами натрия-23 и хлора-35 , которые превращаются в радиоактивные изотопы. Натрий-24 имеет период полураспада около 15 часов, в то время как хлор-36 (который имеет поперечное сечение нижней активации) составляет 300000 лет. После взрыва наиболее опасным загрязнителем является натрий, 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 результате ядерного взрыва на поверхности, переносится во взвешенном состоянии или растворяется в воде. Обычная дистилляция или испарение воды (облака, влажность и осадки) удаляют радиационное загрязнение, оставляя после себя радиоактивные соли.

Эффекты [ править ]

Эффекты подводного взрыва зависят от нескольких факторов, в том числе от расстояния до взрыва, энергии взрыва, глубины взрыва и глубины воды. [2]

Подводные взрывы классифицируются по глубине взрыва. Мелкие подводные взрывы - это взрывы, при которых на поверхности воды образуется кратер, который больше глубины взрыва. Глубокие подводные взрывы - это взрывы, в которых кратер мал по сравнению с глубиной взрыва [2] или вообще отсутствует.

Общий эффект подводного взрыва зависит от глубины, размера и характера заряда взрывчатого вещества, а также от наличия, состава и расстояния до отражающих поверхностей, таких как морское дно, поверхность, термоклины и т. Д. Это явление широко используется в противокорабельных боеголовках. конструкции, поскольку подводный взрыв (особенно взрыв под корпусом) может нанести больший ущерб, чем надводный взрыв такого же размера. Первоначальный урон цели будет нанесен первой ударной волной ; это повреждение будет усилено последующим физическим движением воды и повторяющимися вторичными ударными волнами или пузырьковыми импульсами . Кроме того, детонация заряда вдали от цели может привести к повреждению большей площади корпуса.[3]

Подводные ядерные испытания вблизи поверхности могут привести к рассеиванию радиоактивной воды и пара на большой территории, что окажет серьезное воздействие на морскую жизнь, близлежащие инфраструктуры и людей. [4] [5] Подводный взрыв ядерного оружия был запрещен Договором о частичном запрещении ядерных испытаний 1963 года и также запрещен Договором о всеобъемлющем запрещении ядерных испытаний 1996 года.

Мелкий подводный взрыв [ править ]

Тест Бейкера 1946 года, сразу после того, как дымоход прорвался сквозь облако и на поверхности воды образовалась трещина.

Ядерное испытание Бейкера на атолле Бикини в июле 1946 года было неглубоким подводным взрывом в рамках операции «Перекресток» . Боеголовка мощностью 20 килотонн была взорвана в лагуне, глубиной около 200 футов (61 м). Первым эффектом было освещение воды из-за подводного огненного шара. Быстро расширяющийся газовый пузырь создал ударную волну, которая вызвала расширяющееся кольцо очевидно темной воды на поверхности, названное пятном , за которым следовало расширяющееся кольцо очевидно белой воды, названное трещиной . Насыпь воды и брызг, называемая куполом брызг., образовалась на поверхности воды, которая по мере подъема становилась все более столбчатой. Когда поднимающийся пузырь газа вырывался из поверхности, он также создавал ударную волну в воздухе. Водяной пар в воздухе конденсируется в результате работы расширительных вентиляторов Прандтля – Мейера, снижающих давление, плотность и температуру воздуха ниже точки росы; создавая сферическое облако, отмечавшее местоположение ударной волны. Вода, заполнившая полость, образованную пузырем, заставила полый столб воды, называемый дымоходом или шлейфом , подняться в воздух на 6000 футов (1800 м) и прорваться через верхнюю часть облака. Серия поверхностных волн океанадвинулся наружу из центра. Первая волна была около 94 футов (29 м) в высоту на расстоянии 1000 футов (300 м) от центра. Затем последовали другие волны, и на более дальних расстояниях некоторые из них были выше, чем первая волна. 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 вызвала быстрое движение облака тумана наружу от основания колонны, что называется выбросом основания . Окончательный размер базовой волны был 3,5 мили (5,6 км) в диаметре и 1800 футов (550 м) в высоту. Основная волна поднялась с поверхности и слилась с другими продуктами взрыва, образуя облака, которые производили от умеренных до сильных осадков в течение почти одного часа. [6]

Глубокий подводный взрыв [ править ]

1955 Wigwam тест

Пример глубокого подводного взрыва является тест Вахоо, который был проведен в 1958 году в рамках операции Hardtack I . Mk-7 мощностью 9 кт был взорван на глубине 500 футов (150 м) в глубокой воде. Признаков наличия огненного шара было мало. Распылительный купол поднялся на высоту 900 футов (270 м). Газ из пузыря прорвался через распылительный купол, образуя струи, которые взорвались во всех направлениях и достигли высоты до 1700 футов (520 м). Базовая волна при максимальном размере составляла 2,5 мили (4,0 км) в диаметре и 1000 футов (300 м) в высоту. [6]

Высота поверхностных волн, создаваемых глубокими подводными взрывами, больше, потому что в воду передается больше энергии. Во время холодной войны считалось, что подводные взрывы действуют по тем же принципам, что и цунами, потенциально резко увеличиваясь по высоте по мере того, как они перемещаются по мелководью и затопляют сушу за пределами береговой линии. [7] Более поздние исследования и анализ показали, что волны на воде, вызванные взрывами, отличаются от волн, вызванных цунами и оползнями. Méhauté et al. В своем обзоре за 1996 год заключают, что волны на воде, порожденные подводным взрывом, что поверхностные волны даже в результате очень большого морского взрыва будут расходовать большую часть своей энергии на континентальном шельфе, что приведет кприбрежное наводнение не хуже, чем от сильного шторма. [2]

Испытание Операции Вигвам в 1955 году произошло на глубине 2 000 футов (610 м), это был самый глубокий взрыв среди всех ядерных устройств.

Глубокий ядерный взрыв [8] [ править ]

Скорость расширения пузыря с течением времени
Колебания размера пузыря
Волокна Крабовидной туманности возникают по той же причине, что и волокна холодной воды, которые проникают в взрывной пузырь. Так выглядит подводный ядерный взрыв, в том числе в форме эллипсоида («сплющенной»).
Скорость расширения пузырька в зависимости от давления воды
Период колебаний в зависимости от давления воды и мощности взрыва
Распределение давления в воде возле взрывного пузыря

Если подводный ядерный взрыв не разорвет поверхность воды в виде пузыря горячего газа, он не оставит никаких следов на поверхности, кроме поднимающейся снизу горячей радиоактивной воды. Это всегда происходит при взрывах на глубине более 2 000 футов (610 м). [6]

Во время такого взрыва пузырь горячего газа быстро схлопывается, потому что:

  • Напор воды огромен на глубине ниже 2 000 футов (610 м).
  • Расширение снижает давление газа, что снижает температуру.
  • Неустойчивость Рэлея-Тейлора на границе газ / вода заставляет «пальцы» воды распространяться в пузырек, увеличивая площадь поверхности границы.
  • Вода почти несжимаема.
  • Огромное количество энергии поглощается фазовым переходом (вода становится паром на границе огненного шара).
  • Расширение быстро становится неустойчивым, потому что количество воды, выталкиваемой наружу, увеличивается с кубом радиуса взрыва-пузыря.

Поскольку вода с трудом поддается сжатию, перемещение такой большой ее части так быстро поглощает огромное количество энергии - все это происходит из-за давления внутри расширяющегося пузыря. Давление воды за пределами пузыря вскоре заставляет его схлопнуться обратно в маленькую сферу и отскочить, снова расширившись. Это повторяется несколько раз, но каждый отскок содержит только около 40% энергии предыдущего цикла.

При максимальном диаметре первого колебания очень большая ядерная бомба, взорвавшаяся на очень большой глубине воды, создает пузырь шириной около полумили (800 м) примерно за одну секунду, а затем сжимается, что также занимает примерно секунду. Пузырьки от глубоких ядерных взрывов колеблются немного дольше, чем мелкие. Они перестают колебаться и становятся горячей водой примерно через шесть секунд. Это происходит раньше при ядерных взрывах, чем при пузырях от обычных взрывчатых веществ.

Давление воды при глубоком взрыве не дает пузырькам выжить и всплыть на поверхность.

Резкие 60% -ные потери энергии между циклами колебаний частично вызваны чрезвычайной силой ядерного взрыва, сверхзвукового толкающего стенку пузыря наружу (быстрее, чем скорость звука в соленой воде). Это вызывает неустойчивость Рэлея – Тейлора . То есть гладкая водная стенка, касающаяся поверхности взрыва, становится турбулентной и фрактальной, пальцы и ветви холодной океанской воды уходят в пузырь. Эта холодная вода охлаждает горячий газ внутри и заставляет его конденсироваться. Пузырь становится меньше сферы и больше похож на Крабовидную туманность, отклонение которой от гладкой поверхности также связано с неустойчивостью Рэлея – Тейлора, когда выброшенный звездный материал проталкивается через межзвездную среду.

Как и следовало ожидать, большие мелкие взрывы расширяются быстрее, чем глубокие маленькие.

Несмотря на непосредственный контакт с ядерным взрывом, вода в расширяющейся стенке пузыря не кипит; давление внутри пузыря превышает (намного) давление пара океанской воды. Вода, касающаяся струи, может закипать только во время схватки. Это кипение подобно испарению, охлаждая стенку пузыря, является еще одной причиной того, что колеблющийся взрывной пузырек 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. Это приводит к тому, что взрывной пузырь никогда не будет 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 вершины до того, как стороны полностью схлопнутся, и пузырь становится тором в последнюю секунду своей жизни. Примерно через шесть секунд после взрыва все, что осталось от большого и глубокого ядерного взрыва, - это столб горячей воды, поднимающийся и остывающий в почти замерзающем океане.

Список подводных ядерных испытаний [ править ]

Сравнительно немного подводных ядерных испытаний было проведено до того, как они были запрещены Договором о частичном запрещении испытаний . Они есть:

Серия испытанийИмяНацияДата ( UT )Место расположенияГлубина бомбы, глубина водыУрожайЗаметки
ПерекрестокБейкернас25 июля 1946 г.Атолл Бикини , PPG50 м (160 футов), 100 м (330 футов)20 тыс. ТИзучите воздействие неглубокой подводной ядерной бомбы на различные подразделения надводного флота.
ураганураганСоединенное Королевство2 октября 1952 г.Острова Монте-Белло2,7 м (8 футов 10 дюймов), 12 м (39 футов)25 тыс. ТПервое британское ядерное испытание. Ядерное испытание ядерной бомбы, доставленной с корабля, в порту.
ВигвамВигвамнас14 мая 1955 г.Северный Тихий океан610 м (2000 футов), 4880 м (16010 футов)30 тыс. ТMark 90-B7 «Бетти» ядерный заряд глубины тест , чтобы определить , в частности , подводная уязвимость к глубоким атомным зарядам глубины.
1955 г.22 (Джо 17)СССР21 сентября 1955 г.Бухта Черная, Новая Земля10 м (33 фута), неизвестно3,5 тыс. ТИспытание ядерной торпеды .
1957 г.48СССР10 октября 1957 г.Новая Земля30 м (98 футов), неизвестно6 ктИспытание торпеды Т-5.
Hardtack IWahooнас16 мая 1958 г.За пределами атолла Эниветак , PPG150 м (490 футов), 980 м (3220 футов)9 тыс. ТИспытание глубоководной бомбы по корпусам корабля.
Hardtack IЗонтикнас8 июня 1958 г.Внутри атолла Эниветак , PPG46 м (151 фут), 46 м (151 фут)9 тыс. ТИспытание мелководной бомбы на дне океана против корпусов кораблей.
1961 г.122 (Коралл-1)СССР23 октября 1961 г.Новая Земля20 м (66 футов), неизвестно4,8 тыс. ТИспытание торпеды Т-5.
Доминикрыба-мечнас11 мая 1962 г.Тихий океан, недалеко от острова Джонстон198 м (650 футов), 1000 м (3300 футов)<20 узловИспытание системы ASROC RUR-5 .

Примечание: часто считается, что французы проводили обширные подводные испытания во Французской Западной Полинезии на атоллах Моруроа и Фангатауфа . Это неверно; бомбы были помещены в шахты, просверленные в нижележащих кораллах и вулканических породах, и они не пропускали преднамеренно выпадение осадков.

Галерея ядерных испытаний [ править ]

  • Crossroads Baker

  • Операция Ураган

  • Зонт Hardtack

  • Доминик-меч-рыба

Обнаружение подводной ядерной детонации с помощью гидроакустики [ править ]

Есть несколько методов обнаружения ядерных взрывов. Гидроакустика является основным средством определения того, произошел ли ядерный взрыв под водой. Гидрофоны используются для наблюдения за изменением давления воды при распространении звуковых волн в Мировом океане. [9] Звук распространяется через воду с температурой 20 ° C со скоростью примерно 1482 метра в секунду, тогда как скорость звука в воздухе составляет 332 м / с. [10] [11] В Мировом океане звук распространяется наиболее эффективно на глубине около 1000 метров. Звуковые волны, распространяющиеся на этой глубине, распространяются с минимальной скоростью и задерживаются в слое, известном как канал фиксации звука и определения дальности ( SOFAR ). [9]Звуки могут быть обнаружены в SOFAR 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]

До принятия Договора о всеобъемлющем запрещении ядерных испытаний были построены три гидроакустические станции . Две гидрофонные станции были построены в северной части Тихого и Срединно-Атлантического океанов, а станция Т-фазы была построена у западного побережья Канады. Когда был принят ДВЗЯИ, было построено еще 8 гидроакустических станций для создания всеобъемлющей сети, способной обнаруживать подводные ядерные взрывы в любой точке мира. [12] Эти 11 гидроакустических станций, в дополнение к 326 станциям и лабораториям мониторинга, составляют Международную систему мониторинга (МСМ), мониторинг которой осуществляет Подготовительная комиссия Организации по Договору о всеобъемлющем запрещении ядерных испытаний (ОДВЗЯИ). [13]

В настоящее время в сети МСМ используются два разных типа гидроакустических станций; 6 станций гидрофонного контроля и 5 станций Т-фазы. Эти 11 станций расположены в основном в южном полушарии, в основном океане. [14] Станции мониторинга гидрофонов состоят из группы из трех гидрофонов, подвешенных к кабелям, привязанным к дну океана. Они расположены на глубине, расположенной внутри ГНФАР, для эффективного сбора показаний. [12] Каждый гидрофон записывает 250 выборок в секунду, в то время как привязной кабель подает питание и передает информацию на берег. [12]Эта информация преобразуется в удобную для использования форму и передается по безопасному спутниковому каналу на другие объекты для анализа. Станции мониторинга T-фазы регистрируют сейсмические сигналы, генерируемые звуковыми волнами, которые соприкасаются со дном океана или береговой линией. [15] Т-фазные станции обычно располагаются на островах с крутым уклоном, чтобы собирать как можно более чистые сейсмические данные. [14] Подобно гидрофонным станциям, эта информация отправляется на берег и передается по спутниковой связи для дальнейшего анализа. [15] Гидрофонные станции имеют преимущество сбора показаний непосредственно из ГНФАР, но, как правило, их реализация дороже, чем станции Т-фазы. [15]Гидроакустические станции контролируют частоты от 1 до 100 Гц, чтобы определить, произошла ли подводная детонация. Если потенциальная детонация была идентифицирована одной или несколькими станциями, собранные сигналы будут иметь широкую полосу пропускания с частотным спектром, указывающим на подводную полость в источнике. [15]

См. Также [ править ]

  • Испытания ядерного оружия
  • Морская инженерия
  • Фактор шока
  • Глубинная ядерная бомба
  • Ядерная торпеда

Источники [ править ]

  1. ^ < Собель, Майкл I. «Ядерные отходы (классные заметки)» . Бруклинский колледж CUNY, физический факультет . Проверено 21 августа 2019 .
  2. ^ a b c Ле Мехоте, Бернар; Ван, Шен (1995). Волны на воде, вызванные подводным взрывом . Мировое научное издательство. ISBN 981-02-2083-9.
  3. ^ УРОК Precis на военноморских боеприпасовнему, Jan 91
  4. ^ " ' Test Бейкер, атолл Бикини" . Подготовительная комиссия ОДВЗЯИ . Проверено 31 мая 2012 года .
  5. ^ "Возможно ли испытать ядерное оружие без выпадения радиоактивных осадков?" . Как все работает . Проверено 31 мая 2012 года .
  6. ^ a b c Гласстон, Сэмюэл; Долан, Филипп (1977). «Описания ядерных взрывов». Эффекты ядерного оружия (Третье изд.). Вашингтон: Министерство обороны США; Управление энергетических исследований и разработок.
  7. ^ Гласстон, Сэмюэл; Долан, Филипп (1977). «Ударные эффекты наземных и подповерхностных взрывов». Эффекты ядерного оружия (третье изд.). Вашингтон: Министерство обороны США; Управление энергетических исследований и разработок.
  8. ↑ Информация в этом разделе взята из « Анализ различных моделей подводных ядерных взрывов» (1971 г.), Министерство обороны США.
  9. ^ a b c «Гидроакустический мониторинг: Подготовительная комиссия ОДВЗЯИ» . www.ctbto.org . Проверено 24 апреля 2017 .
  10. ^ "Как быстро распространяется звук?" . www.indiana.edu . Проверено 24 апреля 2017 .
  11. ^ «Документ без названия» . www.le.ac.uk . Проверено 24 апреля 2017 .
  12. ^ a b c Австралия, c \ = AU \; o \ = Правительство Австралии \; ou \ = Геонауки (2014-05-15). «Гидроакустический мониторинг» . www.ga.gov.au . Проверено 24 апреля 2017 .
  13. ^ «Обзор режима проверки: Подготовительная комиссия ОДВЗЯИ» . www.ctbto.org . Проверено 24 апреля 2017 .
  14. ^ a b «ASA / EAA / DAGA '99 - Гидроакустический мониторинг для Договора о всеобъемлющем запрещении ядерных испытаний» . acoustics.org . Проверено 25 апреля 2017 .
  15. ^ a b c d Мониторинг, Правительство Канады, Министерство природных ресурсов Канады, Ядерный взрыв. «Гидроакустическая сеть IMS» . can-ndc.nrcan.gc.ca . Проверено 25 апреля 2017 .

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Гласстон, Сэмюэл; Долан, Филипп (1977). Эффекты ядерного оружия (третье изд.). Вашингтон: Министерство обороны США; Управление энергетических исследований и разработок.
  • Ле Мехоте, Бернар; Ван, Шен (1995). Волны на воде, вызванные подводным взрывом . Продвинутая серия по океанской инженерии. 10 . Мировое научное издательство. ISBN 981-02-2083-9.