Подводный взрыв - Underwater explosion

Эта статья ведущий раздел не адекватно подвести итог ключевые моменты его содержания. Пожалуйста, подумайте о расширении интереса до предоставить доступный обзор обо всех важных аспектах статьи. (Ноябрь 2020)

An подводный взрыв (также известный как UNDEX) это химический или же ядерный взрыв, происходящий под поверхностью водоема.

Свойства воды

Подводные взрывы отличаются от взрывов в воздухе свойствами воды:

• Масса и несжимаемость (все взрывы) - вода имеет гораздо более высокую плотность чем воздуха, что затрудняет движение воды (выше инерция ). Также относительно трудно сжать (увеличить плотность) под давлением в низком диапазоне, скажем, до 100 атмосфер. Эти два вместе делают воду отличным проводником ударные волны из взрыв.
• Влияние нейтронного воздействия на соленую воду (только ядерные взрывы) - большинство сценариев подводных взрывов происходит в морская вода, а не пресная или чистая вода. Сама вода не сильно подвержена нейтронам, но сильно влияет на соль. При воздействии нейтронного излучения в течение микросекунды активной детонации ядерной ямы сама вода обычно не проявляет "активировать ", или стать радиоактивными. Два элемента в воде, водород и кислород, может поглотить лишний нейтрон, став дейтерий и кислород-17 соответственно, оба стабильны изотопы. Четное кислород-18 стабильно. Радиоактивные атомы могут возникнуть, если атом водорода поглотит два нейтроны, атом кислорода поглощает три нейтрона, или кислород-16 испытывает нейтрон высокой энергии (n-p) реакция для производства короткоживущего азота-16. В любом типичном сценарии вероятность таких множественных захватов в значительном количестве за короткое время активных ядерных реакций вокруг бомбы очень мала. Они несколько больше, когда вода непрерывно облучается, как в замкнутом контуре ядерный реактор.
  
  Однако соль в морской воде легко поглощает нейтроны как в натрий-23 и хлор-35 атомы, которые превращаются в радиоактивные изотопы. Натрий-24 имеет период полураспада около 15 часов, в то время как хлор-36 (который имеет меньшее сечение активации) составляет 300000 лет. После взрыва наиболее опасным загрязнителем является натрий, поскольку у него короткий период полураспада.^[1]. Как правило, это основные радиоактивные загрязнители при подводном взрыве; другие - обычная смесь облученных минералов, коралл, неиспользованное ядерное топливо и компоненты корпуса бомбы, присутствующие при надводном взрыве радиоактивные осадки, 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.

Последствия

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

Подводные взрывы классифицируются по глубине взрыва. Мелкие подводные взрывы - это взрывы, при которых кратер образовавшаяся на поверхности воды большая по сравнению с глубиной взрыва. Глубокие подводные взрывы - это те, у которых кратер мал по сравнению с глубиной взрыва,^[2] или не существует.

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 и т. Д. термоклины и т. д. Это явление широко использовалось в противокорабельная боеголовка конструкции, поскольку подводный взрыв (особенно взрыв под корпусом) может нанести больший ущерб, чем надводный взрыв такого же размера. Первоначальный урон цели будет нанесен первым ударная волна; это повреждение будет усилено последующим физическим движением воды и повторяющимися вторичными ударными волнами или пузырьковый импульс. 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] Взрыв ядерного оружия под водой был запрещен в 1963 г. Договор о частичном запрещении ядерных испытаний и это также запрещено в соответствии с Договор о всеобъемлющем запрещении ядерных испытаний 1996 г.

Мелкий подводный взрыв

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

Ядерное испытание Бейкера на Атолл Бикини в июле 1946 г. произошел неглубокий подводный взрыв, часть Операция Перекресток. А 20 килотонна боеголовка была взорвана в лагуна который был примерно 200 футов (61 м) в глубину. Первым эффектом было освещение воды из-за подводного огненного шара. Быстро расширяющийся газовый пузырь создал ударная волна это вызвало расширяющееся кольцо очевидно темной воды на поверхности, названное ловкий, за которым следует расширяющееся кольцо, по-видимому, белой воды, называемое трескаться. Курган воды и брызг, называемый спрей купол, образовалась на поверхности воды, которая по мере подъема стала более столбчатой. Когда поднимающийся пузырь газа вырывался из поверхности, он также создавал ударную волну в воздухе. Водяной пар в воздухе конденсируется в результате Сингулярность Прандтля-Глауэрта, образуя сферическое облако, которое обозначило местоположение ударной волны. Вода, заполняющая полость, образованную пузырем, вызвала полый столб воды, называемый дымовая труба или же шлейф, чтобы подняться в воздух на 6000 футов (1800 м) и прорваться сквозь верхнюю часть облака. Серия океана поверхностные волны двинулся наружу от центра. Первая волна была высотой около 94 футов (29 м) 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 расстоянии 22 000 футов (6700 м) от центра девятая волна была самой высокой на высоте 6 футов (1,8 м). Гравитация вызвала падение колонны на поверхность и быстрое движение облака тумана наружу от основания колонны, называемого базовый всплеск. Окончательный размер основной 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

1955 год Вигвам тест

Примером глубокого подводного взрыва является испытание Wahoo, которое проводилось в 1958 году в рамках Операция Hardtack I. A 9 узлов Мк-7 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, образовав струи, которые выстрелили во всех направлениях и достигли высоты до 1700 футов (520 м). Базовый нагон при максимальном размере был 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. Вовремя Холодная война 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 и другие. заключают в своем обзоре 1996 г. Водные волны, созданные подводным взрывом что поверхностные волны даже в результате очень большого морского взрыва будут расходовать большую часть своей энергии на континентальном шельфе, что приведет к прибрежное наводнение не хуже, чем от сильного шторма.^[2]

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

Глубокий ядерный взрыв^[8]

Скорость расширения пузыря с течением времени

Колебания размера пузыря

Нити Крабовидной туманности возникают по той же причине, что и нити 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 величины 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:

• На высоте ниже 2000 футов давление воды огромно.
• Расширение снижает давление газа, что снижает температуру.
• Неустойчивость Рэлея – Тейлора. на границе газ / вода заставляет «пальцы» воды выходить в пузырек, увеличивая площадь поверхности границы.
• Вода почти несжимаема.
• Огромное количество энергии поглощается фазовым переходом (вода превращается в пар на границе огненного шара).
• Расширение быстро становится неустойчивым, потому что количество воды, выталкиваемой наружу, увеличивается с увеличением куб радиуса взрыва-пузыря.

Поскольку вода с трудом поддается сжатию, перемещение такой большой ее части в сторону 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 глубокой воде, создает пузырь шириной около полумили примерно за одну секунду, а затем сжимается, что также занимает примерно секунду. Взрывные пузыри от глубоких ядерных взрывов имеют немного более длинные колебания, 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 стена, 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 Крабовидная туманность - отклонение которого от гладкой поверхности также связано с неустойчивостью Рэлея – Тейлора, когда выброшенный звездный материал проталкивается через межзвездную среду.

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

Несмотря на прямой контакт с ядерным взрывом, вода в расширяющейся стенке пузыря не кипит; давление внутри пузыря превышает (намного) давление паров 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: грибовидное облако делает: 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 пузырек становится тор в последнюю секунду 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

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

Примечание: часто считается, что Французский провел обширные подводные испытания во Французской Западной Полинезии на Моруроа и Фангатауфа Атоллы. Это неверно; бомбы были помещены в шахты, просверленные в нижележащих кораллах и вулканических породах, и они не пропускали преднамеренно радиоактивные осадки.

Галерея ядерных испытаний

• 

  Crossroads Baker

• 

  Операция Ураган

• 

  Зонт Hardtack

• 

  Доминик-меч-рыба

Обнаружение подводной ядерной детонации с помощью гидроакустики

Есть несколько методов обнаружения ядерных взрывов. Гидроакустика является основным средством определения того, произошел ли ядерный взрыв под водой. Гидрофоны используются для отслеживания изменения 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 и измерения звука (ТАК ДАЛЕКО ).^[9] Звуки могут быть обнаружены в SOFAR с больших расстояний, что позволяет ограниченному количеству 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 несчастных случаев на море.^[9]

Три гидроакустических станции были построены до принятия Договор о всеобъемлющем запрещении ядерных испытаний. 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 мониторинга и лабораториям, составляют Международная система мониторинга (IMS), который контролируется Подготовительная комиссия Организации по Договору о всеобъемлющем запрещении ядерных испытаний (ОДВЗЯИ).^[13]

В настоящее время в сети МСМ используются два различных типа гидроакустических станций; 6 станций гидрофонного контроля и 5 станций Т-фазы. Эти 11 станций в основном расположены в южном полушарии, в основном океане.^[14] Станции контроля гидрофонов состоят из группы из трех гидрофонов, подвешенных на кабелях, привязанных к дну океана. Они расположены на глубине внутри ГНФАР, чтобы эффективно собирать показания.^[12] Каждый гидрофон записывает 250 выборок в секунду, в то время как привязной кабель обеспечивает 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] Станции T-фазы обычно располагаются на островах с крутыми склонами, 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] Преимущество гидрофонных станций в том, что они собирают показания 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 содержать широкую полосу пропускания с частотным спектром, указывающим на подводную полость в источнике.^[15]

Смотрите также

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

Источники

дальнейшее чтение

• Гласстон, Самуэль; Долан, Филипп (1977). Последствия 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.