Взрывчатое вещество выхода ядерного оружия этого количество энергии высвобождается, когда это конкретное ядерное оружие детонирует, как правило, выражается в виде тротила (стандартизированная эквивалентная массу из тринитротолуола, которая, если взорваны, будет производить один и тот же разряд энергии), либо в килотоннах (kt - тысячи тонн в тротиловом эквиваленте), в мегатоннах (Mt - миллионы тонн в тротиловом эквиваленте) или иногда в тераджоулях (TJ). Взрывная мощность в один тераджоуль равна 0,239 килотонн в тротиловом эквиваленте. Поскольку точность любого измерения энергии, выделяемой тротилом, всегда была проблематичной, общепринятое определение состоит в том, что одна килотонна тротила просто считается эквивалентом 10 12 калорий.
Отношение мощности к массе - это величина мощности оружия по сравнению с массой оружия. Практическое максимальное отношение мощности к массе для термоядерного оружия ( термоядерного оружия ) оценивается в шесть мегатонн в тротиловом эквиваленте на метрическую тонну массы бомбы (25 ТДж / кг). Сообщается о мощности 5,2 мегатонн на тонну и выше для крупногабаритного оружия, созданного для использования с одной боеголовкой в начале 1960-х годов. С тех пор меньшие боеголовки, необходимые для повышения эффективности поражения (урон бомбы / масса бомбы) систем с несколькими боеголовками, привели к увеличению отношения мощности к массе для одиночных современных боеголовок.
В порядке увеличения урожайности (большинство показателей урожайности являются приблизительными):
Бомбить | Урожай | Примечания | Вес ядерного материала | ||
---|---|---|---|---|---|
тыс. т в тротиловом эквиваленте | TJ | ||||
Дэви Крокетт | 0,02 | 0,084 | Тактическое ядерное оружие переменной мощности - масса всего 23 кг (51 фунт), самая легкая из когда-либо развернутых в Соединенных Штатах (такая же боеголовка, как Special Atomic Demolition Munition и ракета GAR-11 Nuclear Falcon ). | ||
AIR-2 Genie | 1.5 | 6.3 | Неуправляемая ракета класса " воздух-воздух" с ядерной боевой частью W25, разработанная для перехвата эскадрилий бомбардировщиков. | Общий вес ядерного материала и бомбы составлял 98,8 - 100,2 кг. | |
Гравитационная бомба " Маленький мальчик " Хиросимы | 13–18 | 54–75 | Бомба деления урана-235 пушечного типа (первое из двух ядерных боеприпасов, которые использовались в боевых действиях). | 64 кг урана-235, около 1,38% расщепленного урана | |
Гравитационная бомба Нагасаки " Толстяк " | 19–23 | 79–96 | Бомба деления плутония-239 имплозивного типа (вторая из двух ядерных боеприпасов, используемых в войне). | 6,2 кг плутония-239, около 1 кг расщеплено | |
Боевая часть W76 | 100 | 420 | Двенадцать из них могут быть в ракете MIRVed Trident II ; договор ограничен восемью. | ||
Боеголовка W87 | 300 | 1,300 | Десять из них находились на МИРВ LGM-118A Peacekeeper. | ||
Боеголовка W88 | 475 | 1,990 | Двенадцать из них могут быть в ракете Trident II; договор ограничен восемью. | ||
Устройство Ivy King | 500 | 2100 | Самая мощная американская бомба чистого деления, 60 кг урана, имплозивного типа. Никогда не разворачивался. | 60 кг высокообогащенного урана (ВОУ) | |
Оранжевый Вестник Малый | 720 | 3 000 | Самая мощная из испытанных боеголовок реактивных ракет деления в Великобритании. | 117 кг урана-235 | |
Ядерная бомба B83 | 1,200 | 5 000 | Оружие переменной мощности, самое мощное оружие США, находящееся на действительной службе. | ||
Ядерная бомба B53 | 9 000 | 38 000 | Была самой мощной бомбой США, находившейся на действительной службе до 1997 года. 50 оставались как часть «живой изгороди» Постоянного запаса до полного демонтажа в 2011 году. Вариант B61 Mod 11 заменил B53 в роли взломщика бункеров. Боеголовка W53 из этого оружия использовалась на ракете Titan II до тех пор, пока система не была списана в 1987 году. | ||
Устройство Castle Bravo | 15 000 | 63 000 | Сильнейшее испытание США. Ни разу не развернут. | 400 кг дейтерида лития-6 | |
EC17 / Mk-17, EC24 / Mk-24 и B41 (Mk-41) | 25 000 | 100 000 | Самое мощное оружие США за всю историю: 25 мегатонн в тротиловом эквиваленте (100 ПДж); Mk-17 также был самым большим по площади в квадратных футах и кубатуре: около 20 коротких тонн (18000 кг). Mk-41 или B41 имели массу 4800 кг и мощность 25 Мт; это означает, что это оружие с самой высокой производительностью по удельному весу. Все это были гравитационные бомбы, которые несли бомбардировщик B-36 (снятый с вооружения к 1957 году). | ||
Вся серия ядерных испытаний Operation Castle | 48 200 | 202 000 | Самая урожайная серия испытаний, проведенная в США. | ||
Устройство Царь Бомба | 50 000 | 210 000 | В СССР было взорвано самое мощное ядерное оружие мощностью 50 мегатонн (50 миллионов тонн в тротиловом эквиваленте). В «окончательной» форме (то есть с тампером из обедненного урана вместо свинцового ) это было бы 100 мегатонн. | ||
Все ядерные испытания по состоянию на 1996 г. | 510 300 | 2 135 000 | Суммарная энергия, затраченная во время всех ядерных испытаний. [1] |
Для сравнения, мощность взрыва бомбы GBU-43 Massive Ordnance Air Blast составляет 0,011 кт, а мощность взрыва бомбы из удобрений в Оклахома-Сити - 0,002 кт. Расчетная сила взрыва в порту Бейрута составляет 0,3-0,5 кт. Большинство искусственных неядерных взрывов значительно меньше даже того, что считается очень малым ядерным оружием.
Отношение мощности к массе - это мощность оружия по сравнению с массой оружия. По словам разработчика ядерного оружия Теда Тейлора, практическое максимальное отношение мощности к массе для термоядерного оружия составляет около 6 мегатонн в тротиловом эквиваленте на метрическую тонну (25 ТДж / кг). «Предел Тейлора» не выводится из первых принципов, и теоретически выдвигалось оружие с мощностью до 9,5 мегатонн на метрическую тонну. Наивысшие достигнутые значения несколько ниже, и значение имеет тенденцию быть ниже для меньшего и более легкого оружия, которое подчеркивается в сегодняшних арсеналах, предназначенных для эффективного использования РГЧ или доставки крылатыми ракетными системами.
Большие одиночные боеголовки редко являются частью сегодняшних арсеналов, поскольку меньшие боеголовки MIRV, рассредоточенные по разрушающей области в форме блинов, гораздо более разрушительны для данной общей мощности или единицы массы полезной нагрузки. Этот эффект является результатом того факта, что разрушительная сила одиночной боеголовки на суше масштабируется примерно как кубический корень из ее мощности из-за того, что взрывная волна «растрачивается» на примерно полусферический объем взрыва, в то время как стратегическая цель распределяется по круглой площади суши. с ограниченной высотой и глубиной. Этот эффект более чем компенсирует снижение мощности / эффективности массы, возникающее при индивидуальном уменьшении количества боеголовок баллистических ракет по сравнению с максимальным размером, который может нести ракета с одной боеголовкой.
Следующий список - это знаковые ядерные взрывы. В дополнение к атомным бомбардировкам Хиросимы и Нагасаки, включено первое ядерное испытание данного типа оружия для страны, а также испытания, которые в остальном были примечательными (например, крупнейшее испытание в истории). Все выходы (взрывная мощность) даны в их расчетных эквивалентах энергии в килотоннах в тротиловом эквиваленте (см. Эквивалент в тротиловом эквиваленте ). Предполагаемые тесты (например, Vela Incident ) не были включены.
Дата | Имя | Доходность (тыс. Т) | Страна | Значение |
---|---|---|---|---|
( 1945-07-16)16 июля 1945 г. | Троица | 18–20 | Соединенные Штаты | Первое испытание устройства деления, первый взрыв плутония в виде имплозии. |
( 1945-08-06)6 августа 1945 г. | Маленький мальчик | 12–18 | Соединенные Штаты | Бомбардировка в Хиросиме, Япония, первой детонации урана пушечного типа устройства, первым использованием ядерного устройства в бою. |
( 1945-08-09)9 августа 1945 г. | Толстяк | 18–23 | Соединенные Штаты | Бомбардировка в Нагасаки, Япония, второй детонация плутония имплозии устройства (первый тест Троицы), второго и последнего использование ядерного устройства в бое. |
( 1949-08-29)29 августа 1949 г. | РДС-1 | 22 | Советский Союз | Первое испытание ядерного оружия в Советском Союзе. |
( 1952-10-03)3 октября 1952 г. | ураган | 25 | Объединенное Королевство | Первое испытание оружия деления, проведенное Соединенным Королевством. |
( 1952-11-01)1 ноября 1952 г. | Айви Майк | 10 400 | Соединенные Штаты | Первое " ступенчатое " термоядерное оружие с криогенным термоядерным топливом, в первую очередь испытательное устройство, а не боеприпасы. |
( 1952-11-16)16 ноября 1952 г. | Айви Кинг | 500 | Соединенные Штаты | Крупнейшее из когда-либо испытанных орудий чистого деления. |
( 1953-08-12)12 августа 1953 г. | Джо 4 | 400 | Советский Союз | Первое испытание термоядерного оружия Советским Союзом (не «постановочное»). |
( 1954-03-01)1 марта 1954 г. | Замок Браво | 15 000 | Соединенные Штаты | Первое «поставленное» термоядерное оружие на сухом термоядерном топливе. Произошла серьезная авария с выпадением ядерных осадков. Самый крупный ядерный взрыв, проведенный США. |
( 1955-11-22)22 ноября 1955 г. | РДС-37 | 1,600 | Советский Союз | Первое «постановочное» испытание Советским Союзом термоядерного оружия (развертываемое). |
( 1957-05-31)31 мая 1957 г. | Orange Herald | 720 | Объединенное Королевство | Самое крупное из когда-либо испытанных ракет деления с форсированным двигателем. Предназначен как запасной вариант «в мегатонном диапазоне» на случай неудачи британских термоядерных разработок. |
( 1957-11-08)8 ноября 1957 г. | Захват X | 1,800 | Объединенное Королевство | Первое (успешное) "постановочное" испытание термоядерного оружия Соединенным Королевством |
( 1960-02-13)13 февраля 1960 г. | Gerboise Bleue | 70 | Франция | Первое испытание оружия деления, проведенное Францией. |
( 1961-10-31)31 октября 1961 г. | Царь Бомба | 50 000 | Советский Союз | Самое крупное термоядерное оружие из когда-либо испытанных - уменьшено на 50% по сравнению с первоначальной 100 Мт. |
( 1964-10-16)16 октября 1964 г. | 596 | 22 | Китай | Первое испытание оружия деления, проведенное Китайской Народной Республикой. |
( 1967-06-17)17 июня 1967 г. | Тест №6 | 3 300 | Китай | Первое "постановочное" испытание термоядерного оружия Китайской Народной Республикой. |
( 1968-08-24)24 августа 1968 г. | Канопус | 2600 | Франция | Первое "постановочное" испытание термоядерного оружия Францией |
( 1974-05-18)18 мая 1974 г. | Улыбающийся Будда | 12 | Индия | Первое испытание ядерного взрывного устройства деления, проведенное Индией. |
( 1998-05-11)11 мая 1998 г. | Похран-II | 45–50 | Индия | Первое потенциальное испытание ядерного оружия в Индии; первое развертываемое испытание оружия деления, проведенное Индией. |
( 1998-05-28)28 мая 1998 г. | Чагай-I | 40 | Пакистан | Первые испытания ядерного оружия (ускоренного), проведенного Пакистаном |
( 2006-10-09)9 октября 2006 г. | 2006 ядерное испытание | до 1 года | Северная Корея | Первое испытание ядерного оружия Северной Кореей (на основе плутония). |
( 2017-09-03)3 сентября 2017 г. | Ядерное испытание 2017 года | 200–300 | Северная Корея | Первое «постановочное» испытание термоядерного оружия заявила Северная Корея. |
Мощность ядерных взрывов может быть очень трудно вычислить, даже используя такие приблизительные цифры, как килотонны или мегатонны (не говоря уже о разрешении в отдельные тераджоули ). Даже в очень контролируемых условиях очень трудно определить точные урожаи, а для менее контролируемых условий допустимая погрешность может быть довольно большой. Для устройств деления наиболее точное значение текучести определяется с помощью " радиохимического анализа / анализа выпадений"; то есть измерение количества образующихся продуктов деления во многом таким же образом, как химический выход продуктов химической реакции может быть измерен после химической реакции. Метод радиохимического анализа был впервые предложен Гербертом Л. Андерсоном.
Для ядерных взрывных устройств, где выпадение осадков недостижимо или вводит в заблуждение, нейтронный активационный анализ часто используется в качестве второго наиболее точного метода, поскольку он использовался для определения выхода как Little Boy, так и термоядерного Ivy Mike. Урожайность также может быть выведена рядом других способов дистанционного зондирования, включая вычисления закона масштабирования на основе размера взрыва, инфразвука, яркости огненного шара ( Bhangmeter ), сейсмографических данных ( CTBTO ) и силы ударной волны.
Взрыв | 50% |
Термальная энергия | 35% |
Первоначальное ионизирующее излучение | 5% |
Остаточное радиоактивное излучение | 10% |
Известно, что Энрико Ферми сделал (очень) грубый расчет мощности теста Тринити, бросив в воздух маленькие кусочки бумаги и измерив, как далеко они были перемещены взрывной волной взрыва; то есть, он нашел давление взрыва на своем расстоянии от места взрыва в фунтах на квадратный дюйм, используя отклонение падения бумаги от вертикали в качестве грубого датчика / барографа взрыва, а затем с давлением X в фунтах на квадратный дюйм на расстоянии Y, в милях, он экстраполировал назад, чтобы оценить мощность устройства Trinity, которая, как он обнаружил, составила около 10 килотонн энергии взрыва.
Позднее Ферми вспоминал:
Я находился в базовом лагере в Тринити, примерно в десяти милях [16 км] от места взрыва... Примерно через 40 секунд после взрыва воздушный взрыв достиг меня. Я попытался оценить его силу, бросив примерно с шести футов небольших кусочков бумаги до, во время и после прохождения взрывной волны. Поскольку в то время не было ветра [,], я мог очень отчетливо наблюдать и фактически измерять смещение клочков бумаги, которые падали во время взрыва. Смещение составляло около 2 1/2 метров, что, по моим оценкам, соответствовало взрыву, произведенному десятью тысячами тонн тротила.
Площадь поверхности (A) и объем (V) сферы равны и соответственно.
Однако предполагалось, что взрывная волна нарастает как поверхность приблизительно полусферной приповерхностной взрывной волны устройства Trinity. Бумага перемещается волной на 2,5 метра, поэтому эффект устройства Trinity заключается в перемещении полусферической воздушной оболочки объемом 2,5 м × 2π (16 км) 2. Умножьте на 1 атм, чтобы получить энергию4,1 × 10 14 Дж ~ 100 кТ в тротиловом эквиваленте.
Эта фотография взрыва Тринити, сделанная Берлин Брикснер, была использована Г. И. Тейлором для оценки его мощности.Хорошее приближение к мощности испытательного устройства Trinity было получено в 1950 году британским физиком Дж. Тейлором на основе простого анализа размеров и оценки теплоемкости для очень горячего воздуха. Первоначально Тейлор выполнил эту строго засекреченную работу в середине 1941 года и опубликовал статью с анализом огненного шара данных Тринити, когда данные фотографии Тринити были рассекречены в 1950 году (после того, как СССР взорвал свою собственную версию этой бомбы).
Тейлор отметил, что радиус R взрыва должен изначально зависеть только от энергии взрыва E, времени t после взрыва и плотности воздуха ρ. Единственное уравнение с совместимыми размерами, которое может быть построено из этих величин, - это
Здесь S - безразмерная константа, имеющая значение, приблизительно равное 1, поскольку она является младшей функцией отношения теплоемкости или показателя адиабаты.
что приблизительно равно 1 для всех условий.
Используя изображение испытания Тринити, показанное здесь (которое было публично опубликовано правительством США и опубликовано в журнале Life ), используя последовательные кадры взрыва, Тейлор обнаружил, что R 5 / t 2 является постоянной величиной в данном ядерном взрыве ( особенно между 0,38 мс после образования ударной волны и 1,93 мс до потери значительной энергии тепловым излучением). Кроме того, он численно оценил значение S в 1.
Таким образом, при t = 0,025 с и радиусе взрыва 140 метров и принятии ρ равным 1 кг / м 3 (измеренное значение на Тринити в день испытания, в отличие от значений на уровне моря приблизительно 1,3 кг / м 3). м 3) и решив для E, Тейлор получил, что выход составил около 22 килотонн в тротиловом эквиваленте (90 ТДж). При этом не принимается во внимание тот факт, что энергия должна составлять только половину этого значения для полусферического взрыва, но этот очень простой аргумент действительно соответствовал в пределах 10% официальному значению мощности бомбы в 1950 году, которая составляла 20 килотонн. TNT (84 TJ) (см. GI Taylor, Proc. Roy. Soc. London A 200, стр. 235–247 (1950)).
Хорошее приближение к постоянной Тейлора S для значений ниже 2 составляет
Значение коэффициента теплоемкости здесь находится между 1,67 полностью диссоциированных молекул воздуха и нижним значением для очень горячего двухатомного воздуха (1,2), а в условиях атомного огненного шара оно (по совпадению) близко к STP (стандартной) гамме для комнатная температура воздуха, которая составляет 1,4. Это дает значение константы S Тейлора, равное 1,036 для области адиабатического гипершока, где выполняется условие постоянной R 5 / t 2.
Что касается фундаментального анализа размерностей, если выразить все переменные через массу M, длину L и время T:
(подумайте о выражении для кинетической энергии),
а затем получить выражение для, скажем, E, с точки зрения других переменных, находя значения, и в общем соотношении
таким образом, что левая и правая стороны сбалансированы по размерам в терминах M, L и T (т. е. каждое измерение имеет одинаковый показатель степени с обеих сторон).
Там, где эти данные недоступны, как в ряде случаев, точные урожаи были предметом споров, особенно когда они связаны с вопросами политики. Оружие, использованное при атомных бомбардировках Хиросимы и Нагасаки, например, было в высшей степени индивидуальным и очень своеобразным дизайном, и ретроспективно оценить его мощность было довольно сложно. Бомба Хиросимы " Маленький мальчик " оценивается в 12-18 килотонн в тротиловом эквиваленте (50 и 75 ТДж) (погрешность 20%), а бомба Нагасаки " Толстяк " оценивается в от 18 до 23 килотонн в тротиловом эквиваленте (от 75 до 96 ТДж) (погрешность 10%). Такие явно небольшие изменения в значениях могут быть важны при попытке использовать данные этих бомбардировок в качестве отражения того, как другие бомбы будут вести себя в бою, а также привести к различным оценкам того, сколько «хиросимских бомб» эквивалентно другому оружию (например,, то Ivy Mike водородная бомба была эквивалентна либо 867 или 578 Хиросимы оружия - это риторический довольно существенная разница - в зависимости от того, один использует с высоким или низким показателем для расчета). Другие спорные результаты включали массивную Царь-бомбу, мощность которой была заявлена разными политическими деятелями как «всего лишь» 50 мегатонн в тротиловом эквиваленте (210 ПДж) или максимум 57 мегатонн в тротиловом эквиваленте (240 ПДж). раздувание мощи бомбы или попытка подорвать ее.
Максимальный радиус огненного шара, представленный на компьютере, является средним между радиусами воздушных и наземных взрывов. Таким образом, радиус огненного шара для поверхностного взрыва на 13 процентов больше указанного, а для воздушного взрыва - на 13 процентов меньше.