Эпицентр ядерного взрыва () — проекция на земную или водную поверхность точки центра ядерного взрыва. В зависимости от типа взрыва эпицентр обозначает точку на поверхности: под которой произошёл подземный или подводный взрыв; над которой произошёл воздушный или высотный взрыв; на которой произошёл наземный или надводный взрыв (в этом случае эпицентр совпадает с центром взрыва).

Понятие тесно связано с терминами «гипоцентр» (в сейсмологии и физике взрыва — точка в пространстве, где произошёл взрыв) и «точка детонации» (), которые могут относиться к точке в воздухе, под землёй или под водой. «Эпицентр» же всегда указывает на проекцию на поверхность.

Физические процессы в эпицентре

Наземный взрыв. При наземном или низком воздушном (десятки метров над поверхностью) ядерном взрыве в эпицентре образуется воронка в земле. При взрыве, произведённом на поверхности или вблизи неё, ударная волна вырывает крупный кратер; часть материала, находившегося в кратере, откладывается на его краях, остальное поднимается в воздух и возвращается на землю в виде радиоактивных осадков.

Подземный взрыв. При подземном ядерном взрыве в эпицентре происходит явление откалывания () приповерхностных слоёв земли. Отражённые от поверхности волны растяжения отделяют верхние слои породы; в результате образуется конический зазор между отколовшейся плитой и основным массивом горной породы, форма которого напоминает шляпу-кули, а не купол, как принято считать. По данным, полученным с поверхностных акселерометров, можно оценить радиальную протяжённость откалывания и вычислить толщину отколовшегося слоя в эпицентре. Максимальная ширина зазора откалывания в эпицентре оказывается меньше величины смещения поверхности в этой точке, что указывает на возможное существование дополнительных зазоров на других глубинах.

Подводный взрыв. При подводном ядерном взрыве над эпицентром образуется гигантский водяной столб («султан»), представляющий собой выброс массы воды, пара и продуктов взрыва.

Воздушный взрыв. При воздушном ядерном взрыве, направленном на уничтожение наземной застройки, в районе эпицентра разрушаются почти все наземные сооружения. Ударная волна распространяется со сверхзвуковой скоростью; на некотором расстоянии от эпицентра, зависящем от мощности заряда, степень разрушений спадает.

Высотный взрыв. При высотном стратосферном ядерном взрыве (выше 10 км) ударная волна в эпицентре не достигает большой разрушительной силы; выше 30 км она почти отсутствует; выше 60 км отсутствует и световое поражающее излучение.

Поражающие факторы в зоне эпицентра

Непосредственно в эпицентре ядерного взрыва все поражающие факторы достигают максимальных значений.

Ударная волна — основной поражающий фактор, на который расходуется около 50 % энергии взрыва. В эпицентре избыточное давление крайне высоко и экспоненциально уменьшается с расстоянием. Мощность взрыва на поверхности создаёт максимальное избыточное давление на очень близких расстояниях, однако на более удалённых дистанциях уступает воздушному взрыву.

Световое излучение — поток видимых, инфракрасных и ультрафиолетовых лучей, на который расходуется около 35 % энергии. Интенсивность теплового излучения максимальна в эпицентре и уменьшается с расстоянием; на расстоянии до пяти миль и более возможны ожоги кожи первой, второй и третьей степени.

Проникающая радиация — поток гамма-лучей и нейтронов, действующий в течение 10—15 секунд. В эпицентре достигает максимальной интенсивности. Для маломощных ядерных боеприпасов проникающая радиация может оказаться поражающим фактором с наибольшей дальностью действия.

Радиоактивное заражение — возникает в результате выпадения радиоактивных частиц из облака взрыва. При воздушном взрыве, произведённом на высоте, превышающей радиус огненного шара, значительное локальное радиоактивное заражение отсутствует.

Электромагнитный импульс — кратковременное электромагнитное поле, на которое расходуется около 1 % энергии взрыва.

Методы определения эпицентра

Определение точных координат эпицентра ядерного взрыва представляет собой научную задачу, к которой исследователи обращались многократно, уточняя данные.

Практическое значение определения эпицентра

Определение координат эпицентра имеет научное и практическое значение. В обзоре сейсмологических исследований по мониторингу ядерных испытаний основными задачами сейсмических наблюдений названы «определение и/или идентификация характеристик события, таких как эпицентр, сейсмическая магнитуда, глубина заложения и мощность взрыва».

Оценка мощности и последствий взрыва. Точное знание эпицентра позволяет корректно определить мощность ядерного устройства и оценить масштаб разрушительных факторов. В исследованиях северокорейских ядерных испытаний отмечается, что локация эпицентра является частью «связанной проблемы местоположение/глубина/мощность», где неточности в определении одной из величин приводят к ошибкам в оценке других. Знание эпицентра также необходимо для расчёта доз облучения населения и оценки радиационных последствий.

Верификация соблюдения международных договоров. В рамках Договора о всеобъемлющем запрещении ядерных испытаний (ДВЗЯИ) определение точного местоположения эпицентра является ключевым элементом системы мониторинга. Сейсмические методы позволяют не только обнаружить подземный ядерный взрыв, но и определить его координаты, что необходимо для проверки соблюдения странами своих обязательств.

Идентификация наземных эпицентров на полигонах. На территории Семипалатинского испытательного полигона, где проводились многочисленные ядерные испытания, сохранилось большое количество эпицентров. При наличии воронки эпицентр легко идентифицировать визуально; однако при отсутствии техногенных нарушений рельефа обнаружить его визуально невозможно. В таких случаях применяются радиохимические методы — анализ содержания продуктов нейтронной активации, в частности 152Eu, который считается наиболее эффективным индикатором для выявления эпицентров ядерных событий. Для этих исследований отбор проб почвы производится на глубине 5–10 см, поскольку поверхностный слой подвержен загрязнению за счёт выпадения радионуклидов после взрыва.

Изучение физики ядерного взрыва. Локализация эпицентра даёт исследователям исходную точку для изучения распространения ударных волн, моделирования динамики взрыва и изменчивости поражающих факторов. Это позволяет совершенствовать методы обнаружения и идентификации ядерных событий.

Метод анализа теней

Для воздушных взрывов, в частности для бомбардировок Хиросимы и Нагасаки, применялись методы анализа теней, отброшенных тепловым излучением взрыва. В исследовании 1959 года установлено, что точка детонации атомной бомбы в Хиросиме находится на высоте 606 метров над эпицентрос с координатами 744,281 x 1261,696 (по карте US Army Map Service AMS L902, 1945)..

Аналогичное исследование для Нагасаки, основанное на статистическом анализе около 300 теней, отброшенных тепловым излучением, позволило уточнить координаты эпицентра ядерного взрыва: x = 1293,644 (зона — восток-запад), y = 1065,927 (север-юг) (в системе координат военной карты США AMS 1902, 1945 год). Расчётная высота взрыва составила 500 ± 9 метров, что отличается на 32 метра от координат, использовавшихся в расчётах доз облучения.

Сейсмический метод

Для подземных ядерных взрывов применяются сейсмические методы, основанные на анализе времени прихода P-волн. Исследование, проведённое на основе данных подземного взрыва Long Shot (Алеутские острова, 1965 год), показало наличие азимутальных вариаций в локации эпицентра. Исключение из анализа наблюдений в диапазоне 0°≤Δ≤30° приводит к сильному смещению эпицентра. При использовании данных в диапазоне 0°≤Δ≤105° эпицентр смещается на 17 км к северо-западу относительно результатов, полученных по данным в диапазонах 0°≤Δ≤25° (смещение 11 км) и 0°≤Δ≤35° (смещение 9 км).

Дискуссия о причинах смещения эпицентра подземных взрывов продолжается: одни исследователи объясняют его неоднородностями скоростей P-волн в верхней мантии в районе источника («source bias»), другие — аномалиями станций, то есть различиями в скоростях волн в верхней мантии под станциями к северу и к югу от источника. Дополнительный вклад может вносить систематическая погрешность измерений из-за различий в отношении сигнал/шум между станциями.

Происхождение термина «ground zero»

Англоязычное выражение «ground zero» было введено физиками, работавшими над Манхэттенским проектом. На месте первого в истории ядерного испытания «Тринити» (16 июля 1945 года, полигон Аламогордо, Нью-Мексико) впоследствии был установлен памятный знак с надписью «Ground Zero». Буквальное значение термина — «нулевая точка» — отражало начало отсчёта координат на полигоне.

Впервые словосочетание «ground zero» в печати появилось 7 июля 1946 года в статье Hanson W. Baldwin в газете The New York Times: «Интенсивный жар взрыва вызвал пожары на расстоянии до 3500 футов от „ground zero“ (точки на земле непосредственно под взрывом бомбы в воздухе)». Сам термин был зафиксирован в отчёте Стратегической бомбардировочной службы США по атомным атакам на Хиросиму и Нагасаки, выпущенном в июне 1946 года, где «ground zero» обозначал проекцию точки детонации («air zero») на поверхность.

Впоследствии выражение «ground zero» приобрело переносное значение и стало использоваться для обозначения центра любой катастрофы или разрушительного события. После теракта 11 сентября 2001 года в Нью-Йорке это название закрепилось за местом, где находились башни-близнецы Всемирного торгового центра.

См. также Эпицентр Ядерный взрыв Поражающие факторы ядерного взрыва События 11 сентября

Примечания

Категория:Ядерные взрывы