Sualtı patlaması - Underwater explosion

Bir sualtı patlaması ( UNDEX olarak da bilinir ), bir su kütlesinin yüzeyinin altında meydana gelen kimyasal veya nükleer bir patlamadır. Sualtı bombaları gemisavar ve denizaltı savaşında faydalı olmakla birlikte, kıyı tesislerine karşı o kadar etkili değildir.

suyun özellikleri

Sualtı patlamaları, suyun özelliklerinden dolayı havadaki patlamalardan farklıdır :

  • Kütle ve sıkıştırılamazlık (tüm patlamalar) - Su, çok daha yüksek olan bir yoğunluğa göre hava hareket (daha yüksek zor su yapar, atalet ). Düşük bir aralıkta, örneğin 100 atmosfere kadar basınç altındayken sıkıştırmak (yoğunluğu artırmak) nispeten zordur. Bu ikisi birlikte suyu bir patlamadan kaynaklanan şok dalgaları için mükemmel bir iletken yapar .
  • Nötron maruziyetinin tuzlu su üzerindeki etkisi (yalnızca nükleer patlamalar) – çoğu sualtı patlama senaryosu tatlı veya saf suda değil deniz suyunda gerçekleşir . Suyun kendisi nötronlardan çok fazla etkilenmez, ancak tuz güçlü bir şekilde etkilenir. Bir nükleer çukurun mikrosaniyelik aktif patlaması sırasında nötron radyasyonuna maruz kaldığında, suyun kendisi tipik olarak " aktive olmaz " veya radyoaktif hale gelmez . Sudaki iki element, hidrojen ve oksijen , fazladan bir nötronu emerek sırasıyla döteryum ve oksijen-17 haline gelebilir , bunların ikisi de kararlı izotoplardır . Oksijen-18 bile stabildir. Bir hidrojen atomu iki nötron absorbe ederse , bir oksijen atomu üç nötron absorbe ederse veya oksijen-16 , kısa ömürlü bir nitrojen-16 üretmek için yüksek enerjili bir nötron (np) reaksiyonuna girerse radyoaktif atomlar ortaya çıkabilir . Herhangi bir tipik senaryoda, bir bombanın etrafındaki aktif nükleer reaksiyonların kısa süresinde önemli sayılarda bu tür çoklu yakalamaların olasılığı çok düşüktür. Bir nükleer reaktörün kapalı devresinde olduğu gibi, su sürekli olarak ışınlandığında biraz daha büyüktürler .

Bununla birlikte, deniz suyu tuz kolayca hem de içine nötron absorbe sodyum-23 ve klor-35 atomu, değişim radyoaktif izotoplar. Sodyum-24'ün yarılanma ömrü yaklaşık 15 saat iken, klor-36'nın (daha düşük aktivasyon kesitine sahip olan) yarılanma ömrü 300.000 yıldır. Sodyum, kısa bir yarı ömre sahip olduğu için patlamadan sonra en tehlikeli kirleticidir. Bunlar genellikle bir sualtı patlamasındaki ana radyoaktif kirleticilerdir; diğerleri ışınlanmış minerallerin, mercanların , kullanılmayan nükleer yakıtın ve yüzey patlaması nükleer serpintisinde bulunan , süspansiyon halinde taşınan veya suda çözünen bomba kasası bileşenlerinin olağan karışımıdır . Düz damıtma veya buharlaşan su (bulutlar, nem ve yağış) radyasyon kirliliğini ortadan kaldırarak radyoaktif tuzları geride bırakır.

Etkileri

Bir sualtı patlamasının etkileri, patlamadan uzaklık, patlamanın enerjisi, patlamanın derinliği ve suyun derinliği dahil olmak üzere birçok şeye bağlıdır.

Sualtı patlamaları, patlamanın derinliğine göre sınıflandırılır. Sığ sualtı patlamaları , su yüzeyinde oluşan bir kraterin , patlamanın derinliğine kıyasla daha büyük olduğu patlamalardır. Derin sualtı patlamaları, kraterin patlamanın derinliğine kıyasla küçük olduğu veya hiç olmadığı patlamalardır.

Bir sualtı patlamasının genel etkisi, derinliğe, patlayıcı yükün boyutuna ve doğasına ve deniz yatağı, yüzey, termoklinler vb. gibi yansıtıcı yüzeylerin varlığına, bileşimine ve mesafesine bağlıdır . Bu fenomen, gemi karşıtı savaş başlığında yaygın olarak kullanılmaktadır. tasarım, çünkü bir su altı patlaması (özellikle bir gövdenin altındaki patlama), aynı patlayıcı boyuttaki bir yüzey üstü patlamadan daha fazla hasar üretebilir. Bir hedefe ilk hasar ilk şok dalgasından kaynaklanacaktır ; bu hasar, suyun sonraki fiziksel hareketi ve tekrarlanan ikincil şok dalgaları veya kabarcık darbesi ile güçlendirilecektir . Ek olarak, hedeften uzakta şarj patlaması, daha büyük bir gövde alanı üzerinde hasara neden olabilir.

Yüzeye yakın sualtı nükleer testleri, deniz yaşamı, yakındaki altyapılar ve insanlar üzerinde ciddi etkilerle geniş bir alana radyoaktif su ve buhar yayabilir. Nükleer silahların su altında patlatılması 1963 Kısmi Nükleer Test Yasağı Anlaşması ile yasaklandı ve 1996 Kapsamlı Nükleer Test-Yasaklama Anlaşması ile de yasaklandı .

Sığ sualtı patlaması

1946 Baker testi, baca bulutun içinden geçtikten ve su yüzeyinde çatlak oluştuktan hemen sonra

Temmuz 1946'da Bikini Mercan Adası'ndaki Baker nükleer testi, Crossroads Operasyonunun bir parçası olan sığ bir sualtı patlamasıydı . 20 kilotonluk bir savaş başlığı, yaklaşık 200 ft (61 m) derinliğindeki bir lagünde patlatıldı . İlk etki, su altı ateş topu nedeniyle suyun aydınlatılmasıydı. Hızla genişleyen bir gaz kabarcığı , yüzeyde kayganlık adı verilen, görünüşte koyu renkli sudan oluşan genişleyen bir halkaya ve ardından çatlak adı verilen, görünüşte beyaz sudan oluşan genişleyen bir halkaya neden olan bir şok dalgası yarattı . Suyun yüzeyinde, yükseldikçe daha sütunlu hale gelen , sprey kubbesi adı verilen bir su ve sprey höyüğü oluştu. Yükselen gaz kabarcığı yüzeyi kırdığında, havada da bir şok dalgası yarattı. Prandtl-Meyer genleşme fanlarının hava basıncını, yoğunluğunu ve sıcaklığını çiğ noktasının altına düşürmesi sonucu yoğunlaşan havadaki su buharı ; şok dalgasının yerini işaretleyen küresel bir bulut oluşturuyor. Kabarcık tarafından oluşturulan boşluğu dolduran su, baca veya tüy adı verilen içi boş bir su sütununun havada 6.000 fit (1.800 m) yükselmesine ve bulutun tepesinden geçmesine neden oldu. Bir dizi okyanus yüzey dalgası merkezden dışarı doğru hareket etti. İlk dalga merkezden 1.000 ft (300 m) yükseklikte yaklaşık 94 ft (29 m) yükseklikteydi. Bunu başka dalgalar izledi ve daha uzak mesafelerde bunlardan bazıları birinci dalgadan daha yüksekti. Örneğin, merkezden 22.000 ft (6.700 m) uzaklıkta, dokuzuncu dalga 6 ft (1.8 m) ile en yüksek seviyedeydi. Yerçekimi, kolonun yüzeye düşmesine ve bir sis bulutunun kolonun tabanından hızla dışarı doğru hareket etmesine neden oldu, buna taban dalgası denir . Temel dalgalanmanın nihai boyutu, 3.5 mil (5,6 km) çapında ve 1.800 ft (550 m) yüksekliğindeydi. Taban dalgalanması yüzeyden yükseldi ve patlamanın diğer ürünleriyle birleşerek yaklaşık bir saat boyunca orta ila şiddetli yağış üreten bulutlar oluşturdu.

Derin sualtı patlaması

1955 Wigwam testi

Derin sualtı patlamasına bir örnek, 1958'de Hardtack I Operasyonunun bir parçası olarak gerçekleştirilen Wahoo testidir . 9 kt Mk-7 , derin suda 500 ft (150 m) derinlikte patlatıldı. Bir ateş topu olduğuna dair çok az kanıt vardı. Sprey kubbesi 900 ft (270 m) yüksekliğe yükseldi. Kabarcıktan çıkan gaz, püskürtme kubbesini kırarak her yöne fışkıran ve 1.700 ft (520 m) yüksekliğe ulaşan jetler oluşturdu. Maksimum boyutunda taban dalgalanması 2.5 mil (4.0 km) çapında ve 1.000 ft (300 m) yüksekliğindeydi.

Derin sualtı patlamaları tarafından üretilen yüzey dalgalarının yükseklikleri daha fazladır çünkü suya daha fazla enerji verilir. Soğuk Savaş sırasında , sualtı patlamalarının tsunamilerle aynı prensipler altında işlediği, sığ sularda hareket ettikçe potansiyel olarak çarpıcı biçimde arttığı ve kıyı şeridinin ötesindeki araziyi sular altında bıraktığı düşünülüyordu. Daha sonraki araştırmalar ve analizler, patlamalar tarafından üretilen su dalgalarının tsunamiler ve toprak kaymaları tarafından oluşturulanlardan farklı olduğunu ileri sürdü. Méhaute et al. 1996'daki değerlendirmelerinde Sualtı Patlaması Tarafından Üretilen Su Dalgaları'nda , çok büyük bir denizaltı patlamasından kaynaklanan yüzey dalgalarının, enerjilerinin çoğunu kıta sahanlığında harcayacağı ve kıyı taşkınlarının kötü bir fırtınadan daha kötü olmayacak şekilde sonuçlanacağı sonucuna vardılar .

Çalışma Wigwam 1955 test 2,000 ft (610 m), herhangi bir nükleer cihazın en derin patlama derinlikte meydana geldi.

Derin nükleer patlama

Zamanla patlama balonunun genişleme oranı
Kabarcık boyutundaki salınımlar
Yengeç Bulutsusu'nun iplikçikleri, patlama balonuna uzanan soğuk su iplikçikleri ile aynı nedenden dolayı meydana gelir. Bu, elipsoid ("ezilmiş") şekil de dahil olmak üzere, bir su altı nükleer patlamasının neye benzediğidir.
Su basıncının bir fonksiyonu olarak patlama balonunun genişleme hızı
Su basıncının ve patlama boyutunun bir fonksiyonu olarak kabarcık salınım periyodu
Patlama balonunun yakınında sudaki basınç dağılımı

Hala sıcak bir gaz kabarcığı iken su yüzeyini kırmadıkça, su altı nükleer patlaması yüzeyde iz bırakmaz, ancak aşağıdan yükselen sıcak, radyoaktif su. Bu, yaklaşık 2.000 ft'den (610 m) daha derindeki patlamalarda her zaman geçerlidir.

Böyle bir patlamadan yaklaşık bir saniye sonra, sıcak gaz kabarcığı çöker çünkü:

  • Su basıncı 2.000 fitin (610 m) altında çok büyüktür.
  • Genleşme, gaz basıncını düşürür, bu da sıcaklığı düşürür.
  • Gaz/su sınırındaki Rayleigh-Taylor kararsızlığı , suyun "parmaklarının" balonun içine doğru uzanmasına neden olarak sınır yüzey alanını arttırır.
  • Su neredeyse sıkıştırılamaz.
  • Büyük miktarda enerji, faz değişimi tarafından emilir (su, ateş topu sınırında buhar haline gelir).
  • Genişleme hızla sürdürülemez hale gelir çünkü dışarı doğru itilen su miktarı patlama balonu yarıçapının küpü ile artar .

Su kolayca sıkıştırılabilir olmadığından, bu kadarını yoldan çıkarmak çok hızlı bir şekilde büyük miktarda enerji emer - bunların tümü genişleyen balonun içindeki basınçtan gelir. Balonun dışındaki su basıncı kısa süre sonra balonun tekrar küçük bir küreye çökmesine ve geri tepmesine ve tekrar genişlemesine neden olur. Bu birkaç kez tekrarlanır, ancak her geri tepme, önceki döngünün enerjisinin yalnızca yaklaşık %40'ını içerir.

İlk salınımın maksimum çapında, çok derin suda patlayan çok büyük bir nükleer bomba, yaklaşık bir saniyede yaklaşık 800 m genişliğinde bir baloncuk oluşturur ve daha sonra büzülür, bu da yine yaklaşık bir saniye sürer. Derin nükleer patlamalardan kaynaklanan patlama baloncukları, sığ olanlardan biraz daha uzun salınımlara sahiptir. Salınım yapmayı bırakırlar ve yaklaşık altı saniye içinde sadece sıcak su haline gelirler. Bu, nükleer patlamalarda, geleneksel patlayıcılardan gelen baloncuklardan daha erken gerçekleşir.

Derin bir patlamanın su basıncı, kabarcıkların hayatta kalmasını ve yüzeye çıkmasını engeller.

Salınım döngüleri arasındaki %60'lık büyük enerji kaybı, kısmen bir nükleer patlamanın aşırı kuvvetinin kabarcık duvarını süpersonik olarak dışa doğru itmesiyle (tuzlu sudaki ses hızından daha hızlı) kaynaklanır. Bu Rayleigh-Taylor kararsızlığına neden olur . Yani, patlama yüzüne dokunan pürüzsüz su duvarı, balonun içine uzanan soğuk okyanus suyunun parmakları ve dalları ile çalkantılı ve fraktal hale gelir. Bu soğuk su içerideki sıcak gazı soğutur ve yoğunlaşmasına neden olur. Kabarcık daha az küre haline geliyor ve daha çok Yengeç Bulutsusu'na benziyor - pürüzsüz bir yüzeyden sapması, fırlatılan yıldız malzemesi yıldızlararası ortamdan geçerken Rayleigh-Taylor kararsızlığından da kaynaklanıyor.

Beklenebileceği gibi, büyük, sığ patlamalar derin, küçük patlamalardan daha hızlı genişler.

Bir nükleer patlama ile doğrudan temas halinde olmasına rağmen, genişleyen kabarcık duvarındaki su kaynamaz; balonun içindeki basınç, suyun buhar basıncını (açık arayla) aşıyor. Patlamaya dokunan su ancak kabarcık büzülmesi sırasında kaynayabilir. Bu kaynama, buharlaşmaya benzer, kabarcık duvarını soğutur ve salınımlı bir patlama balonunun önceki döngüde sahip olduğu enerjinin çoğunu kaybetmesinin bir başka nedenidir.

Bu sıcak gaz salınımları sırasında, bir mantar bulutunun yaptığı aynı nedenden dolayı kabarcık sürekli olarak yükselir : daha az yoğundur. Bu, patlama balonunun asla mükemmel küresel olmamasına neden olur. Bunun yerine, balonun dibi daha düzdür ve büzülme sırasında patlama merkezine doğru "yukarı uzanma" eğilimi gösterir.

Son genişleme döngüsünde, balonun alt tarafı, kenarlar tamamen çökmeden önce tepeye dokunur ve balon , ömrünün son saniyesinde bir simit haline gelir . Patlamadan yaklaşık altı saniye sonra, büyük, derin bir nükleer patlamadan geriye kalan tek şey, donmak üzere olan okyanusta yükselen ve soğuyan bir sıcak su sütunu.

sualtı nükleer testlerin listesi

Kısmi Test Yasağı Anlaşması tarafından yasaklanmadan önce nispeten az sayıda sualtı nükleer testi yapıldı . Onlar:

Test serisi isim Ulus Tarih ( UT ) yer Bomba derinliği, su derinliği Yol ver Notlar
kavşak fırıncı BİZE 25 Temmuz 1946 Bikini Mercan Adası , PPG 50 m (160 ft), 100 m (330 ft) 20 bin Sığ bir sualtı nükleer bombasının çeşitli yüzey filo birimleri üzerindeki etkilerini araştırın.
Kasırga Kasırga Birleşik Krallık 2 Ekim 1952 Monte Bello Adaları 2,7 m (8 ft 10 inç), 12 m (39 ft) 25 bin İlk İngiliz nükleer testi. Bir limanda gemiden kaçırılan bir nükleer bombanın nükleer etki testi.
Kızılderili çadırı Kızılderili çadırı BİZE 14 Mayıs 1955 Kuzey Pasifik Okyanusu 610 m (2.000 ft), 4.880 m (16.010 ft) 30 bin Özellikle denizaltıların derin atom derinliği yüklerine karşı savunmasızlığını belirlemek için bir Mark 90-B7 "Betty" nükleer derinlik yükü testi.
1955 22 (Joe 17) SSCB 21 Eylül 1955 Chernaya Körfezi, Novaya Zemlya 10 m (33 ft), bilinmiyor 3.5 bin ton Bir nükleer torpido testi .
1957 48 SSCB 10 Ekim 1957 Novaya Zemlya 30 m (98 ft), bilinmiyor 6 bin Bir T-5 torpido testi.
Hardtack I Wahoo BİZE 16 Mayıs 1958 Enewetak Atolü Dışında , PPG 150 m (490 ft), 980 m (3.220 ft) 9 bin Gemi gövdelerine karşı derin su bombası testi.
Hardtack I Şemsiye BİZE 8 Haziran 1958 Enewetak Mercan Adası İçinde , PPG 46 m (151 ft), 46 m (151 ft) 9 bin Gemi gövdelerine karşı okyanus tabanında bir sığ su bombasının testi.
1961 122 (Korall-1) SSCB 23 Ekim 1961 Novaya Zemlya 20 m (66 ft), bilinmiyor 4,8 bin ton Bir T-5 torpido testi.
Dominik Kılıçbalığı BİZE 11 Mayıs 1962 Pasifik Okyanusu, Johnston Adası yakınında 198 m (650 ft), 1.000 m (3.300 ft) <20 bin RUR-5 ASROC sisteminin testi .

Not: Fransızların Fransız Batı Polinezyası'nda Moruroa ve Fangataufa Atolls'ta kapsamlı sualtı testleri yaptığına inanılır . Bu yanlış; bombalar, alttaki mercan ve volkanik kayaya açılan şaftlara yerleştirildi ve kasıtlı olarak serpinti sızdırmadı.

Nükleer Test Galerisi

  • kavşak fırıncısı

  • Operasyon Kasırgası

  • Hardtack Şemsiye

  • dominik kılıç balığı

Hidroakustik ile Sualtı Nükleer Patlama Tespiti

Nükleer patlamaları tespit etmenin birkaç yöntemi vardır. Hidroakustik , su altında nükleer bir patlama olup olmadığını belirlemenin birincil yoludur. Ses dalgaları dünya okyanuslarında yayılırken su basıncındaki değişimi izlemek için hidrofonlar kullanılır. Ses, havadaki 332 m/s hızına kıyasla, 20 °C'lik suda saniyede yaklaşık 1482 metre hızla yayılır. Dünya okyanuslarında ses en verimli şekilde yaklaşık 1000 metre derinlikte yayılır. Bu derinlikte hareket eden ses dalgaları minimum hızda hareket eder ve Ses Sabitleme ve Aralıklama Kanalı ( SOFAR ) olarak bilinen bir katmanda tutulur . SOFAR'da sesler büyük mesafelerden algılanabilir, bu da okyanus aktivitesini tespit etmek için gereken sınırlı sayıda izleme istasyonuna izin verir. Hidroakustik, ilk olarak 20. yüzyılın başlarında, denizdeki kazaları önlemek için buzdağları ve sığlık gibi nesneleri tespit etme aracı olarak geliştirilmiştir.

Kapsamlı Nükleer-Test-Yasaklama Anlaşması'nın kabul edilmesinden önce üç hidroakustik istasyon inşa edildi . Kuzey Pasifik Okyanusu ve Orta Atlantik Okyanusu'nda iki hidrofon istasyonu inşa edildi ve Kanada'nın batı kıyısında bir T fazı istasyonu inşa edildi. CTBT kabul edildiğinde, dünyanın herhangi bir yerindeki su altı nükleer patlamalarını tanımlayabilecek kapsamlı bir ağ oluşturmak için 8 hidroakustik istasyon daha inşa edildi. Bu 11 hidroakustik istasyon, 326 izleme istasyonu ve laboratuvara ek olarak , Kapsamlı Nükleer-Test-Yasaklama Anlaşması Örgütü (CTBTO) Hazırlık Komisyonu tarafından izlenen Uluslararası İzleme Sistemini (IMS) içermektedir .

Şu anda IMS ağında kullanılan iki farklı hidroakustik istasyon türü vardır; 6 hidrofon izleme istasyonu ve 5 T fazı istasyonu. Bu 11 istasyon, öncelikle okyanus olan güney yarımkürede yer almaktadır. Hidrofon izleme istasyonları, okyanus tabanına bağlı kablolara asılı bir dizi üç hidrofondan oluşur. Okumaları etkin bir şekilde toplamak için SOFAR içinde bulunan bir derinliğe yerleştirilmiştir. Her bir hidrofon saniyede 250 örnek kaydederken, bağlama kablosu güç sağlar ve kıyıya bilgi taşır. Bu bilgiler kullanılabilir bir forma dönüştürülür ve analiz için güvenli uydu bağlantısı aracılığıyla diğer tesislere iletilir. T-fazı izleme istasyonları, okyanus tabanı veya kıyı şeridi ile birleşen ses dalgalarından üretilen sismik sinyalleri kaydeder. T-fazı istasyonları, mümkün olan en temiz sismik okumaları toplamak için genellikle dik eğimli adalarda bulunur. Hidrofon istasyonları gibi, bu bilgi kıyıya gönderilir ve daha fazla analiz için uydu bağlantısı aracılığıyla iletilir. Hidrofon istasyonları, okumaları doğrudan SOFAR'dan toplama avantajına sahiptir, ancak uygulanması genellikle T fazlı istasyonlardan daha pahalıdır. Hidroakustik istasyonlar, bir sualtı patlamasının meydana gelip gelmediğini belirlemek için 1 ila 100 Hertz arasındaki frekansları izler. Bir veya daha fazla istasyon tarafından potansiyel bir patlama tespit edilirse, toplanan sinyaller, kaynakta bir su altı boşluğunu gösteren frekans spektrumu ile yüksek bir bant genişliği içerecektir.

Ayrıca bakınız

Kaynaklar

daha fazla okuma