Тык-с.. А что мы можем сделать с плотностью окружающей среды? Ну, например, - уменьшить её как можно сильнее. Как? Да не вопрос: например, переехать с СИП на РИП (КапЯр то бишь) и выпулить наше изделие туда, куда воздух забыли завезти (т.е. минимум - в верхние слои мезосферы, а максимум - куда-нить в термосферу). Что поимеем в результате?
Ну, во первых, практически полное отсутствие ударной и световой волн. Потому как гамма, как и прочий свет, при удалении от источника слабеет обратно пропорционально квадрату расстояния, и к тому моменту, когда она таки доберётся до более-менее плотного воздуха - прогреть его до свечения ей банально не хватит сил. Что мы с этого имеем ещё? Во первых и очевидных - сильно более хреновую обнаружимость такого взрыва соответствующими спутниками (оч кратковременный пичок, причём бОльшая его часть лежит выше видимого спектра, где-то начиная от жёсткого УФ и до жёсткого рентгена/мягкой вторичной гаммы), а во вторых и в не очень очевидных - те самые "плазменные штучки", от которых мы временно абстрагировались, а именно - что при плотности воздуха ниже некоторой критической - вышибленные из атомов электроны вместо того, чтобы рекомбинировать обратно и высветить энергию в видимом свете - улетают в том направлении, куда первоначально двигались гамма-кванты. А как называется орава электронов, летящих примерно в одном направлении? Правильно, импульс электрического тока...

А чему там нас Максвелл учит со своими уравнениями? А тому, что такой импульс - порождает вокруг себя соответствующую электромагнитную волну, которая улетает от точки возникновения и наводит во всех встречающихся на пути проводниках ЭДС индукции. От чего эти проводники (если волна достаточно мощная) имеют свойство плавиться, диэлектрики, их окружающие - пробиваться, а приборы, их содержащие - разнообразными способами портиться...

То бишь - имеем не что иное, как
ЭМИ (электромагнитный импульс). При серьёзных плотностях окружающего газа электроны далеко не улетают, и поэтому он практически не заметен, но у нас их ничего не держит, и разворачивается он во всей своей неприглядности, и хреначит все незащищённые электроприборы в радиусе километров трёхсот-пятисот как минимум (против пары десятков, которые нам даст мегатонный взрыв в тропосфере).
Так... А если плотность наоборот увеличить (например, быро-быро закопать наш заряд в грунт, хотя бы методом втыкания с хорошего разбега лбом в бетонную плиту, как в бетонобойных бонбах принято)? Ну, наверное, будет примерно то же, что и с урановыми элементами второй ступени (то есть, любые материальные тела, находящиеся рядом с боеголовкой - поведут себя как только что подорванная химическая взрывчатка). И хоть у них "зет квадрат" будет и поменьше, но рванут они всё равно достаточно эффективно, а именно - на глубине камуфлетного взрыва примерно треть общей энергии пойдёт на выкидывание прикрывающего заряд грунта куда-нить подальше, треть - на образование сейсмоволны (причём самой для всяческих подземных и наземных сооружений подлючей: с неслабым горизонтальным сдвигом, который бункера плющит, а фундаменты - срезает), а остальная треть - на плавление грунта. При этом на загрязнение окружающей среды пойдёт всего 5-6%, в основном унесённых нейтронами (да и то - практически все эти загрязнения вплавятся в остеклованный грунт и самовольно бегать по округе не будут).
Итого,
что мы имеем с гуся гаммы?
- При низкой плотности среды (
космос/мезосфера) - плазменные эффекты, в итоге кончающиеся ЭМИ, кончающим всю электронику, до которой ему удаётся добраться.
- При
воздушном взрыве - огненный шар
переменных размеров, которые примерно пропорциональны корню кубическому из эквивалента, пожары и ударную волну.
- При
подземном взрыве - сейсмоволну, выброс относительно чистого грунта, лужу радиоактивной лавы на дне кратера.
- При
наземном взрыве - нечто
non pro vagina, non pro exercitus rubellum, то бишь и сейсмоволну испортили (основная компонента в той части, что у поверхности идёт - стала вертикальной, значительно менее опасной), и территорию толком не прожарили (слишком низко, угол падения света - как в полярный день, то бишь, "светит, но не греет"), и ударная волна в приземном слое - сильно хуже каКчеством (потому как тот же угол падения и минус половина энергии вдобавок). Да и засрали всё вокруг по максимуму (см. дальше, там где про нейтроны).
А теперь вспоминаем, что уже через наносекунды после начала взрыва "среди зимы пришла весна, // и от нейтронов не до сна" ((ц)..,

), и начинаем разбираться с ними по полной.
Итак,
как нейтроны делят по скорости?
- Всё, что до десяти миллиэлектронвольт - называется "холодными", получается крайне трудно, а вот всяческие премии (начиная от Государственной) за их исследование - получаются наоборот легко. Иногда из них выделяется некий диапазон ультрахолодных. Нам встреча с ними не грозит, помянуты они - для общей ерундиции, и на сей пункт вполне можно поставить гриф "сразу же после прочтения - забыть (за практической неприменимостью)".
- От десяти миллиэлектронвольт до одного электронвольта.
Тепловые. Играют основную роль во всяческих процессах активации, деления, и.т.д., и.т.п. Сюда рано или поздно вытормаживаются все нейтроны, не успевшие захватиться по дороге. Нейтрон с энергией в 10 миллиЭв - находится в тепловом равновесии с, например, жидким кислородом, 25 миллиЭв - комнатная температура (при этом его скорость - где-то 2200 м/с), 0,1 Эв - "красное каление" (тыща по Цельсию), расплавленная медь, 1 Эв - чуть горячее поверхности Солнца, чуть холоднее поверхности Сириуса (или внутренности нашего огненного шарика). В общем, температуры далеко не запредельные. Подвид нейтронов для наших дальнейших штудий чрезвычайно важный, запоминаем на будущее.
- от одного Эв до одного КЭв. Резонансные. Основное "кладбище" процесса замедления (если что и съестся - так скорее всего - именно здесь, но естся оно тут в основном на тяжёлых элементах (тяжелее железа), которых вокруг бонбы обычно немного). Достаточно малоинтересны, но забывать не стоит.
- от КЭва до ГЭва.
Быстрые. Второй по интересности диапазон, именно в него попадают нейтроны испущенные при всяческих ядерных реакциях. Иногда в нём выделяют поддиапазон промежуточных (от одного КЭва до сотни), но нас эти тонкости в данный момент не интересуют.
- Выше ГЭва. Релятивистские. Бывают только ...хм-м... импортные, на Земле таких не делают, почему они нас и не интересуют. Идут туда же, куда и холодные.
Как себя ведут нейтроны в веществе?
- Если этого самого вещества
очень мало, то теоретически у нейтрона есть шанс дожить до самопроизвольного распада (период полураспада - примерно 700 секунд). Если вещество чуть плотнее, чем воздух на околоземной орбите - такого шанса нет. То есть, со спокойной душой можно не рассматривать.
- Если нейтрон с чем-то взялся взаимодействовать - то это будет только
ядро атома. Потому как в силу своей нейтральности он ни электронов, ни квантов ЭМ поля не видит (и поэтому его не интересует молекулярная/кристаллическая структура вещества и он не умеет отдавать энергию через электромагнитные процессы), и единственное, что ему доступно - либо упруго от ядра отражаться (слегка перераспределив с ним свою кинетическую энергию), либо им поглощаться (правда, в этом случае возможна масса вариантов: ядро излучит избыток энергии в виде гаммы (называется "радиационный захват") и успокоится, тут же развалится на части (как литий-6), или тут же сплюнет этот нейтрон, оставив себе "на память" малую толику энергии (и такое поглощение-сплёвывание вполне можно рассматривать как
неупругое рассеяние), и.т.д., и.т.п).
Что с нейтронами происходит, когда они упруго отражаются?Ессно, они обмениваются энергией с теми ядрами, о которые ударились, и поскольку энергия нейтрона как правило больше - то отдаёт её он. Если он так бьётся достаточно долго - то рано или поздно он приходит к состоянию теплового равновесия с окружающими его ядрами. Процесс этот называется
замедлением (а если он идёт настолько долго, что нейтроны приходят в тепловое равновесие со средой - то
термализацией этих нейтронов). И идёт он тем эффективнее, чем легче те ядра, о которые нейтрон стучится. Например, если ему на пути попадается ядро обычного водорода (протон), практически равной с ним массы - то при центральном попадании он передаёт ему
всю свою энергию и становится тепловым всего за одно соударение (ну а прото, соответственно - начинает эту энергию сбрасывать, причём, поскольку он заряженный и потому "цепляясь" за другие заряды своим электрическим полем может излучать кванты ЭМ поля вплоть до дстаточно жёсткой тормозной гаммы - у него это выходит сильно легче и быстрее).
Ну а если учесть нецентральные соударения, то в среднем за одно соударение энергия уменьшается вдвое, а для того, чтобы из изначальных 14 мегаэлектронвольт при замедлении на ядрах водорода сделать тепловых 25 миллиэлектронвольт (т.е. термализовать исходный пучок) - нужно в среднем всего 29 соударений. Ну а если вспомнить физику для шестого класса и долго и занудно обсчитывать соударение двух биллиардных шариков разной массы - то можно в конце концов прийти к формуле, описывающей среднюю потерю энергии при рассеянии на ядре с атомной массой А: E = E
0(1-2A/(A+1)
2), т.е. при замедлении на углероде (как в РБМКах) за одно соударение будет теряться где-то процентов четырнадцать энергии (и для термализации понадобится 131 соударение), при замедлении на азоте воздуха - процентов 12 и 151 соударение (можно учесть ещё и кислород (что число соударений увеличит) и водяной пар (что - уменьшит), но, в общем-то, это непринципиально).
Ну и что интересного мы с этого можем поиметь?А поиметь с этого мы можем так называемую
длину замедления. Для этого достаточно решить так называемую "пьяную задачу" (она же - задача о случайных блужданиях).

На практике применяется она исключительно для терроризирования студентов соответствующих специальностей, коим по чину положени изучить тервер/матстат (как правило в 5 семестре, для физиков - одновременно с общеядрёным ликбезом, для математиков - просто так, садизма ради), и классическая постановка её выглядит примерно так:
"На бесконечной ровной плоскости в центре координат стоит пивной ларёк, в котором каждого подходящего к нему алкоголика - мгновенно оделяют такой дозой волшебной жидкости, что он
а) каждый следующий шаг делает в абсолютно произвольном направлении (т.е. не зависящем от направления предыдущего шага)
б) шагает всегда на одно и то же расстояние L, и
в) до того, как рухнуть и уснуть - делает ровно N шагов, не больше и не меньше.
Ясно дело, что при таком подходе поле оказывается достаточно скоро усыпано телами, распределёнными неким нетривиальным образом. Из пальцевых соображений очевидно, что у ларька будет относительно пусто, на бесконечности - пусто совсем (даже если очередной алкан сделает свои N шагов исключительно целеустремлённо, то всё равно дальше, чем на N*L метров он всё равно не уйдёт), а основной "урожай" расположится на сиесту на некотором промежуточном расстоянии, причём - вне зависимости от полярного угла, т.е. по кольцу. Посему надо
Найти:
- среднее расстояние от ларька до кольца "безжизненных тел на нашем жизненном пути" (ц) (оно же - радиус этого кольца)
- внутрениий и внешний радиусы кольца, содержащего 50% тел (соответственно, 90%, 95%, 99%), или любым другим способом описать статистические свойства решения."
(на самом деле, они получаются достаточно хорошими, т.е. разброс - оказывается сильно меньше, чем студент ожидает из "пальцевых соображений"

).
Ну, поскольку решение это - дело а) муторное и б) не раз и не одним поколением студентов проделанное - мы углубляться в эту задчу не будем, а просто возьмём из этих самых "до нас украденных" решений длины термализации (замедления до теплового равновесия) нейтронов в некоторых средах.
Итого, имеем:
Термализация 14 МЭв в воздухе при н.у. (293 кельвина, 1013 гектопаскалей/760 мм. рт.ст. (уровень моря), относительная влажность 60%) - 220 метров
Термализация 2 МЭв в воздухе при н.у. - 120 метров
Термализация 2 МЭв в протиевой (лёгкой) воде - 31 см
Термализация 14 МЭв в протиевой воде - 92 см (тут прирост расстояния - неэкспоненциален из-за аномального спада сечения рассеяния на ворододе при энергиях > 100 КЭв)
А что нейтроны умеют делать, когда они уже замедлились?Ну, кто не отразился - тот поглотился. В нулевом/сфероконном приближении (если не затрагивать свойства самого ядра и не крохоборствовать в области резонансов) сечение взаимодействия нейтрона с ядром обратно пропорционально его скорости (и, соответственно, в нерелятивистской области - корню квадратному из его энергии. Но мы уже постановили, что релятивистские нейтроны - это тот "импорт", который мы не рассматриваем). Посему, как только нейтрон замедлился "до тепла" - он начинает куда-то диффундировать, с некоторой вероятностью на очередном шаге поглощаясь (причём - в тепловой области эта вероятность сильно выше, чем при замедлении). Если мы решим "пьяную задачу" и для этого случая - то получим
длину диффузии теплового нейтрона в данном веществе.
Опять-таки - всё до нас
украдено решено, посему лезем в таблицы и
ИмеемДиффузия в протиевой воде - ~ 3 см
Диффузия в воздухе при н.у. - 27 м
После пристального вглядывания в данную цифирь и воспоминания описанного в предыдущем посте течения взрыва -
имеем полное право заключить, что а) Максимальное расстояние, которое нейтрон способен пробежать в той или иной среде
от мощности взрыва практически (см. прим. ниже) не зависит (потому как энергия одна и та же, меняется только количество нейтронов), а зависит только от типа заряда (т.е. от энергии нейтронов: для одноступенчатой, чисто атомной бонбы это 2 МЭв, для теллеровой "сосиски" с реакцией D+D - это 2,5 МЭв, для "сухой" термоядерной бомбы с D+T - это 14 МЭв) и от состояния и состава окружающей среды.
Примечание. Если отойти от сфероконного нулевого приближения, то за счёт того, что при мощных взрывах первые же замедляющиеся нейтроны весьма сильно прогревают слой окружающей среды, непосредственно к данной бонбе прилегающий, а следующие порции нейтронов на этом слое замедляются из-за этого несколько менее эффективно - то длина пробега всё-таки с ростом мощности увеличивается, но - сильно медленнее, чем упомянутый/выведенный выше "лучевой" корень кубический из эквивалента.
Примечание 2. Если отойти от сфероконного приближения ещё дальше - придётся учитывать ещё и запаздывающий нейтроны. Но вторая ступень (синтез) их не даёт по определению, а плутоний первой ступени - даёт втрое меньше, чем уран (т.е. всего 0,21%). Поэтому и напакостить они могут минимум на три порядка (а для особо мощных зарядов, типа АН602 - и на все пять) меньше, чем мгновенные, хотя действительно, излучаются уже изрядно расползшимся облаком (в промежутке от четверти секунды до минуты после взрыва).
б) Для воздуха при н.у. максимальный пробег нейтронов от атомной бонбы составляет примерно 150 метров (120+27), от "сухой" водородной - 250 м. (220+27).
в) По вполне очевидным причинам (уменьшение плотности среды) пробег в воздухе увеличивается с понижением давления, т.е. если мы бомбим не находящуюся на уровне моря Хиросиму, а устраиваем взрыв в километре над верхушкой Эвереста (10 км), то максимальный пробег нейтронов увеличивается обратно пропорционально давлению, т.е. вдвое на каждые 5 км высоты, т.е. для всей заказанной высоты - вчетверо.
г) Наличие в воздухе свободной воды, особенно в виде всяческих гидрометеоров (облаков и прочего тумана, а также - дождей и града) - достаточно ощутимо снижает этот самый пробег (и до кучи - повышает эффективность преобразования излучения в ударную волну, по очевидным причинам).
Примечание 3. Армия - не лаборатория, и в условиях современных боевых действий сплошь и рядом встречаются такие ситуации, когда "путём изящных вычислений // решив систему уравнений // искать усилье дельта ку // чтоб изготовиться к прыжку" ((ц)...

) - бывает банально
некогда (например, в тех случаях, когда в какой-нить особо неудобной лощинке скопился абсолютно неуместный с Вашей т.з. батальон танков вероятного противника, а у Вас - только ...ну, допустим, "Мста" и пара специзделий в оранжевых пеналах, и ситуацию надо порешать за ближайшие 180 секунд, пока эти танки не взялись за то, что они замышляют). Для этих случаев существует самая грубая оценка, которая справедлива не менее, чем в 95% сочетаний заряда и условий окружающей среды (хотя минимум в 50% случаев запасы, заложенные в ней - вполне можно и поуменьшить). Звучит она так:
основная активация грунта происходит а) в первые миллисекунды после взрыва, и б) не далее 500 метров от его центра (не эпицентра, а трёхмерного центра, т.е. того места, где была бонба). Если грунт в этот четырёхмерный объём не попал - три порядка активации отыграны.д) Для обычной воды этот пробег не может превышать 1 (одного) метра ни при каких условиях.