Анатомия взрыва зариновой бомбы (часть I)

Часть I – Бомба, ее компоненты и что происходит с ними после взрыва

Свидетели утверждают, что в ходе недавней химической атаки на Хан-Шейхун в Сирии использовались авиабомбы.  В этой статье мы рассмотрим все компоненты зариновой бомбы по отдельности и проанализируем, что с ними происходит.  В первой части мы опишем содержимое бомбы и расскажем, как оно взаимодействует с окружающей средой.

Что представляет из себя авиабомба с зарином Такая бомба содержит не только зарин.

Зарин. Нервно-паралитическое вещество зарин находится в жидком состоянии. При этом не известно ни одной химической реакции, в результате которой получался бы чистый зарин, и до сегодняшнего дня не поступало сообщений ни об одном виде оружия, которое содержало бы это вещество в чистом виде. В бомбе в определенной доле присутствуют другие вещества. Они перечислены ниже.

Не вступившие в реакцию компоненты: Вероятность того, что вещества, которые смешивают, чтобы начинить ими бомбу, вступят в реакцию друг с другом на 100%, ничтожно мала. Частицы не вступивших в реакцию компонентов бинарного оружия, которые не перемешались должным образом, например метилфосфонилдифторид и изопропиловый спирт

Фтороводород: Вырабатывается в ходе реакции метилфосфонилдифторида с изопропиловым спиртом. Также выделяется при реакции метилфосфонилдифторида с водой.
Побочные продукты: химические вещества, сформировавшиеся в результате неправильной реакции метилфосфонилдифторида с изопропиловым спиртом или оставшиеся в метилфосфонилдифториде в виде примесей на предыдущих этапах изготовления.
Продукты распада : Неправильно изготовленный зарин быстро разлагается. Это вещество также разлагается во влажной среде. Продукты распада – это вещества, появляющиеся в результате разложения зарина, например изопропиловый эфир метилфосфоновой кислоты, который впоследствии разлагается до метилфосфоновой кислоты.
Присадки: Любые добавки, такие как антиокислительные присадки и ингибиторы коррозии, например гексамин, трибутиламин и т. д. Кроме того, существуют присадки, которые должны вступать в реакцию с остатками фтороводорода (например, соли). Они также присутствуют среди прочих компонентов.

Взрыватель и взрывной заряд: Взрывчатое вещество, под воздействием которого раскалывается корпус бомбы и генерируется аэрозоль. Механизм представляет собой полную взрывную цепь со взрывателем, несколькими видами взрывчатых веществ и проводкой.

Материал корпуса: Материал корпуса бомбы, включая покрытие и футеровку.

Конструкция и предназначение оружия

Американская зариновая бомба Weteye

Нестойкие нервно-паралитические вещества, такие как зарин, предназначены для незамедлительного поражения, так как их воздействие ограничено по времени. По сути, основная функция химического оружия с зарином в качестве действующего вещества – сгенерировать как можно больший объем аэрозоля (облако мелкораспыленных капель). Стойкие нервно-паралитические вещества, например VX, предназначены для загрязнения местности и военной техники и­­ оказывают непосредственное воздействие при контакте с кожей. Поэтому при их применении часто используется оружие, распыляющее более крупные капли.

Объем взрывного заряда

Для правильного распыления зарина необходимо соблюдать определенное соотношение между взрывным зарядом и отравляющим веществом. При недостаточном объеме взрывного заряда сгенерировать большое количество аэрозоля не получится. Вместо этого после взрыва останутся одна большая или несколько маленьких луж жидкого зарина; они смертельно опасны для живых организмов, находящихся в непосредственной близости, но неспособны оказать воздействие на обширную территорию. Если взрывного заряда будет слишком много, это приведет к разложению зарина в значительном или даже полном объеме. Он быстро разрушается при высоких температурах. Его точка кипения составляет около +150 °C, и при этой температуре он разлагается стремительными темпами. При наличии крупного объема высоковзрывчатых веществ большая часть зарина в бомбе может быстро нагреться до +150 °C.

Один из основных критериев для определения объема взрывного заряда – толщина и прочность корпуса бомбы; это также объясняет, почему для авиационных бомб соотношение отравляющего вещества и взрывного заряда выше по сравнению с артиллерийскими снарядами, которые отличаются относительно большей толщиной стенки корпуса. Информацию о соотношении между поражающим веществом и взрывным зарядом для авиабомб найти непросто, однако в последнее время некоторые данные по старому химическому арсеналу США просочились в открытый доступ. Это соотношение было тщательно изучено в ходе широкомасштабных полевых испытаний на опытных полигонах, в результате чего был выведен оптимальный коэффициент для формирования аэрозоля. Например, американская химическая бомба MC-1 содержала 100 кг зарина, а вес ее взрывателя составлял 6,8 кг, при этом само взрывчатое вещество составляло только часть этой массы (другая часть приходилась на проводку и корпус). В бомбе Mk94 содержалось 49 кг зарина и взрыватель весом 7,3 кг. Бомба Weteye, по-видимому, вмещала 159 кг зарина и крупный взрыватель весом около 27 кг, из чего можно заключить, что стенки ее корпуса были намного толще. Найти аналогичные данные по советскому химическому оружию мне не удалось.

Взрыв в воздухе по сравнению со взрывом на земле

Химические бомбы и артиллерийские снаряды были разработаны в начале XX века; с тех пор и до наших дней эксперты по химическому оружию считают, что боеприпасы с нестойкими отравляющими веществами следует взрывать на земле или близко к ней, а со стойкими отравляющими веществами, которые в первую очередь предназначены для загрязнения местности и военной техники, подвергать воздушному разрыву. Снаряды с нестойкими веществами специально изготовляют таким образом, чтобы в результате их распространения пострадало как можно большее количество людей и чтобы аэрозоль находился на уровне земли или близко к ней (за счет этого достигается большая концентрация нервно-паралитического вещества, чем при взрыве в воздухе). Воздух может в небольшой или значительной степени снизить концентрацию (в зависимости от условий). В случае со стойкими отравляющими веществами необходимо распространить капли по максимально возможной территории, чтобы обеспечить загрязнение местности и военного оборудования. Все авиационные бомбы, заряженные зарином, которые разработали в США в годы Холодной войны, были оснащены контактным взрывателем для взрыва на поверхности земли.

Химическая бомба MC-1 (США)

Что происходит после сброса зариновой бомбы

После сброса с воздуха обычной бомбы с зарином происходит следующее:

• Бомба сталкивается с землей
• Контактный взрыватель срабатывает и активирует разрывной заряд
• Взрывчатые вещества при высокой температуре мгновенно переходят из твердого состояния в газообразное.
• Под воздействием кинетической энергии, генерируемой в ходе быстрого расширения, корпус бомбы раскалывается

Все это приводит к распылению отравляющего вещества. Содержавшийся в бомбе зарин распыляется несколькими способами одновременно.

• Аэрозоль: Распыление аэрозоля (взвеси из мелких капель) – главная функция химического оружия, заряженного зарином, и конструкторы стремятся к тому, чтобы максимальный процент зарина превратился в аэрозоль.
• Пар: Из-за упругости паров под воздействием температуры окружающей среды и спровоцированной взрывом высокой температуры некоторый объем зарина незамедлительно испаряется.

• Разложившийся зарин: Под воздействием высокой температуры часть зарина подвергается незамедлительному разложению. При распылении боевых веществ с помощью боеприпасов взрывного действия подобные потери неизбежны

• Воронка: Часть жидкости оказывается в воронке и выбросах (почве, выброшенной из воронки в результате взрыва)

• Крупные брызги и капли: Часть зарина распыляется в виде крупных брызг и капель жидкости, размер которых не позволяет им находиться в воздухе во взвешенном состоянии.

• Фрагменты снаряда: Часть зарина неизбежно останется на фрагментах снаряда

Распределение зарина по приведенным выше категориям во многом зависит от конструкции боеприпаса, а также в некоторой степени от других факторов, таких как погодные условия и тип поверхности, на которую падает бомба. В случае попадания боеприпаса в болото и в сухую почву результат будет разным.

Судьба распыленных частиц зарина зависит от того, в какую категорию они попадают. Посмотрим, что происходит с каждой категорией по отдельности:

• Аэрозоль: Аэрозоль распространяется в зависимости от направления ветра. Капли вещества либо испаряются, либо оседают на поверхности. Они имеют очень маленький размер, поэтому их концентрация при оседании на поверхности невысокая.
• Пар: Пар, как и аэрозоль, распространяется по направлению ветра. Чем дальше его относит, тем больше он разбавляется чистым воздухом. Аэрозоль и пар зарина тяжелее воздуха, поэтому они остаются в низинах и поднимаются на сравнительно большую высоту только в том случае, если для этого есть соответствующие условия (например, тяга воздуха между зданиями или похожий феномен). При высокой концентрации пар может быть абсорбирован пористыми материалами. Согласно проведенным недавно исследованиям, бетон, пластиковая напольная плитка, песчаник и гипсокартон имеют тенденцию впитывать пар зарина при условии достаточно высокой концентрации. В 2013 году в ходе судебной экспертизы решающим доказательством стало резиновое оконное уплотнение, в котором остались следы зарина.
• Разложившийся зарин: В районе взрыва находятся продуты теплового разложения зарина, большая часть которых имеет большую стабильность, чем сам зарин.
• Воронка: Попавший в воронку зарин, скорее всего, впитается в почву. С течением времени он подвергается разложению в ходе реакции гидролиза (под воздействием влаги и уровня pH почвы), в результате чего в почве остаются следы изопропилового эфира метилфосфоновой кислоты. Часть жидкого зарина испаряется со скоростью, которая зависит от потока воздуха и температуры. Тем не менее, гидролиз – основная реакция разложения зарина в условиях влажности. Исследование, проведенное американскими военными, показало, что после взрыва 99% зарина исчезает в промежутке от 2,5 ч до 24 ч (в зависимости от переменных факторов).
• Жидкий зарин: Жидкий зарин в форме взвешенных брызг и капель перемещается по воздуху от места взрыва и соприкасается с поверхностью. Он впитывается во многие виды материалов, такие как бетон, почва и дерево. Находящийся на поверхности зарин быстро испаряется и ведет себя как пар (см. выше). Впитавшийся в поверхность зарин со временем десорбируется. Количество десорбированного вещества зависит как от температуры, так и от свойств поверхности. Согласно исследованию, проведенному американским правительством, через 4 часа из ковролина выходит около 95% жидкого зарина.
• Фрагменты снаряда: Разумеется, фрагменты снаряда разлетаются во всех направлениях. Вполне вероятно, что на этих фрагментах присутствует некоторое количество жидкого зарина. Некоторые фрагменты, разлетевшиеся после взрыва, могут двигаться с высокой скоростью и попадают в различные типы поверхности, например в почву или в строительные материалы. Фрагмент с жидким зарином, попавший в относительно сухой, невпитывающий материал с нейтральным показателем pH, послужит идеальным доказательством зариновой атаки, при помощи которого можно установить факт применения зарина через несколько часов после взрыва.

Часть II – скоро будет опубликована. Воздействие зариновой бомбы и ее содержимого на организм человека.  Мы рассмотрим основные способы проникновения зарина в организм и узнаем, почему спасатели, приходящие на помощь пострадавшим от этого отравляющего вещества, пользуются сравнительно небольшим набором средств индивидуальной защиты.