Образующиеся при ядерных взрывах акустические, гидроакустические и сейсмические волны в воздухе, воде и в земной коре, а также электромагнитные волны и радиоактивные продукты схематично показаны на рис. 42б. Они служат признаками ядерных взрывов и составляют физические основы методов их обнаружения.
Рассмотрим перечисленные выше методы обнаружения ядерных взрывов, которые в совокупности позволяют не только обнаружить взрыв и установить место, где он произошел, но также и определить основные его показатели (мощность и вид взрыва, тип ядерного заряда).
Как известно, в месте взрыва вначале образуется область чрезвычайно высокого давления, что приводит к возникновению ударной волны. Давление в ней уменьшается по мере распространения, а скорость фронта волны постепенно приближается к скорости звука. Таким образом, звуковая (акустическая) волна, как и ударная, состоит из чередующихся явлений сжатия и разрежения и отличается от последней лишь своей интенсивностью.
Давление и уплотнение, вызываемые звуковой волной, очень малы по сравнению с давлением и плотностью данной среды. Действительно, даже при мощном звуке, сила которого близка к порогу болевого ощущения (гудок находящегося вблизи паровоза), амплитуда давления составляет всего лишь 0,003 атмосферного давления. Если частота звуковых колебаний находится в пределах от 20 до 15 000 в секунду, то такие колебания воспринимаются ухом человека как звук. Колебания более низких частот называются инфразвуковыми, более высоких — ультразвуковыми. И те и другие могут быть обнаружены лишь с помощью специальных приборов. Инфразвук, как показывают опыты и теоретические исследования, поглощается в воздухе слабее, чем звуки более высоких частот, и, следовательно, может быть обнаружен на больших расстояниях от источника звука. Скорость распространения звуковых волн в сухом воздухе при температуре 20 градусов равна 344 м/сек., в воде 1450–1500 м/сек.
Звуковые волны легко регистрируются, например, с помощью электроакустических приемников звука, преобразующих колебания упругой среды (воздуха, воды и т. п.) в электрическую энергию. Для приема воздушных акустических волн могут быть использованы микробарографы. Микробарограф, так же как и барограф, является самопишущим прибором, предназначенным для непрерывной регистрации атмосферного давления, и отличается от последнего очень высокой чувствительностью (может реагировать даже на порывы ветра).
Амплитуда воздушной акустической волны прямо пропорциональна корню кубическому из мощности взрыва, обратно пропорциональна расстоянию и сильно зависит от метеорологических условий (ветра, температуры, турбулентности атмосферы). Ядерный взрыв, эквивалентный по мощности взрыву 1000 тонн тротила, может быть обнаружен на расстояниях от 500 до 3000 километров, в зависимости от направления и скорости ветра в атмосфере.
Чтобы определить место и время взрыва, надо знать направление прихода звукового сигнала и скорость его распространения. Для этой цели датчики давления микробарографических станций располагаются друг от друга примерно на 10 километров. Чувствительность станции должна обеспечивать запись сигнала с амплитудой в 0,000001 атмосферного давления. На основе записи трех станций место взрыва может быть определено с ошибкой менее чем в 100 километров.
Во время первого опытного взрыва атомной бомбы в Аламогордо взрыв был слышен на расстоянии 240 километров. Конечно, с помощью приборов, более чувствительных, чем ухо, звук мог быть зарегистрирован на значительно большем расстоянии.
Изучая распространение звука в воде, советские ученые обнаружили и исследовали явление так называемого сверхдальнего распространения звуковых волн. Было установлено, что на определенной глубине звук поглощается очень слабо. Используя это явление и направленный прием звука, можно зарегистрировать сравнительно небольшой взрыв в воде на расстоянии около 10 000 километров.