Поражающие факторы ядерного взрыва
Поражающими факторами ядерного взрыва являются:
- ударная волна,
- световое излучение,
- проникающая радиация,
- радиоактивное заражение,
- электромагнитный импульс; других видов взрывов - ударная волна и тепловое излучение. Рассмотрим поражающие факторы ядерного взрыва.
Воздушная ударная волнапредставляет собой область резко сжатого воздуха, распространяющуюся со сверхзвуковой скоростью во все стороны. На ее образование расходуется около 50% энергии взрыва. Источником возникновения ударной волны является высокое давление в центре взрыва, достигающее миллиардов паскалей (Па) при ядерных взрывах. Передняя граница слоя сжатого воздуха, характеризующаяся резким увеличением давления, называется фронтом ударной волны.
Скорость ударной волны и расстояние, на которое она распространяется, зависят от мощности взрыва. Чем мощнее взрыв, тем больше скорость и радиус действия ударной волны. При взрыве боеприпаса мощностью 20 кт ударная волна проходит первый километр за 2 с, а мощностью 1 Мт - за 0,5 с. На радиус действия ударной волны влияют рельеф местности и метеорологические условия.
Поражение ударной волной возникает в результате воздействия избыточного давления, которое воспринимается как резкий удар, и скоростного напора, который обладает метательным действием и может отбросить различные предметы на значительные расстояния.
Степень травм, которые могут получить незащищенные люди при действии на них ударной волны, определяется величиной избыточного давления. Кроме непосредственного поражения ударной волной люди могут получать травмы от вторичных факторов - обрушения зданий, пожаров и др.
Здания, имеющие большую площадь стен, разрушаются главным образом пол действием избыточного давления. Разрушение происходит преимущественно вследствие первоначального кратковременного удара, возникающего в результате отражения ударной волны. Это происходит потому, что для обтекания ударной волной здания требуется некоторое время, а это вызывает сравнительно длительное воздействие отраженной ударной волны. Высокие сооружения с малой площадью (заводские трубы, мачты и др.) быстро обтекаются ударной волной и сжимаются со всех сторон, а противоположные давления уравновешиваются.
Наиболее устойчивы к действию воздушной ударной волны подземные сооружения. Из наземных сооружений наиболее устойчивы металлические и железобетонные мосты, малоэтажные здания с прочным металлическим или железобетонным каркасом.
Световое (тепловое) излучение представляет собой поток ультрафиолетовых, инфракрасных и видимых лучей; на его образование используется 30% энергии взрыва. Источником светового излучения является огненный шар, состоящий из раскаленных продуктов взрыва и воздуха, нагретых до температуры 8000-10 000 ˚С. Время действия светового излучения зависит от мощности взрыва (например, при мощности 20 кт -3 с, при мощности 1 Мт- 10 с).
Наибольшее действие светового излучения наблюдается при воздушном взрыве в прозрачной атмосфере.
Тепловое действие на здания и сооружения определяется энергией светового импульса. Характер воздействия на здания зависит не только от величины светового импульса, но и от времени его действия, а также от плотности, теплопроводности, цвета и толщины материала. К материалам, способным легко воспламеняться от светового излучения, относятся: горючие газы, бумага, сухая трава, солома, резина, дерево.
Проникающая радиация представляет собой поток лучей и нейтронов; на ее образование расходуется 5 % энергии взрыва. Проходя через биологическую ткань, γ-кванты и нейтроны ионизируют атомы и молекулы, входящие в состав живых клеток, в результате чего нарушается нормальный обмен веществ и изменяется характер жизнедеятельности клеток, некоторых органов и систем организма, что приводит к возникновению специфического заболевания - лучевой болезни. Источником проникающей радиации являются ядерные реакции деления, а также радиоактивный распад осколков деления. Время действия проникающей радиации 10-15 с.
Радиоактивное заражение возникает в результате выпадения радиоактивных веществ (из облака ядерного взрыва); на него расходуется около 10% энергии взрыва. Источниками радиоактивности при ядерных взрывах являются:
- продукты ядерного взрыва (осколочная радиация);
- неразделившаяся (не участвовавшая в реакции деления) часть заряда;
- наведенная радиация, возникающая под воздействием нейтронов на элементы, входящие в состав грунта (натрий, кремний, магний и др.). Эти элементы становятся радиоактивными и испускают γ- и β-лучи.
Радиоактивное излучение состоит из α-, β- и γ-лучей. Наиболее короткий путь в воздухе проходят «-частицы (несколько сантиметров). Поэтому при оценке воздействия на человека их обычно не учитывают. Внутреннее поражение людей и животных радиоактивными, веществами может произойти при попадании их внутрь организма. Особенно много радиоактивных продуктов концентрируется у человека в тканях щитовидной железы (в 1000-10 000 раз больше, чем в других тканях).
При загрязнении (заражении) территории радионуклидами для его характеристики используется активность распада радионуклидов или плотность активности их распада. Количественно активность распада измеряется в беккерелях (Бк) или кюри (Ки). 1 Бк » 1 распад/с, 1 Ки = 3,7- 1. 1010 Бк. На практике для определения степени заражения территории используется плотность активности распада (Ки/км²).
Электромагнитный импульс (ЭМИ) представляет собой электрические и магнитные поля, возникающие в результате воздействия γ-излучения и нейтронов на атомы окружающей среды и образования потока электронов и положительных ионов На ЭМИ расходуется около 5 % энергии взрыва. Поражающее действие ЭМИ обусловлено возникновением напряжений и токов в различных проводниках, которые выводят из строя потребители электроэнергии. Время действия ЭМИ - менее 1 с. Выходят из строя системы электроснабжения, связи, различные электрические устройства и приборы. При наземном и воздушном взрывах поражающее воздействие ЭМИ - в радиусе нескольких километров, при высотном взрыве - несколько сот километров. Защитой от ЭМК служат специальные автоматические устройства - подобные применяемым для защиты от грозовых разрядов, экраны, плавкие вставки и др.
В результате действия воздушной ударной волны и светового (теплового) излучения могут возникнуть вторичные поражающие факторы. Такими факторами являются пожары, возникающие под воздействием светового излучения и при разрушении электрокоммуникаций и трубопроводов с легковоспламеняющимися веществами; взрывы; заражение местности и атмосферы ядовитыми веществами.
За первоначальной вспышкой взрыва американской бомбы в Хиросиме последовали другие бедствия. Прежде всего это было воздействие тепловой волны. Оно длилось лишь секунды, но было настолько мощным, что расплавило даже черепицу и кристаллы кварца в гранитных плитах, превратила в угли телефонные столбы на расстоянии 4 км. от центра взрыва.
На смену тепловой волне пришла ударная. Порыв ветра пронесся со скоростью 800 км./час. За исключением пары стен все остальное в круге диаметром 4 км. было превращено в порошок. Двойное воздействие тепловой и ударной волны за несколько секунд вызвало появление тысяч пожаров.
Люди, которые подверглись воздействию огненного шара на расстоянии до 800 м. были сожжены настолько, что превратились в пыль. Выжившие люди выглядели еще ужасней мертвых: они полностью обгорели, под влиянием тепловой волны, а ударная волна сорвала с них обгоревшую кожу.
Вслед за волнами через несколько минут на город пошел странный дождь, крупные, как шарики, капли которого были окрашены в черный цвет. Это странное явление связано с тем, что огненный шар превратил в пар влагу, содержащуюся в атмосфере, который затем сконцентрировался в поднявшемся в небо облаке. Когда это облако, содержащее водяные пары и мелкие частицы пыли, поднимаясь вверх, достигло более холодных слоев атмосферы, произошла повторная конденсация влаги, которая потом выпала в виде дождя. Капли черного дождя были радиоактивны и поэтому они оставляли непроходящие ожоги.
Из имевшихся в Хиросиме 76000 зданий,70000 были повреждены: 6820 зданий разрушено и 55000 полностью сгорели. Было уничтожено большинство больниц, из всего медицинского персонала осталось дееспособны 10%.