При взрыве ядерного боеприпаса за миллионные доли секунды выделяется колоссальное количество энергии и поэтому в зоне протекания ядерных реакций температура повышается до нескольких миллионов градусов, а максимальное давление достигает миллиардов атмосфер. Высокие температура и давление вызывают мощную ударную волну.
Наряду с ударной волной и световым излучением взрыв ядерного боеприпаса сопровождается испусканием проникающей радиации, состоящей из потока нейтронов и g- квантов. Облако взрыва содержит огромное количество радиоактивных продуктов - осколков деления. По пути движения этого облака радиоактивные продукты из него выпадают, в результате чего происходит радиоактивное заражение местности, объектов и воздуха.
Неравномерное движение электрических зарядов в воздухе, возникающих под действием ионизирующих излучений, приводит к образованию электромагнитного импульса (ЭМИ). Так формируются основные поражающие факторы ядерного взрыва.
Явления, сопровождающие ядерный взрыв, в значительной мере зависят от условий и свойств среды, в которой он происходит. Чаще всего такой средой может быть воздух. При воздушном взрыве вслед за яркой вспышкой образуется светящаяся область в виде сферы. У поверхности светящейся области создается очень резкий перепад температуры и давления. Раскаленные газы стремительно расширяются, сжимая и приводя в движение окружающие слои воздуха. Сжатие передается от слоя к слою воздуха и в виде воздушной ударной волны распространяется на значительное расстояние от места взрыва. В тот же период из точки взрыва в окружающее пространство испускаются проникающая радиация и световое излучение. Светящаяся область со временем остывает и, поднимаясь, превращается в клубящееся радиоактивное облако.
В это время с земли поднимается столб пыли, вследствие чего образуется облако характерной грибовидной формы. Максимальной высоты облако достигает через 15 мин после взрыва, а высота подъема верхней кромки облака, в зависимости от мощности боеприпаса может быть 5-20 км. Затем облако постепенно утрачивает свою характерную форму и, двигаясь по направлению ветра, рассеивается. Особенностью воздушного ядерного взрыва является то, что светящаяся область не касается поверхности земли. Зависимость высоты подъема и размеров радиоактивного облака от мощности ядерных взрывов:
| Мощность взрыва, тыс. т | Высота подъема облака, км | Размеры облака, км | |
| горизонтальный | вертикальный | ||
| 1 | 3,5 | 2 | 1,3 |
| 10 | 7 | 4 | 2 |
| 100 | 12,2 | 10 | 4,5 |
| 10000 | 25 | 43 | 15 |
Поражающие факторы ядерного взрыва и их воздействие на людей:
1. Ударная волна.
2. Световое излучение
3. Проникающая радиация
4. Радиоактивное заражение местности.
5. Электромагнитный импульс.
1. Ударной волной называется область резкого сжатия воздуха, распространяющаяся во все стороны от центра взрыва со сверхзвуковой скоростью. Переднюю границу волны, характеризующуюся резким скачком давления, называют фронтом ударной волны.
Обладая большим запасом энергии, ударная волна ядерного взрыва способна наносить поражения людям, разрушать различные сооружения, боевую технику и другие объекты на значительных расстояниях от места взрыва. На распространение ударной волны и ее разрушающее и поражающее действие существенное влияние могут оказать рельеф местности и лесные массивы в районе взрыва, а также метеоусловия.
Основными параметрами ударной волны, определяющими ее поражающее действие, являются: избыточное давление во фронте волны (разность между максимальным давлением во фронте ударной волны и нормальным атмосферным давлением перед этим фронтом) и время действия избыточного давления.
Ударная волна ядерного взрыва, как и при взрыве обычных боеприпасов, способна наносить человеку различные травмы, в том числе и смертельные. Причем зона поражения ударной волной при ядерном взрыве имеет значительно большие размеры, чем при взрыве обычного боеприпаса.
Поражения людей вызываются как непосредственным (прямым) воздействием воздушной ударной волны, так и косвенным.
При непосредственном воздействии ударной волны основной причиной появления травм у населения является мгновенное повышение давления воздуха, что воспринимается человеком как резкий удар. При этом возможны повреждения внутренних органов, разрыв кровеносных сосудов, барабанных перепонок, сотрясение мозга, различные переломы и т.д. Кроме того, скоростной напор воздуха, обусловливающий метательное действие ударной волны, может отбросить человека на значительное расстояние и причинить ему при ударе о землю (или препятствия) различные повреждения.
Метательное действие скоростного напора воздуха заметно сказывается в зоне с избыточным давлением более 50 кПа, где скорость перемещения воздуха более 100 м/с, что в три раза превышает скорость ураганного ветра.
Характер и тяжесть поражения людей зависят от величины параметров ударной волны, положения человека в момент взрыва и степени его защищенности. При прочих равных условиях наиболее тяжелые поражения получают люди, находящиеся в момент прихода ударной волны вне укрытий в положении стоя. В этом случае площадь воздействия скоростного напора воздуха будет примерно в 6 раз больше, чем в положении человека лежа
Поражения, возникающие под действием ударной волны, подразделяют на легкие, средние, тяжелые и крайне тяжелые (смертельные).
Косвенное воздействие ударной волны заключается в поражении людей летящими обломками зданий и сооружений, камнями, деревьями, битым стеклом и другими предметами, увлекаемыми ею.
При действии ударной волны на здания и сооружения главной причиной их разрушений является первоначальный удар, возникающий в момент отражения волны от стен. Разрушение заводских труб, опор линий электропередач, столбов, мостовых ферм и подобных им объектов происходит в основном под действием скоростного напора воздуха.
Заглубленные сооружения (убежища, укрытия, подземные сети коммунального хозяйства) разрушаются в меньшей степени, чем сооружения, возвышающиеся над поверхностью земли. Из наземных зданий и сооружений наиболее устойчивыми к воздействию ударной волны являются здания с металлическими каркасами и сейсмоустойчивые сооружения.
При действии нагрузок, создаваемых ударной волной, здания и сооружения могут подвергаться полным (>40—60 кПа), сильным (>20—40 кПа), средним (>10—20 кПа) и слабым (>8—10 кПа) разрушениям.
Особенностью действия ударной волны является ее способность затекать внутрь негерметичных укрытий через воздухозаборные трубы, отдушины, наносить там разрушения и поражать людей. Во избежание поражения людей затекающей волной воздухозаборные каналы убежищ снабжаются волногасительными устройствами.
Воздушная ударная волна вызывает также разрушения лесных массивов. Так, в зоне с избыточным давлением более 50 кПа лес полностью уничтожается и местность приобретает такой вид, будто бы на ней никогда не было никакой растительности; здесь нет ни завалов, ни пожаров. В зоне с давлением 50 - 30 кПа образуются сплошные завалы и разрушается до 60% деревьев; в зоне с давлением 30 - 10 кПа наблюдаются частичные завалы и разрушается до 30% деревьев.
Надежной защитой от ударной волны являются убежища. При их отсутствии используются ПРУ, подземные выработки, рельеф местности.
2. Световое излучение. Под световым излучением ядерного взрыва понимается электромагнитное излучение, включающее в себя ультрафиолетовую, видимую и инфракрасную области спектра. Источником светового излучения является светящаяся область взрыва.
Время действия светового излучения и размеры светящейся области зависят от мощности ядерного взрыва. С ее увеличением они возрастают. По длительности свечения можно ориентировочно судить о мощности ядерного взрыва. Время действия светового излучения наземных и воздушных взрывов мощностью 1 тыс. т составляет 1 с, 10 тыс. т - 2,2 с, 100 тыс. т - 4,6 с, 1млн. т - 10 с.
Световое излучение ядерного взрыва поражает людей, воздействует на здания, сооружения, технику и леса, вызывая пожары.
На открытой местности световое излучение обладает большим радиусом действия по сравнению с ударной волной и проникающей радиацией.
Основным параметром, определяющим поражающее действие светового излучения, является световой импульс (Uсв).
Световое излучение, воздействуя на людей, вызывает ожоги открытых и защищенных одеждой участков тела, глаз и временное ослепление. В зависимости от значения величины светового импульса различают ожоги кожи четырех степеней.
Тяжесть поражения людей световым излучением зависит не только от степени ожога, но и от его места и площади обожженных участков кожи. Люди выходят из строя, становятся нетрудоспособными при ожогах второй и третьей степени открытых участков тела (лицо, шея, руки) или под одеждой при ожогах второй степени на площади не менее 3% поверхности тела (около 500 см2).
Ожоги глазного дна возможны только при непосредственном взгляде на взрыв. Ожоги век и роговицы глаза возникают при тех же величинах импульсов, что и ожоги открытых участков кожи.
Временное ослепление, как обратимое нарушение зрения, наступает при внезапном изменении яркости поля зрения, обычно ночью и в сумерки. Ночью временное ослепление носит массовый характер и может продолжаться от нескольких секунд до нескольких десятков минут.
Поражающее действие светового излучения в лесу значительно снижается, что приводит к уменьшению радиусов поражения людей в 1,5 - 2 раза по сравнению с открытой местностью. Однако необходимо помнить, что световое излучение при воздействии на некоторые материалы вызывает их воспламенение и приводит к возникновению пожаров.
Световое излучение в сочетания с ударной волной приводит к многочисленным пожарам и взрывам в результате разрушений в населенных пунктах газовых коммуникаций и повреждений в электросетях.
Степень поражающего действия светового излучения резко снижается при условии своевременного оповещения людей, использования ими защитных сооружений, естественных укрытий (особенно лесных массивов и складок рельефа), индивидуальных средств защиты (защитной одежды, очков) и строгого выполнения противопожарных мероприятий. Защита от светового излучения более проста, чем от других поражающих факторов ядерного взрыва, поскольку любая непрозрачная преграда, любой объект, создающие тень, могут служить защитой, от светового излучения.
Фортификационные сооружения с перекрытиями, а также танки, боевые машины и другая подобная военная техника полностью защищают от ожогов световым излучением.
В качестве дополнительных мер защиты от поражающего действия светового излучения рекомендуются следующие:
- использование экранирующих свойств оврагов, лощин, местных предметов;
- постановка дымовых завес для поглощения энергии светового излучения; повышение отражательной способности материалов (побелка мелом, покрытие красками светлых тонов);
- повышение стойкости к воздействию светового излучения (обмазка глиной, обсыпка грунтом, снегом, пропитка тканей огнестойкими составами);
- проведение противопожарных мероприятий (удаление сухой травы и других легковоспламеняющихся материалов, вырубка просек и устройство заградительных полос).
3. Проникающей радиацией ядерного взрыва называют поток гамма-излучения и нейтронов, испускаемых из зоны и облака ядерного взрыва.
Источниками проникающей радиации являются ядерные реакции, протекающие в боеприпасе в момент взрыва, и радиоактивный распад осколков (продуктов) деления в облаке взрыва.
Время действия проникающей радиации на наземные объекты составляет 1-5-25 с и определяется временем подъема облака взрыва на такую высоту (2—3 км), при которой гамма - нейтронное излучение, поглощаясь толщей воздуха, практически не достигает поверхности земли.
Основным параметром, характеризующим поражающее действие проникающей радиации, являетсядоза излучения.
Доза излучения (D) - это количество энергии ионизирующих излучений, поглощенной единицей массы облучаемой среды. Различают экспозиционную, поглощенную и эквивалентную дозы излучения.
Проникающая радиация, распространяясь в среде, ионизирует ее атомы, а при прохождении через живую ткань - атомы и молекулы, входящие в состав клеток. Это приводит к нарушению нормального обмена веществ, изменению характера жизнедеятельности клеток, отдельных органов и систем организма. В результате такого воздействия возникает лучевая болезнь.
Лучевая болезнь 1 степени (легкая) возникает при суммарной дозе излучения 100 - 200 рад. Скрытый период продолжается 3 - 5 недель, после чего появляются недомогание, общая слабость, тошнота, головокружение, повышение температуры. После выздоровления трудоспособность людей, как правило, сохраняется.
Лучевая болезнь II степени (средняя) возникает при суммарной дозе излучения 200 - 400 рад. В течение первых 2 - 3 суток наблюдается бурная первичная реакция организма (тошнота и рвота). Затем наступает скрытый период, длящийся 15 - 20 суток. Признаки заболевания уже выражены более ярко. Выздоровление при активном лечении наступает через 2 - 3 месяца.
Лучевая болезнь III степени (тяжелая) наступает при дозе излучения 400 - 600 рад. Первичная реакция резко выражена. Скрытый период составляет 5 - 10 суток. Болезнь протекает интенсивно и тяжело. В случае благоприятного исхода выздоровление может наступить через 3 - 6 месяцев.
Лучевая болезнь IV степени (крайне тяжелая) наступающая при дозе свыше 600 рад, является наиболее опасной и, как правило, приводит к смертельному исходу.
При облучении дозами излучения свыше 5000 рад возникает молниеносная форма лучевой болезни. Первичная реакция при этом возникает в первые минуты после облучения, а скрытый период вообще отсутствует. Пораженные погибают в первые дни после облучения.
Следует иметь в виду, что даже небольшие дозы излучения снижают сопротивляемость организма к инфекции, приводят к кислородному голоданию тканей, ухудшению процесса свертывания крови.
При прохождении через различные материалы поток гамма-квантов и нейтронов ослабляется.
Способность того или иного материала ослаблять гамма-излучения или нейтроны принято, характеризовать слоем половинного ослабления, т. е. толщиной слоя материала, который уменьшает дозу излучения в 2 раза.
Надежной защитой от проникающей радиации ядерного взрыва являются защитные сооружения ГО. В качестве средств, ослабляющих действие ионизирующих излучений на организм человека, могут быть использованы различные противорадиационные препараты (радиопротекторы).
Проходя через материалы, поток гамма-квантов и нейтронов вызывает в них различные изменения. Так, при дозах проникающей радиации в несколько рад засвечиваются фотоматериалы, находящиеся в светонепроницаемых упаковках, а при дозах в сотни рад выходит из строя полупроводниковая радиоэлектронная аппаратура, темнеют стекла оптических приборов.
4. Радиоактивное заражение Среди поражающих факторов ядерного взрыва радиоактивное заражение занимает особое место, так как его воздействию может подвергаться не только район, прилегающий к месту взрыва, но и местность, удаленная на десятки и даже сотни километров. При этом на больших площадях и на длительное время может создаваться заражение, представляющее опасность для людей и животных. Об этом сегодня реально напоминает авария на Чернобыльской АЭС.
На радиоактивно зараженной местности источниками радиоактивного излучения являются: осколки (продукты) деления ядерного взрывчатого вещества; наведенная активность в грунте и других материалах; не разделившаяся часть ядерного заряда.
При взрыве ядерного боеприпаса радиоактивные продукты поднимаются вместе с облаком взрыва, перемешиваются с частицами грунта и под действием высотных ветров перемещаются на большие расстояния. По мере перемещения облака они выпадают, заражая местность (как в районе взрыва, так и по пути движения облака) и образуя так называемый след радиоактивного облака (рис.1).
Рис.1 Схема радиоактивного заражения местности в районе взрыва и по следу движения облака
След радиоактивного облака на равнинной местности при неменяющихся направлении и скорости ветра имеет форму вытянутого эллипса и условно делится на четыре зоны: умеренного (А), сильного (Б), опасного (В) и чрезвычайно опасного (Г) заражения. Границы зон радиоактивного заражения с разной степенью опасности для людей принято характеризовать дозой гамма-излучения, получаемой за время от момента образования следа до полного распада радиоактивных веществ, Dw (измеряется в радах), или мощностью дозы излучения (уровнем радиации) через 1 ч после взрыва (Р1).
