Поражающие факторы ядерного взрыва

Воздушная ударная волна

Радиоактивное заражение

Световое излучение

Проникающая радиация

Электромагнитный импульс

Распределение энергии взрыва по поражающим факторам приведено в таблице 10.4.1. а их основные характеристики рассматриваются ниже.

Таблица 10.4.1.

Распределение энергий по поражающим факторам атомного взрыва

Поражающие факторы	Ядерный боеприпас, %	Нейтронный боеприпас, %
Ударная волна	50	40
Световое излучение	35	25
Проникающая радиация	5	30
Радиоактивное заражение	10	5
ЭМИ	доли %	доли %

Воздушная ударная волна - это область резкого сжатия воздуха, распространяющаяся во все стороны от центра взрыва со сверхзвуковой скоростью.

Источником возникновения воздушной волны является высокое давление в области взрыва (миллиарды атмосфер) и температура, достигающая миллионов градусов.

Раскаленные газы, стремясь расшириться, сильно сжимают и нагревают окружающие слои воздуха, в результате чего от центра взрыва распространяется волна сжатия или ударная волна. Вблизи центра взрыва скорость распространения воздушной ударной волны в несколько раз превышает скорость звука в воздухе. С увеличением расстояния от центра взрыва скорость снижается и ударная волна трансформируется в звуковую волну.

Наибольшее давление в сжатой области наблюдается на передней ее кромке, которая называется фронтом воздушной ударной волны.

Характер изменения давления во фронте ударной волны при прохождении ее точки пространства показан на Рис. 10.4.2.

Р

Фаза сжатия

∆Р_ф

Р₀ Фаза разрежения

_t

Рис. 10.4.2. Изменение давления в точке пространства при прохождении через нее воздушной ударной волны

Основными параметрами ударной волны являются:

-избыточное давление во фронте ударной волны

Δ Р_Ф = Р_Ф - Р_о ,

где Р_Ф - максимальное давление во фронте ударной волны;

Р_о - атмосферное давление:

-скоростной напор воздуха Р_ск = ( р·v² ) / 2,

где р - плотность воздуха, кг/ м³ , v - скорость воздуха, м/c;

-время действия избыточного давления (длительность фазы сжатия) –τ₊

Единицей измерения избыточного давления и скоростного напора в системе СИ является Па (Паскаль), внесистемной кгс/ см².

Избыточное давление воздуха Р_Ф воспринимается человеком как всестороннее сжатие. При этом возможны повреждения внутренних органов, барабанных перепонок, разрушение кровеносных сосудов, мышечных тканей и др.

За счет метательного действия скоростного напора человек может быть отброшен на значительное расстояние и при ударе о преграду получить различные повреждения (сотрясение мозга, переломы и т.д.).

Поражения людей вызываются как непосредственным действием ударной волны, так и косвенным путем. Косвенные поражения заключаются в поражениях людей обломками зданий, летящими предметами и др.

В зависимости от избыточного давления травмы от действий ударной волны принято условно подразделять на:

Легкие Р_Ф=0,2 - 0,4 кгс/ см² (20-40 кПа). Характеризуются временным нарушением слуха, легкими контузиями, вывихами, ушибами).

Средние Р_Ф=0,5 кгс/см² (40-60 кПа); (проявляются в контузиях головного мозга, повреждении органов слуха, кровотечении из носа, ушей, вывихах конечностей);

Тяжелые Р_Ф=0,6-1,0 кгс/см² (60-100 кПа). Характеризуются сильными контузиями всего организма, потерей сознания, переломами; возможны повреждения внутренних органов.

Крайне тяжелые и смертельные Р_Ф > 1 кгс/cм² (>100 кПа). У людей отмечаются травмы внутренних органов, внутреннее кровотечение, сотрясение мозга, сильные переломы. Эти поражения часто приводят к смертельному исходу.

Особенностью воздействия ударной волны является ее способность затекать в негерметичные сооружения и наносить там поражения людям. Под действием ударной волны образуется очаг ядерного поражения.

Основной способ защиты от ударной волны - укрытие населения в убежищах, т.е. изоляция его от действия избыточного давления и скоростного напора.

Световое излучение – представляет собой поток лучистой энергии, включающий электромагнитное излучение оптического диапазона в инфракрасных, видимых и ультрафиолетовых областях спектра.

Источником светового излучения является светящаяся область ядерного взрыва, температура в котором соизмерима с температурой Солнца и примерно равна 8000 - 10000 ^о С. Когда температура снижается до 1700 ^о С, свечение прекращается.

Размеры и форма светящейся области зависят от мощности и вида взрыва. При воздушном взрыве – это шар, при наземном – полусфера.

В системе СИ световое излучение измеряется в Дж/м², внесистемная единица измерения - кал/см² .

Световое излучение при ядерном взрыве длится несколько секунд, вызывает ожоги открытых и защищенных участков тела, поражение глаз, возгорание различных сооружений, материалов и имущества.

По тяжести поражения организма независимо от причин возникновения ожоги делятся на четыре степени (табл. 10.4.2.)

Поражение глаз проявляется в ослеплении от 2 до 5 минут днем, до 30 и более минут ночью, если человек смотрел в сторону взрыва.

Тяжесть поражения световым излучением зависит не только от степени ожога, но и от размеров обоженных участков кожи.

Защитой от светового излучения могут служить любые непрозрачные огнестойкие предметы. Полную защиту от него обеспечивают убежища.

Таблица 10.4.2. Характеристики ожога

Степень ожога	Величина теплового потока кал/см^2	Степень поражения
I	2-4	Покраснение кожи
II	4-10	Образуются пузыри, заполненные прозрачной жидкостью
III	10-15	Омертвление кожи
IV	15 и более	Омертвление более глубоких слоев ткани

Степень поражающего действия светового излучения резко снижается при использовании средств индивидуальной защиты (защитная одежда, очки) и естественных укрытий.

Проникающая радиация - это гамма-излучение и поток нейтронов , испускаемых в окружающую среду из зоны взрыва. Поток нейтронов образуется при делении ядер урана и наблюдается несколько долей секунды, пока длится взр ыв. Ядерные превращения сопровождаются излучением в окружающее пространство гамма- квантов электромагнитной энергии. Время действия проникающей радиации на наземные объекты составляет 15-20 с.

Радиус поражающего действия проникающей радиации при взрывах в атмосфере меньше, чем радиусы поражения от светового излучения и воздушной ударной волны.

Однако на больших высотах, в стратосфере и космосе – это основной фактор поражения.

Проникающая радиация может вызывать обратимые и необратимые изменения в материалах, элементах радиотехнической, оптической и другой аппаратуры за счет нарушения кристаллической решетки вещества, а также в результате различных физико-химических процессов под воздействием ионизирующих излучений.

Поражающее действие на людей характеризуется дозой излучения.

Степень тяжести лучевого поражения зависит от поглощенной дозы, а также от индивидуальных особенностей организма и его состояния в момент облучения и определяется эквивалентной дозой облучения, которая измеряется в зивертах или бэрах.

В зависимости от полученной дозы различают четыре степени лучевой болезни:

-лучевая болезнь первой степени: Н=100-200 бэр; скрытый период 2-3 недели, после этого появляются недомогание, общая слабость, головокружение, повышение температуры: после выздоравливания работоспособность сохраняется;

-лучевая болезнь второй степени: Н=200-400 бэр; в течение первых 2-3 суток наблюдается первичная реакция-тошнота, рвота; затем скрытый период около недели; после этого появляются головная боль, рвота, расстройство функций нервной системы и уменьшение в крови лейкоцитов до 50 %; при активном лечении выздоравливание наступает через 1-2 месяца; смертельные исходы 20 %;

-лучевая болезнь третьей степени: Н=400-600 бэр; скрытый период до нескольких часов; болезнь протекает интенсивно и тяжело ; при усиленном лечении выздоравливание может наступить через 3-6 месяцев; в организме остаются необратимые изменения; без лечения- смертельный исход до 70 %;

-лучевая болезнь четвертой степени; Н=600 бэр и более; как правило, приводит к смертельному исходу.

Действие поражающих факторов в зависимости от мощности боеприпаса показано в таблице 10.4.3.

Таблица 10.4.3.

Действие поражающих факторов в зависимости от мощности боеприпаса

№ п/п	Поражающий фактор	Расстояние (в км) при мощности взрыва
		10 кт	100 кт	500 кт	1000 кт	10 000 кт
	Избыточное давление 35 кПа (разрушение большинства наземных сооружений)	1,25,	2,3	3,9	4,8	10,5
	Избыточное давление 50 кПа (полное разрушение сооружений)	0,9	1,9	3,2	4,0	8,5
	Световой импульс 500 кдж/м^2	1,0	2,1	7,2	8,0	20,5
	Доза облучения 1 Зв (100 бэр)	1,6	2,1	2,5	3,0	4,2
	Доза облучения 5 Зв (500 бэр)	1,3	1,8	2,0	2,4	3,4

Принцип защиты населения от проникающей радиации основан на ослаблении ее при прохождении через различные материалы.

Защитные качества материала характеризуются слоем половинного ослабления - это такая толщина слоя материала, при прохождении которого поток нейтронов или гамма- квантов ослабляются в два раза. Для некоторых материалов величина слоя половинного ослабления приведена в таблице 10.4.4.

Коэффициент ослабления защитного слоя определяется по формуле:

К = 2 ^hd , где h - толщина слоя материала, см; d - толщина слоя половинного ослабления, см.

Таблица 10.4.4.

Величины слоев половинного ослабления некоторых материалов

Материал	Толщина слоя материала, см
	нейтронное излучение	гамма-излучение
Вода	2,7	23,0
Полиэтилен	2,7	24,0
Броня	11,5	2,0
Свинец	12,0	2,0
Грунт	12,0	14,4
Бетон	12,0	10,0
Древесина	9,7	33,0
Кирпич	14,0	18,0
Железобетон	9,7	12,5
Сталь	12,0	3,5

Если защитная преграда состоит из нескольких слоев (бетон, полиэтилен, грунт и др.), то общий коэффициент ослабления равен произведению их коэффициентов ослабления, т.е. К=К₁ ^. К₂ ^. К₃^. ...... К _n .

Надежной защитой от проникающей радиации являются убежища и ПРУ.

Ослабить дозу облучения может любое здание и сооружение.

Проникающая радиация является одним из основных поражающих факторов нейтронного боеприпаса.

Радиоактивное заражение местности среди поражающих факторов ядерного взрыва занимает особое место по двум причинам: радиоактивные вещества разносятся на большие расстояния и действуют длительное время.

Источником радиоактивного заражения местности являются продукты деления ядерного горючего, радиоактивные изотопы, образующиеся в грунте и других материалах под воздействием нейтронов – наведенная активность, а также не разделившаяся часть ядерного заряда.

Осколки деления ядерного вещества представляют собой смесь около 80 изотопов 35 элементов, образовавшихся при делении ядер урана. Они не стабильны и претерпевают бета-распад с излучением гамма квантов. С течением времени величина их активности падает.

Наведенная активность в грунте обусловлена образованием под действием нейтронов ряда радиоактивных изотопов, таких как алюминий-28, натрий-24, марганец-56.

Не разделившаяся часть ядерного заряда представляет собой альфа- активные изотопы плутония-239, урана-238, урана-235.

Поскольку при наземном взрыве в огненный шар вовлекается значительное количество грунта и других веществ, то при охлаждении эти частицы выпадают в виде радиоактивных осадков. По мере перемещения облака, по его следу происходит выпадение радиоактивных осадков, и, таким образом, на земле остается радиоактивный след. Плотность заражения в районе взрыва и по следу движения радиоактивного облака убывает по мере удаления от центра взрыва.

Форма следа может быть самой разнообразной, в зависимости от конкретных условий и реально может быть определена только после окончания выпадения радиоактивных частиц на землю

На равнинной местности при не меняющихся направлении и скорости ветра (Рисунок 10.4.3.) след имеет форму вытянутого эллипса.

Рис. 10.4.3. Схема радиоактивного заражения местности

при ядерном взрыве

Границы зон заражения (Рисунок 10.4.3.) принято характеризовать дозой гамма-излучения получаемой за время от момента образования облака до полного распада радиоактивного вещества, измеряемой в радах или мощностью дозы излучения (уровнем радиации) через час после взрыва (Р_о).

Уровни радиации на местности зависят от мощности взрыва, характера рельефа местности, растительности, метеоусловий и геологических условий.

Заражение территории, предметов, приземного слоя воздуха, воды и продуктов питания может быть первичным - при выпадении радиоактивных веществ из облака взрывы и вторичным - ветровые процессы, пожары, водообменные процессы и антропогенным путем.

Большая часть образовавшихся при ядерном взрыве радионуклидов имеют короткий период полураспада, поэтому спад мощности дозы излучения на зараженной территории происходит интенсивно и характеризуется зависимостью

Р(t)= Р_о ^. (t / t₀ ) ^{- 1,2}

За 7-кратный промежуток времени при ядерном взрыве мощность дозы излучения на зараженной местности уменьшается в 10 раз.

При таком спаде доза облучения за время от t_H до t _K c учетом

К _осл. может быть определена по приближенной формуле :

D=(P _ср^. Т ) / К _осл. Или D = 5 ^. (Р _Н ^.t _H - P _K ^. t _K )/ K _осл.

Местность считается зараженной и требует применение средств защиты, если уровень радиации (мощность дозы излучения), измеренный на высоте 0,7-1 м от поверхности земли составляет 0,5 рад/ ч. и более.

Степень заражения территории, различных объектов характеризуется также количеством РВ, приходящихся на единицу площади, т.е. поверхностной плотностью (Ки/ м²).

Степень заражения воздуха, воды, продуктов питания определяется количеством (концентрацией) РВ в единице объема, измеряемой в Ки/ кг.

Например, 1 кюри радия-226, у которого период полураспада Т_0,5 = 1590 лет, весит 1 г и занимает объем небольшой горошины.

Активностью в 1 кюри обладает 570 кг урана-235 с Т_0,5 = 880 миллионов лет и 16 г плутония-239 с Т_0,5 = 24 тысячи лет.

Радиационному воздействию на зараженной территории подвергаются люди, животные, растения, приборы и другие предметы. При этом внешнее облучение составляет порядка 90-95 %, внутреннее - порядка 10-5 %.

Надежной защитой при радиоактивном заражении территории являются защитные сооружения: убежища, ПРУ, перекрытые щели, подвальные помещения зданий и сооружений и индивидуальные средства защиты: противогазы, респираторы, противопыльные тканевые маски и ватно-марлевые повязки, одежда и обувь.

Под действием поражающих факторов ядерного взрыва образуются очаги ядерного поражения (ОЯП) - территория, в пределах которой в результате воздействия поражающих факторов ядерного взрыва произошли массовые поражения людей, животных, разрушения и повреждения зданий и сооружений (Рисунок 10.4.4.).

Рисунок 10.4.4. Очаг ядерного поражения

Размеры ОЯП зависят:

-от мощности и вида ядерного взрыва;

-рельефа местности;

-метеоусловий и характера застройки.

Его границы на равнинной местности условно ограничены радиусом с избыточным давлением ∆ Р_Ф= 0,1 кгс/ см² . по величине избыточного давления во фронте ударной волны, что определяет характер разрушений зданий и сооружений. ОЯП условно делится на четыре зоны (Рис. 10.4.4).

Зона полных разрушений (R1) имеет на границе избыточное давление во фронте ударной волны (0,5 кгс/см²). и характеризуется: массовыми безвозвратными потерями среди незащищенного населения; полным разрушением зданий и сооружений; разрушением коммунальных и энергетических сетей: разрушением части убежищ.

Зона сильных разрушений (R2-R1) имеет избыточное давление во фронте ударной волны от (0,5 до 0,3 кгс/см²) и характеризуется: безвозвратными потерями среди незащищенного населения (до 90 %); полным и сильным разрушением зданий и сооружений; повреждением коммунальных и энергетических сетей; образованием завалов; сохранением убежищ и большинства ПРУ подвального типа.

Зона средних разрушений (R3-R2) имеет избыточное давление во фронте ударной волны от (0,3 до 0,2 кгс/см²) и характеризуется: безвозвратными потерями среди незащищенного населения ( до 20 % ); средними и сильными разрушениями зданий и сооружений ; образованием очаговых завалов и сплошных пожаров; сохранением коммунальных и энергетических сетей, убежищ и большей части ПРУ.

Зона слабых разрушений (R4-R3) имеет избыточное давление во фронте ударной волны от (0,2 до 0,1 кгс/см²) и характеризуется: слабыми и средними разрушениями зданий и сооружений.

Необходимо отметить, что за пределами зоны слабых разрушений возможны косвенные поражения людей при избыточном давлении во фронте ударной волны до 0,03 кгс/см² , а также в зданиях могут быть выбиты стекла, повреждены двери и т.д. В ОЯП всегда складывается сложная пожарная обстановка. В нем выделяют три основные зоны пожаров.

Зона пожаров в завалах - характеризуется продолжительным горением с выделением продуктов неполного сгорания (СО) и токсичных веществ, а также сильным задымлением. Поэтому возникает опасность гибели людей, находящихся в сохранившихся убежищах.

Зона сплошных пожаров - охватывает большую часть зоны сильных разрушений и часть зоны слабых разрушений. Первоначально пожары возникают более чем на 50 % зданий и сооружений, а затем в течение 1-2 часов распространяются на остальные здания и сооружения

Зона отдельных пожаров - территория, на которой передвижение людей и техники между отдельными пожарами возможно без средств защиты от теплового излучения. Она охватывает всю зону слабых разрушений и распространяется за пределы ОЯП. К тушению пожаров в отдельных зданиях и сооружениях можно приступить непосредственно после взрыва, если отсутствует сильное радиационное заражение местности.

Наряду с рассмотренными выше характеристиками ОЯП, в зоне радиоактивного заражения территории в пределах населенных пунктов и территорий объектов будут образовываться очаги радиационного поражения (ОРП). Оценка радиационной обстановки и выбор способов защиты рассматриваются в теме № 13. Однако следует помнить, что очаги радиационного поражения при ядерном взрыве имеют существенные отличия от очагов радиационного поражения при авариях с выбросом РВ.

При ядерном взрыве процесс деления происходит практически мгновенно. Процесс деления в ТВЭЛах (Тепловыделя́ющий элеме́нт(твэл) — главный конструктивный элементактивной зоныгетерогенного ядерного реактора, содержащийядерное топливо. В твэлах происходит деление тяжелых ядер²³⁵U,²³⁹Puили²³³U, сопровождающееся выделением тепловой энергии, которая затем передаётсятеплоносителю. Твэлы состоят из топливного сердечника, оболочки и концевых деталей. Тип твэла определяется типом и назначениемреактора, параметрами теплоносителя. Твэл должен обеспечить надежный отвод тепла от топлива к теплоносителю.

В большинстве современных энергетических реакторов (ВВЭР,РБМК), твэл представляет собой стержень диаметром 9.1-13,5 мм и длиной несколько метров.

атомного реактора длится несколько месяцев и более. За это время короткоживущие радионуклиды распадаются, а идет накопление радионуклидов с большим периодом полураспада. Поэтому резкого спада уровня радиации (мощности дозы) в ОРП при авариях с выбросом РВ не будет, как это имеет место в ОРП при ядерном взрыве. Например, мощность дозы при ядерном взрыве за первый час уменьшается в 3000 раз, при аварии с выбросом РВ - только в 2,5 раза.

Вторая особенность. В ТВЭЛах (значительная часть продуктов деления находится в парообразном и аэрозольном состоянии и размеры частиц не превышают 1 мкм). При аварии с выбросом РВ происходит загрязнение воздуха, воды и продуктов питания . Эти частицы легко попадают в организм человека. Вот почему при авариях с выбросом РВ доля внутреннего облучения составляет 85 %, внешнего - 15 %. При ядерном взрыве частицы деления ядерного топлива имеют размеры до 1000 мкм и загрязняют территорию. Поэтому для человека в ОРП при ядерном взрыве главную опасность представляет внешнее облучение, которое составляет 90-95 % от общей дозы облучения.

В последние годы на вооружение ряда государств появились нейтронные боеприпасы, которые представляют собой разновидность термоядерных боеприпасов малой мощности с повышенным нейтронным излучением. В этих боеприпасах произошло перераспределение энергии ядерного взрыва между поражающими факторами в пользу проникающей радиации, а точнее, в пользу нейтронного излучения (Таблица 10.4.1.)

Особенность действия нейтронного боеприпаса по сравнению с боеприпасом деления заключается в следующем. Биологическая эффективность действия нейтронов высоких энергий на человека выше, чем гамма- и бета- излучений. Нейтроны, проходя через вещество, наводят в нем искусственную радиоактивность, что может быть дополнительным источником облучения людей. Защита от нейтронов высоких энергий представляет определенную трудность. Приближенные характеристики очага поражения нейтронного боеприпаса мощностью 1 кт приведены в таблице 10.4.5.

Таблица 10.4.5.

Характеристики очага поражения нейтронного боеприпаса

мощностью 1 кт

Зоны поражения	Дозы облучения, рад	Радиус зоны, м
Комбинированного поражения	1000	380
Крайне тяжелого поражения	600-1000	1225
Тяжелого радиационного поражения	400-600	1300
Среднего радиационного поражения	200-400	1415
Легких рад. поражений	100-200	1550

По поражающему действию проникающей радиации на людей взрыв нейтронного боеприпаса в 1кт эквивалентен ядерному взрыву мощностью 10-12кт.

Первая помощь при радиационном поражении

Наиболее опасным является попадание радиоактивных веществ внутрь организма, так как в этом случае радионуклиды накапливаются в отдельных органах, вызывая их поражение. В целях быстрого выведения радиоактивных веществ из организма принимают связующие препараты (адсорбенты: активированный уголь), а затем промывают желудок и кишечник теплой водой до 10 раз по 3-4 стакана воды на каждое промывание.

При попадании радиоактивных веществ через органы дыхания в порядке первой помощи применяются отхаркивающие средства - терпингидрат или трава термопсиса, а затем обильно промываются полость рта и нос теплой водой с содой.

Эффективным средством защиты щитовидной железы от накапливания в ней радиоактивного йода является ежедневный прием по одной таблетке йодистого калия в течение 10 дней (радиозащитное средство № 2 аптечки индивидуальной АИ-2).

При попадании радиоактивных частиц на кожу производится санитарная обработка открытых мест тела, что позволяет избежать контактного поражения кожи радиоактивными частицами.

Для ослабления начальных признаков лучевой болезни непосредственно после облучения принимают 6 таблеток препарата РС-1 (гнездо № 4 АИ-2).

При появлении первичной реакции на облучение принимают одну таблетку противорвотного средства этаперазин (гнездо № 7 АИ-2). Если после этого все же возникают кишечно-желудочные расстройства, то следует принять еще одну таблетку противорвотного средства и 6 таблеток противобактериального средства № 2 сульфадиметоксина или сульфазина (гнездо № 3 АИ-2) и по 4 таблетки в последующие двое суток.

При психомоторном возбуждении и реакции страха полезно принять 1-2 таблетки феназепама. Он также повышает иммунологические свойства организма. При расстройстве желудка и болях в животе можно принять 1-2 таблетки фталазола. Воду для питья при употреблении лекарств необходимо брать только из защищенных источников или после проверки.