4.3. Поражающие факторы ядерного взрыва, их параметры, единицы измерения и их действия на инженерные сооружения и человека.

Ядерный взрыв - чрезвычайно быстрое выделение огромного количества энергии в результате цепной ядерной реакции деления тяжелых ядер или термоядерной реакции, протекающей в заряде. Ядерные взрывы разделяются на воздушные, наземные, надводные, подземные, подводные. Мощность ядерного взрыва характеризуется тротиловым эквива­лентом В зависимое и от величины тротилового эквивалента ядерные взрывы

классифицируются на.

Сверхмалый менее I кг.

Малый от 1 до 10 кт

Средний от 10 до 100 кт.

Крупный от 100 кт до 1000 кт (\ Мт)

Сверхкрупный более 1 Мт.

Поражающими факторами ядерного взрыва являются воздушная ударная волна, све­товое и тепловое излучение, проникающая радиация ( гамма-нейтронный поток из области взрыва в течение 10-15 с), электромагнитный импульс, последующее радиоактивное зара­жение местности.

1.Воздушная ударная волна представляет собой область резкого сжатия воздуха, распространяющуюся во все стороны от центра-взрыва со сверхзвуковой скоростью. Источником возникновения воздушной ударной волны является высокое давление в центре, взрыва, достигающее 10⁵ млрд. Па.

Продукты взрыва, стремясь расшириться, сжимают окружаю­щие их слои воздуха. Эта уплотненная масса воздуха в свою оче­редь расширяется и передает давление соседним слоям. Так, давление быстро передается от слоя к слою, образуя ударную волну в воздухе. Передняя граница сжатого слоя воздуха, характеризующаяся резким увеличением давления, называется фронтом ударной

Основными параметрами ударной волны, характеризующими разрушающее и поражающее действие, являются избыточное давление во фронте ударной волны, давление скоростного напора продолжительность действия волны - длительность фазы сжатия и скорость фронта ударной волны.

Избыточное давление (∆Р_ф) —это разность между нормальным атмосферным давлением перед фронтом волны и максимальным давлением во фронте ударной волны. Оно измеряется в ньютонах. на квадратный метр (1 Н/м² = 1Па). Эта единица давления—паскаль (Па); (1 кПа=0,01 кгс/см²).

Воздействие ударной волны на людей. Непо­средственное поражение человека ударной волной возникает в ре­зультате воздействия избыточного давления и скоростного напора воздуха. Ударная вол­на почти мгновенно ох­ватывает человека и сжимает его со всех сторон.

Косвенными поражениями называются поражения, наносимые человеку обломками зданий, деревьев и другими предметами, ко­торые под действием скоростного напора воздуха перемещаются с большой скоростью. Воздействуя на людей, ударная волна вы­зывает переломы, повреждение внутренних органов, контузии, т. е, вызывает травмы различной тяжести, которые подразделяются на:

-легкие, возникающие при избыточном давлении 20—40 кПа;

-средние, появляющиеся при избыточном давлении 40—60 ;

-тяжелые, возникающие при избыточном давлении 60—100;

-крайне тяжелые, наблюдающиеся при избыточном давлении свыше 100 кПа. (смертельному исходу).

Воздействие воздушной ударной волны ядерного взрыва на здания и сооружения связано с вели­чиной избыточного давления и скоростного напора воздуха, дви­жущегося за фронтом ударной волны. Однако в зависимости от конструктивных особенностей того или иного сооружения степень его разрушения может определяться либо избыточным давлением, либо скоростным напором. ^/Большие здания, имеющие значительную площадь стен, раз­рушаются главным образом под действием избыточного давления, При этом разрушение происходит вследствие первоначального кратковременного удара, возникшего в результате отражения удар­

ной волны.

3. Световое излучение. Световое излучение ядерной Взрыва представляет собой поток лучистой энергии, включающее ультрафиолетовые, инфракрасные и видимые лучи. Время действия светового излучения зависит от мощности взрыва и может продолжаться от долей секунды до нескольких секунд. Основным параметром, характеризующим световое излучение, является световой импульс. Световым импульсом называется ко­личество световой энергии, падающей на 1 м² поверхности, пер­пендикулярной направлению распространения световых лучей, за все время свечения. Световой импульс измеряется в джоулях на Квадратный метр (Дж/м²).

Воздействие светового излучения на людей. Световое излуче­ние действует на людей, вызывая ожоги открытых участков кожи и поражая глаза.

-ожоги первой степени возникают при световом импульсе 100— 200 кДж/м²;

-ожоги второй степени возникают при световом импульсе 200—• 400 кДж/м²;

-ожоги третьей степени возникают при световом импульсе 400-— 600 кДж/м².

Тяжесть поражения людей световым излучением зависит не только от степени ожогов, но и от размеров обожженных участков тела.

Поражение глаз световым излучением возможно трех видов;

1) временное ослепление, которое длится несколько минут;

2) ожоги глазного дна, возникающие на больших расстояниях при прямом взгляде на взрыв;

3) ожоги роговицы и век, возникающие на тех же расстояниях, что и ожоги кожи.

Воздействие светового излучения на здания и сооружения. Световое излучение в зависимости от свойств материалов вызывает их оплавление, обугливание и воспламенение, что ведет к заго­ранию различных предметов и пожарам в населенных пунктах и лесах.

4. Проникающая радиация представляет собой поток гамма-лучей и нейтронов, излучаемых из зоны ядерного взрыва.

Источниками проникающей радиации являются ядерная реак­ция и радиоактивный распад продуктов ядерного взрыва.

Проникающая радиация характеризуется дозой излучения, т. е. количеством энергии радиоактивных излучений, поглощенной еди­ницей объема облучаемой среды.

Лучевая болезнь первой степени возникает при общей дозе облучения 100—200 Р.

Лучевая болезнь второй степени возни­кает при общей дозе облучения 200—300 Р.

Лучевая болезнь третьей степени возникает при общей дозе облучения 300—600 Р.

Доза облучения свыше 500 Р для человека обычно считается смертельной.

5. Радиоактивное заражение местности, воды и воздушного пространства возникает в ре­зультате выпадения радиоактивных веществ из облака ядерного взрыва.

Заражение предметов, техники, а также кожных покровов че­ловека измеряется в миллирентгенах в час (мР/ч), а заражение продовольствия измеряется в миллирентгенах в час, в бета-распа­дах с 1 см² поверхности продукта в минуту или в бета-распадах в минуту с 1 г массы продукта. Заражение воды измеряется в миллирентгенах в час объема, в кюри на литр воды (Ки/л).

Степень заражения местности в основном определяется мощ­ностью взрыва. Чем мощнее взрыв, тем больше образуется радио­активных продуктов и сильнее заражается местность.

6. Электромагнитный им­пульс представляет собой электрические и магнитные поля, воз­никающие в результате воздействия гамма-излучений на атомы окружающей среды и образования потока электронов и положи­тельных ионов. Продолжительность его действия составляет не­сколько десятков миллисекунд.

Наведенный в проводах электромагнитный импульс может рас­пространяться на большие расстояния и вызывать изменения электрических характеристик электронных приборов.

4.4 Воздействие на человека, сооружения и технику ударной волны (УВ) взрыва. Взрыв - это внезапное высвобождение энергии взрывчатых веществ, сопровождающееся образованием волны сжатия (при наземном взрыве - воздушная УВ). По форме УВ состоит из от­носительно короткой фазы избыточного давления (фазы сжатия) и более продолжительной, но менее выраженной фазы разрежения с от­рицательным давлением (рис. 2). Негативное воздействие второй фазы на человека и здания несущественно.

УВ характеризуется скоростью распространения V , скорост­ным напором и избыточным давлением ∆P. V воздушной взрыв­ной волны в непосредственно близости от места взрыва в несколь­ко раз превышает скорость звука в воздухе, а с увеличением рас­стояния снижается до нее, т.е. до 340 м/с. Скоростной напор соз­дают движущиеся массы воздуха непосредственно за фронтом УВ, в области сжатия. Он исчезает несколько позднее нежели ∆Р (за счет инерции воздушных масс). Избыточное давление во фронте УВ (∆Р_ф) - ее основной поражающий фактор, представляющий из себя разность между максимальным давлением УВ и нормальным атмосфер­ным давлением перед фронтом УВ.

При встрече с препятствием в так называемой зоне регулярного отражения ∆Р увеличивается за счет резкой остановки движу­щихся слоев сжатого воздуха, создавая избыточное давление в от­раженной волне - Р_отр. ∆Р_ф можно измерить датчиком, располо­женным параллельно распространению УВ, ∆Р_отр - датчиком, рас­положенным перпендикулярно проходящей УВ. При больших значениях ∆Р избыточное давление отраженной волны приближается к 8 ∆Р_ф , а при малых значениях ∆Р уменьшается до 2 ∆Р_ф.

∆Р_ф для эталонной мощности взрыва на заданных расстояниях от его центра при наземном взрыве (или эпицентра при воздушном или подземном) находят по таблицам или графикам. Для наземного взрыва мощностью в 1 Мт ∆Р_ф на удалении 3 км составляет 90 кПа, 4 км - 50 кПа. 6 км - 25 кПа, 10 км - 12 кПа, 20 км - 5 кПа. Для взрывов другой мощности точка с аналогичным давлением легко оп­ределяется по формуле, полученной на основе закона подобия (рас­стояние от центра взрыва, на котором образуется данное давление, пропорционально кубическому корню из мощности взрыва).

R₁/R₂=³(q₁/q₂) при ∆Р_ф=const, (4)

где R₁ и R₂ - расстояния до центров взрывов с тротиловыми эквивалентами q₁ и q₂ соответственно.

При воздушном взрыве на расстояниях равных высоте взрыва, ∆Р_ф равна ∆Р_ф наземного взрыва, при больших расстояниях ∆Р_ф воз­душного взрыва больше ∆Р_ф наземного за счет совместного воздей­ствия проходящей (или падающей) и отраженной ударных волн.

УВ приводят к поражений людей как за счет воздействия ∆Р, так и вследствие ударов обломками разрушаемых зданий и сооруже­ний, осколками стекла и другими вторичными НФ. Крайне тяжелые, ведущие к смертельному исходу, контузии и травмы (разрывы внут­ренних органов, переломы костей, внутренние кровотечения и т.п.) вызываются воздействием ∆Р_ф > 100 кПа, тяжелые контузии и травм - при ∆Р_ф = 60.. 100 кПа, поражения средней тяжести - при ∆Р_ф = 40...60 кПа, легкие - при ∆Р_ф = 20...40 кПа.

Воздействие ∆Р_ф на здания и сооружения вызывает следующие степени разрушения (для зданий с металлическим каркасом): пол­ное разрушение - с невозможностью дальнейшего использования зда­ния - при ∆Р_ф = 60... 80 кПа; сильные разрушения при не целесо­образности ремонта и восстановления - при ∆Р_ф = 20...40 кПа; разрушение остекления - при ∆Р_ф = 2...7 кПа. Тяжесть разруше­ний может существенно меняться в зависимости от характера стро­ений (например, деревянные и железобетонные здания), их этаж­ности, плотности застройки и т.д. Плотность застройки 50% и бо­лее уменьшает ∆Р_ф на 20...40%, плотность менее 30% практичес­ки не сказывается на степени разрушений. Из энергетического, коммунального и промышленного оборудования наиболее стойкими к воздействию УВ являются подземные газовые, водопроводные и ка­нализационные сети (их разрушения возможны только при ∆Р_ф = 600...1500 кПа).

Прогнозирование поражений людей и разрушений зданий, промыш­ленного и коммунального оборудования УВ ядерных взрывов деталь­но изложено в справочниках и руководствах по ГО, а также в учебнике [13].