Третий вопрос

К поражающим факторам взрывов конденсированных ВВ, ГПВС и ПВС относятся:

1. Ударная волна.

2. Тепловое (световое) излучение (тепловая волна, тепловая радиация).

3. Осколочное действие.

4. Воздействие на людей ядовитых газов, образующихся при взрыве (окись углерода, окись азота, сероводород, сернистый ангидрид и др.).

Наиболее мощные и обширные поражающие факторы образуются при ЯВ. К ним относятся: ударная волна; световое излучение; проникающая радиация (поток гамма-излучения и нейтронов, -изл. и n⁰); радиоактивное загрязнение местности, приземного слоя атмосферы и объектов; электромагнитный импульс (ЭМИ).

Распределение энергии взрывов между поражающими факторами будет зависеть от вида взрыва и условий, в которых он происходит. Однозначно определить долю энергии, приходящуюся на каждый поражающий фактор, практически невозможно. Во всех случаях надо учитывать безвозвратные потери энергии, которая будет рассеиваться в окружающем пространстве (до 18%). Так, для ЯВ в воздухе (H до 10км) по 35% энергии расходуется на ударную волну и световое излучение; 7% на радиоактивное загрязнение местности; 5% на проникающую радиацию и ЭМИ. У нейтронного боеприпаса до 70% от всей энергии расходуется на проникающую радиацию. Учитывая, что взрывы подчиняются законам подобия, указанное соотношение можно принимать для расчётных данных.

1. Ударная волна.

Она является одним из основных поражающих факторов взрывов. В зависимости от того, в какой среде она возникает и распространяется, её называют воздушной ударной волной (ВУВ) – в воздухе; сейсмовзрывной волной – в грунте; ударной волной – в воде.

ВУВ называется область резкого сжатия воздуха, распространяющегося во все стороны от центра взрыва со сверхзвуковой скоростью. Она обладает большим запасом энергии и способна разрушать различные сооружения, здания и др. объекты, а также наносить поражение людям (животным) на различных расстояниях от центра взрыва. С удалением от центра взрыва её интенсивность убывает и она вырождается в обыкновенную акустическую волну. Её источник образования – центр взрыва, где давление и температура достигают миллионов Па и градусов.

Переднюю границу волны называют фронтом ВУВ, где скачком повышено давление, температура, плотность и скорость частиц среды (массовая скорость). При взрыве в воздухе фронт ВУВ будет сферическим.

Характер изменения давления в точке пространства при прохождении через неё волны показан на рис.6.1.

С приходом волны в точку пространства в момент t₀ давление в ней резко повышается на величину , а затем убывает до атмосферного P₀ и ниже его. Период называется фазой сжатия, а период - пониженного давления – фазой разряжения. В фазе сжатия воздушные массы движутся в сторону движения фронта волны (от центра), а фазе разряжения – к центру взрыва.

Повышение давления в какой либо точке пространства представляет собой резкий, кратковременный удар громадной силы на преграду (объект; человека), что ведёт к разрушениям (поражениям).

Форма ВУВ при наземном и воздушном взрывах показана на рис. 6.2, 6.3. ВУВ при этом будет иметь некоторые особенности.

Рис.6.1. Изменение давления в точке пространства при прохождении через нее ВУВ.

При наземном взрыве ВУВ имеет форму полусферы с центром в точке взрыва. За счёт уменьшения объёма взрыва плотность энергии, а следовательно и , будут в два раза больше, чем при воздушном взрыве.

Поражающее действие волны при наземном взрыве в ближней зоне (R<H) будет больше, чем при воздушном взрыве. Однако, радиус зоны выхода из строя малопрочных объектов при наземном взрыве будет меньше, чем при воздушном взрыве одинаковой мощности, так как сказывается эффект сложения падающей и отраженной волны в дальней зоне, R>H.

При воздушном взрыве ВУВ, достигая земли, отражается от неё. Отраженная волна, перемещаясь в более нагретой среде за счёт падающей волны, догоняет падающую волну. Их энергия сливается, образуя фронт головной ударной волны, где давление в 1,6-3 раза более падающей волны. На участках, где отражённая волна ещё не догнала падающую волну, объект испытывает ударную нагрузку от падающей и отражённой волн (двойную нагрузку). Двойную нагрузку также будут испытывать высотные объекты и в дальней зоне, т.е. от головной ударной волны и отражённой. Заметим сразу, что давление отражённой волны может в 2-8 и более раз превосходить давление падающей волны.

Рис.6.2. Распространение ВУВ при воздушном ЯВ

Рис.6.3. Образование и распространение ударных волн при наземном ЯВ.

Итак, основными параметрами ВУВ, характеризующими ее разрушающее и поражающее действие, являются: избыточное давление на фронте волны ,Па; давление скоростного напора ,Па; длительность фазы сжатия ,с (она определяет время действия избыточного давления); скорость фронта волны V_ф; температура фронта волны Т_ф и др. Скоростной напор определяет метательное действие волны, а - барическое действие волны.

Заметим, что данные параметры волны будут зависеть от массы заряда, высоты взрыва, расстояния от центра взрыва и условий взрыва.

ВУВ может отражаться от крупных преград, обтекать различные преграды и затекать в укрытия.

2. Световое излучение взрыва.

Под световым излучением понимается электромагнитное излучение оптического диапазона в видимой и невидимой (ультрафиолетовой и инфракрасной) областях спектора. Энергия светового (теплового) излучения поглощается поверхностями тел, которые при этом нагреваются. Температура нагрева будет зависеть от многих факторов (интенсивности излучения, его времени действия, состояния погоды, рельефа местности, физико-химических свойств предметов и др.) и может быть такой, что поверхность объекта может обуглиться, оплавиться или воспламениться. Источником излучения является светящаяся область взрыва, состоящая из нагретых до высокой температуры паров конструкционных материалов и воздуха (температура в центре взрыва достигает миллионов градусов). Длительность светового излучения зависит от мощности взрыва и может достигать значение от долей секунды и до десятков секунд (для ЯВ) и десятых и сотых долей секунды при взрывах обычных ВВ.

Основными параметрами светового (теплового) излучения являются: тепловой поток (энергетическая освещённость) q,Вт/м²; длительность огненного шара, t_ош,с; тепловая доза (тепловой импульс, энергетическая экспозиция), Q, Дж/м².

Заметим, что при наземных взрывах световой поток значительно ослабляется за счет его экранирования (затенения) местными объектами и пылью. Реальное его значение будет меньше расчетного на 25 – 50 %, т.е. близко к значению потока от воздушного взрыва (при одинаковых массах зарядов), хотя мощность наземного взрыва превосходит примерно в два раза мощность воздушного взрыва.

3. Проникающая радиация.

Проникающая радиация действует только при ЯВ. Она представляет собой поток - излучения и нейтронов (n⁰). Нейтроны и - изл. различны по своим физическим свойствам (см. раздел радиацию), а общим для них является то, что они распространяются в воздухе во все стороны на расстояние до 2-3 км. Проходя через биологическую ткань (любую среду), -излучение и n⁰ ионизируют атомы и молекулы живых клеток (среды), что ведёт в итоге к лучевой болезни (выходу из строя технических устройств). Длительность излучения - считанные секунды и определяется мощностью взрыва и временем подъема облака взрыва на высоту, при которой -изл. поглощается толщей воздуха и практически не достигает земли.

Гамма-кванты могут быть: мгновенными, испускаемые в ходе протекания ЯВ; осколочными (образуются при радиоактивном распаде осколков деления); захватными (возникают при ядерных реакциях захвата n⁰ атомами воздуха и грунта на значительных расстояниях от центра взрыва).

Нейтроны - могут быть мгновенными (испускаются в ходе протекания ядерных реакций взрыва) и запаздывающими (образуются в процессе распада осколков деления в течении первых 2-3 с после взрыва).

Поражающее действие проникающей радиацией оценивается дозой излучения, т.е. количеством энергии излучений, поглощённой единицей массы облучаемой среды. Измеряется в Гр (грей) в СИ.

1 Гр = 1 Дж/кг;

1 Гр = 100 рад.

4. Радиоактивное загрязнение местности (РЗМ).

РЗМ возникает при ЯВ и в результате выпадения радиоактивных веществ (РВ) из облака взрыва. Поражающее действие РЗМ как фактора определяется тем, что высокие уровни радиации наблюдаются не только в районе взрыва, но и на расстоянии десятков и сотен километров от взрыва. Кроме этого, РЗМ, как поражающий фактор, действует и может быть опасным на протяжении нескольких суток и недель. Наиболее сильное РЗМ происходит при наземных ЯВ, когда площади загрязнения с опасными уровнями радиации во много раз превышают размеры зон поражения ударной волной, светового излучения и проникающей радиации.

Источником РЗМ при ЯВ являются: продукты деления (осколки деления) ядерного заряда (U₂₃₃,₂₃₅, Pu₂₃₉); радиоактивные изотопы (радионуклиды), которые образуются в грунте и других материалах под воздействием нейтронов - наведенная активность; не разделившаяся часть ядерного заряда. Продукты деления ядерного заряда, выпадающие из облака взрыва, представляют собой смесь около 80 изотопов 35 химических элементов. Всего же на разных этапах радиоактивного распада возникает до 300 различных радионуклидов.

Изменения активности во времени, как и уровней радиации на местности, определяются зависимостью (закон Вея-Вигнера, физики из Великобритании):

или ,

где:и - активность (мощность дозы) ко времени t_o и t после взрыва. Из этой зависимости следует, что если время после взрыва увеличивается 7ⁿ раз, то активность (мощность дозы, уровень радиации) на местности уменьшается в 10ⁿ раз, т.е., если время после взрыва прошло двое суток - 48 часов (n=2 и 7²=49 ч.), то активность уменьшиться в 10²=100 раз и т.д. Вспомним, что активность радионуклидов в СИ измеряется в беккерелях - Бк (1 Бк равен одному распаду ядра в секунду). Внесистемная единица - кюри (1 Ки = 3,7Бк).

На местности, подвергнувшейся загрязнению при ЯВ, выделяют два участка: район взрыва (его радиус не превышает 2 км) и след облака (выпадение радиоактивных осадков, перемещающихся по направлению ветра).

По степени опасности загрязненную местность по следу облака взрыва принято делить на четыре зоны. Границы зон РЗМ с разной степенью опасности можно характеризовать как мощностью дозы излучения (уровнем радиации) на определённое время после взрыва, так и дозой до полного распада радионуклидов.

Зона А - умеренного загрязнения. Дозы излучения до полного распада РВ на внешней границе зоны =40 рад, на внутренней границе =400 рад. Её площадь составляет 70-80 % от площади всего следа.

Зона Б - сильного загрязнения. Дозы излучения на её границах: внешней = 400 рад; внутренней = 1200 рад. На долю этой зоны приходится примерно 10 % площади следа.

Зона В - опасного загрязнения. Дозы излучения на её границах: внешней =1200 рад; внутренней = 4000 рад. Эта зона занимает примерно 8 – 10% площади следа облака.

Зона Г - чрезвычайно опасного загрязнения. Зона излучения для полного распада на её внешней границе =4000 рад, а в середине зоны =7000 рад.

Характеристики зон (глубина и ширина) приводятся в справочной литературе и учебнике.

5. Электромагнитный импульс (ЭМИ).

ЯВ в атмосфере приводят к возникновению мощных электромагнитных полей с длинами волн от 1 до 1000 метров. Эти поля ввиду их кратковременного существования принято называть ЭМИ. Поражающее действие ЭМИ обусловлено возникновением напряжений и токов в проводниках различной протяжённости, расположенных в воздухе, земле, на технике и других объектах. Наведенные напряжения и токи в линиях связи, радиотехнической и электротехнической аппаратуре могут превосходить номинальные значения и вызывать пробой изоляции, повреждение трансформаторов, сгорания разрядников, порчу полупроводниковых приборов, схем и т.п.

Высотный взрыв способен создать помехи в работе средств связи на очень больших площадях. Как вывод, отметим, что защита от ЭМИ необходима. Меры защиты от ЭМИ и других поражающих факторов взрывов, необходимые при этом расчёты будут изложены в последующих лекциях.

Дата добавления: 2014-01-07