Ударна хвиля ядерного вибуху

Ударна хвиля ядерного вибуху — один з основних уражаючих чинників. Залежно від того, в якому середовищі виникає і розповсюджується ударна хвиля — в повітрі, воді або ґрунті, її називають відповідно повітряною ударною хвилею, ударною хвилею у воді і сейсмічною вибуховою хвилею.

Повітряною ударною хвилею називається область різкого стиснення повітря, що розповсюджується на всі сторони від центру вибуху з надзвуковою швидкістю.

Передню межу хвилі, що характеризується різким стрибком тиску, називають фронтом ударної хвилі.

Володіючи великим запасом енергії, ударна хвиля ядерного вибуху здатна завдавати поразки людям, руйнувати різні споруди, бойову техніку та інші об'єкти на значних відстанях від місця вибуху. На розповсюдження ударної хвилі, її руйнівну і уражаючу дію можуть вплинути рельєф місцевості та лісові масиви в районі вибуху, а також метеорологічні умови.

Основними параметрами ударної хвилі, що визначають її уражаючу дію, є: надмірний тиск ∆Р_ф і швидкісний напір ∆Р_шв повітря.

Надмірний тиск – (∆Р_ф) - різниця між нормальним атмосферним тиском перед фронтом хвилі (Р_ф) і максимальним тиском у фронті ударної хвилі (Р_о), тобто ∆Р_ф = Р_ф - Р_о.

Швидкісний напір повітря (∆Р_шв) – це динамічне навантаження, яке створюється потоком повітря.

Одиницею надмірного тиску і швидкісного напору повітря у

системі СІ є Паскаль (Па), позасистемна одиниця — кілограм-сила на квадратний сантиметр (кг·с/см²); 1кг·с/см² = 100 кПа.

∆Р_ф - визначають табличним способом (див. [7] таблиця 1.1, с. 4).

Результатом дії цих чинників ударної хвилі є пошкодження у людей і тварин, які поділяються на легкі, середні, важкі і дуже важкі травми.

Легкі травми – при ∆Р_ф від 20 до 40 кПа (0,2 – 0,4 кгс/см²). Середні травми – при ∆Р_ф від 40 до 60 кПа (0,4 – 0,6 кгс/см²). Важкі травми – при ∆Р_ф від 60 до 100 кПа (0,6 – 1 кгс/см²). Дуже важкі травми – понад 100 кПа (більше 1 кгс/см²).

1.1.2. Світлове випромінювання ядерного вибуху.

Світлове випромінювання (СВ) ядерного вибуху є потоком електромагнітної енергії в широкому діапазоні частот, що включає ультрафіолетову, інфрачервону і видиму ділянки спектру.

Джерелом світлового випромінювання єобласть ядерного вибуху, що світиться (вогняна куля). Вона складається з нагрітих до високої температури продуктів вибуху, повітря і ґрунту (при наземному вибуху). Максимальна температура області, що світиться, на початковій і першій фазі може досягати 8000-10000°С, діаметр до 5000м (для надвеликих боєприпасів).

Тривалість світлового випромінювання (T_св) "вогняної кулі" залежить від потужності вибуху і може бути визначена за формулою

де q – потужність ядерного боєприпасу.

Головним параметром, що визначає дію світлового випромінювання ядерного вибуху, є світловий імпульс (І_св).

І_св - це кількість променистої енергії, яка припадає на одиницю поверхні, перпендикулярної до напряму розповсюдження випромінювання, за весь час свічення "вогняної кулі".

Одиниця вимірювання І_св - джоуль на квадратний метр (Дж/м²).

Несистемна одиниця - кал/см²; 1 кал/см² = 42 кдж/м²

Ісв – визначають табличним способом (див. [7] таблиця 1.6 с.14).

Залежно від світлового імпульсу, який потрапляє на незахищені, відкриті ділянки шкіри, у людей виникають опіки, які поділяються на чотири ступеня:

— опіки першого ступеня — при світловому імпульсі 80-160 кДж/м² симптоми ураження шкіри такі: почервоніння, припух­лість, болючість;

— опіки другого ступеня — при світловому імпульсі 160-400 кДж/м² на шкірі утворюються пухирі, наповнені рідиною, болю­чість;

— опіки третього ступеня — при світловому імпульсі 400-600 кДж/м² омертвіння шкіри, підшкірних тканин, утворення виразок;

— опіки четвертого ступеня — при світловому імпульсі понад 600 кДж/м² спостерігається обвуглювання тканин, омертвіння під­шкірної клітковини, м'язів і кісток.

Ура­ження може бути на великих відстанях від вибуху: під час вибуху потужністю 20 кт, у прозорому повітрі вдень, ураження настають на відстані до 60 км, а при потужності 1 Мт - до 500 км.

За тяжкістю опіки у тварин поділяються на чотири ступеня.

Опіки першого ступеня виникають при світловому імпульсі 80-240 кДж/м².

Опіки другого ступеня з'являються при світловому імпульсі 240-480 кДж/м².

Опіки третього ступеня виникають при світловому імпульсі 480-800 кДж/м².

Четвертий ступінь опіків виникає при світловому імпульсі 800-1000 кДж/м² і більше.

1.1.3. Проникаюча радіація.

Проникаючою радіацією ядерного вибуху називають потік гамма-випромінювання і нейтронів, що випромінюються із зони та хмари ядерного вибуху.

Джерелами проникаючої радіації є ядерні реакції, які протікають у заряді боєприпасу в момент вибуху.

Час дії проникаючої радіації на наземні об'єкти складає 10-15 с і визначається часом підйому хмари вибуху на висоту (2-3км). При такій висоті гамма і нейтронне випромінювання, поглинаючись товщею повітря, практично не досягає поверхні землі.

Основним параметром, що характеризує уражаючу дію проникаючої радіації, є доза випромінювання (Д_пр).

Доза випромінювання (проникаючої радіації) — це кількість енергії іонізуючих випромінювань, яка поглинута одиницею маси опроміненого середовища.

Доза проникаючої радіації (Д_пр) при різних потужностях ядерного боєприпасу та відстані до центру вибуху визначається табличним способом (див. [7] таблиця 1.11 с. 20).

Розрізняють експозиційну, поглинену і еквівалентну дози випромінювання

Експозиційна доза — це доза випромінювання в повітрі, яка характеризує потенційну небезпеку дії іонізуючих випромінювань при загальному і рівномірному опромінюванні тіла людини.

Експозиційна доза в системі одиниць СІ вимірюється в кулонах на кілограм (Кл/кг). Позасистемною одиницею експозиційної дози випромінювання є Рентген (Р);

1 Р = 2,58 ×10^-4 Кл/кг

Рентген (Р) — це доза гамма-випромінювання, під дією якої в 1 см³ сухого повітря за нормальними умовами (температура 0°С і тиск 760мм рт. ст.) утворюються іони, що несуть одну електростатичну одиницю кількості електрики кожного знаку. Дозі в 1 Р відповідає створення 2,08 ×10⁹ пар іонів в 1см³ повітря.

Поглинена доза точніше характеризує дію іонізуючих випромінювань на біологічні тканини. У системі одиниць СІ одиницею вимірювання поглиненої дози є Грей (Гр).

1Гр — це така поглинена доза, при якій 1кг опроміненої речовини поглинає енергію в 1 Дж, отже 1Гр = 1 Дж/кг.

Позасистемною одиницею поглиненої дози випромінювання є рад

1 рад = 10^-2 Гр або 1 Гр = 100 рад

1 рад = 1,14 Р або 1 Р = 0,87 рад

Еквівалентна доза – міра біологічного впливу на живі організми. Розраховується як поглинена доза помножена на коефіцієнт якості (КЯ). Одиницями виміру є Бер або Зіверт.

Значення КЯ для:

- рентгенівських, бета і гама променів дорівнює 1,

- для протонів і швидких нейтронів 3-10,

- для альфа випромінювання 20.

При КЯ = 1 можна рахувати, що 1 Р = 1 рад = 1 бер. Також 1 Зв = 1 Гр.

Проникаюча радіація, розповсюджуючись у середовищі, іонізує її атоми, а при проходженні через живу тканину — атоми і молекули, що входять до складу клітин. Це приводить до порушення нормального обміну речовин, зміни характеру життєдіяльності клітин, окремих органів і систем організму. В результаті такої дії виникає променева хвороба.

Променева хвороба I ступеня (легкий) виникає при сумарній експозиційній дозі випромінювання від 100 до 200 рад. Прихований період продовжується 3-5 тижнів, після чого з'являються нездужання, загальна слабкість, нудота, запаморочення, підвищення температури. Після одужання працездатність людей, як правило, зберігається.

Променева хвороба II ступеня (середній) виникає при сумарній експозиційній дозі випромінювання від 200 до 400 рад. Протягом перших 2-3 діб спостерігається бурхлива первинна реакція організму (нудота і блювота). Потім наступає прихований період, що триває 15-20 діб. Ознаки захворювання вже виражені яскравіше.

Одужання при активному лікуванні наступає через 2-3 місяці.

Променева хвороба III ступеня (важкий) наступає при сумарній експозиційній дозі випромінювання від 400 до 600 рад. Первинна реакція різко виражена. Прихований період складає 5-10 діб. Хвороба протікає інтенсивно і важко. У разі сприятливого результату одужання може наступити через 3-6 місяців.

Променева хвороба IV ступеня (надзвичайно важкий), що наступає при сумарній експозиційній дозі випромінювання 600 рад і більше, є найбільш небезпечною і, як правило, приводить до смерті.

При опроміненні дозами понад 5000 рад виникає блискавична форма променевої хвороби. Первинна реакція при цьому виникає в перші хвилини після опромінення, а прихований період взагалі відсутній. Уражені гинуть в перші дні після опромінення.

1.1.4. Радіоактивне зараження.

Серед вражаючих чинників ядерного вибуху радіоактивне зараження займає особливе місце, оскільки його дії може піддаватися не тільки район, прилеглий до місця вибуху, але і місцевість, видалена на десятки і навіть сотні кілометрів. При цьому на великих площах і на тривалий час може створюватися зараження, що становить небезпеку для людей і тварин. Про це сьогодні реально нагадує аварія на Чорнобильській АЕС.

На радіоактивно зараженій місцевості джерелами радіоактивного випромінювання є:

- уламки (продукти) поділу ядерної вибухової речовини;

- наведена активність в ґрунті та інших матеріалах;

- частина ядерного заряду, що не розділилася.

При вибуху ядерного боєприпасу радіоактивні продукти підіймаються разом з хмарою вибуху, перемішуються з частинками ґрунту і під дією висотних вітрів пересуваються на великі відстані. По ходу пересування хмари вони випадають, заражаючи місцевість і утворюючи так званий радіоактивний слід (рисунок 1).

Рівні радіації на вісі сліду наземного вибуху на 1 годину після вибуху (при оцінці обстановки методом прогнозування) визначаються табличним способом (див. [7] таблиця 1.12 с. 21-23).

Слід радіоактивної хмари на рівнинній місцевості при незмінних напрямку і швидкості вітру має форму витягнутого еліпса. Його умовно розподіляють на чотири зони:

Зона Г P₀ = 800 р/ч D_∞ = 4000 Р

Рисунок 1 Схема радіоактивного зараження місцевості в

районі вибуху та по сліду руху радіоактивної

хмари

- помірного забруднення (зона А)

- сильного забруднення (зона Б)

- небезпечного забруднення (зона В)

- надзвичайно небезпечного забруднення (зона Г).

Розміри зон забруднення на сліді радіоактивного забруднення місцевості (при оцінці обстановки методом прогнозування) визначають табличним способом (див. [7] таблиця 1.13 с. 24).

1.1.5. Електромагнітний імпульс.

Електромагнітний імпульс (ЕМІ) - вражаючий фактор ядерної зброї, а також будь-яких інших джерел (наприклад, блискавки, спеціальної електромагнітної зброї, короткого замикання в електрообладнанні високої потужності).

Уражаюча дія ЕМІ обумовлена виникненням наведених напруг і струмів в різних провідниках. Дія ЕМІ проявляється, перш за все, по відношенню до електричної та радіоелектронної апаратури. Найбільш уразливі лінії зв’язку, сигналізації та управління. Захист від ЕМІ досягається екрануванням ліній енергопостачання та апаратури.

Електромагнітний імпульс ядерного вибуху являє собою короткочасно існуюче електромагнітне поле, яке виникає в результаті взаємодії гамма-променів і нейтронів ядерного вибуху з атомами газів повітря. Енергія ЕМІ розподілена в широкому діапазоні частот (від декількох герц до декількох мегагерц).

Район, де кванти гамма-променів взаємодіють з атмосферою, зветься районом джерела ЕМІ. Щільна атмосфера поблизу земної поверхні обмежує область розповсюдження квантів гамма-променів (середня довжина пробігу складає сотні метрів), тому при наземному вибуху район джерела займає площу всього в декілька квадратних кілометрів і приблизно співпадає з районом, де впливають інші уражаючі чинники ядерного вибуху (УХ, СВ та ПР).

При висотному ядерному вибуху кванти гамма-променів можуть пройти сотні кілометрів до взаємодії їх з атомами атмосфери. Тому розміри району джерела ЕМІ можуть досягати сотень і тисяч квадратних кілометрів.

Основними параметрами ЕМІ, що визначають його уражаючу дію, є характер зміни напруженості електричного і магнітного полів в часі (форма імпульсу та його амплітуда).

За формою ЕМІ - це електромагнітний імпульс з крутим переднім фронтом і тривалістю в декілька десятків мілісекунд.

При вибуху боєприпасів великої потужності амплітуда ЕМІ може досягати десятків тисяч вольт на метр.

ЕМІ безпосередньо на людину не впливає.

Під впливом ЕМІ в лініях та приладах електропередачі, зв'язку, управління і сигналізації, в антенах радіостанцій і т.і. можуть наводитися Е.Р.С. великої амплітуди, що може привести до виходу їх з ладу.

Особливо підпадає до дії ЕМІ радіоелектронна і обчислювальна техніка, виконана на напівпровідникових приладах та інтегральних мікросхемах.

За відсутності відповідного захисту, електро - і радіотехнічні системи, прилади і пристрої виходять з ладу або дають збої.

Дата добавления: 2014-11-29