Ударная волна ядерного взрыва и защита населения от ее воздействия

Ударная волна представляет собой область резкого и значительного по величине сжатия среды, распространяющуюся от центра взрыва со сверхзвуковой скоростью.

Она может распространяться в воздухе, воде и грунте. В связи с этим ее называют воздушной ударной волной, ударной волной в воде или сейсмо-взрывной волной в грунте.

Рис. 1.1. Структура ударной волны

Большинство разрушений и повреждений вооружения, боевой техники и сооружений обусловлено воздействием ударной волны. Заметим, что защищать различного рода сооружения и объекты от воздействия ударной волны достаточно трудно. Это дает право считать ударную волну одним из главных поражающих факторов.

На достаточно большом расстоянии от центра взрыва ударная волна представляет собой двухслойную сферическую область сильно сжатого и разреженного воздуха, распространяющуюся от центра взрыва со сверхзвуковой скоростью (рис. 1.1). В наружном слое давление воздуха выше атмосферного (зона сжатия). В зоне сжатия воздух движется в направлении от центра взрыва, а в зоне разрежения – в обратном направлении. На рис. 1.2 приведена кривая изменения давления во времени при прохождении ударной волны через фиксированную точку безграничного воздушного пространства.

Рис. 1.2. Изменение давления во времени при прохождении ударной

волны через фиксированную точку пространства

В точку А (рис. 1.2) пространства ударная волна приходит спустя некоторое время после взрыва. До прихода фронта ударной волны в данной точке имеет место атмосферное давление Р_о, а в момент прихода давление резко возрастает до величины давления во фронте ударной волны – Р_ф. Разность давлений во фронте ударной волны и атмосферного (Р_ф – Р_о = DР_ф) называется избыточным давлением во фронте ударной волны. За фронтом ударной волны давление быстро падает и через некоторое время после прихода ударной волны становится меньше атмосферного, а затем восстанавливается до первоначального значения. Аналогичным образом изменяются плотность воздуха и его температура.

Время t₊, в течение которого давление в ударной волне сохраняется выше атмосферного, называется фазой сжатия, а время t_-, в течение которого давление остается ниже атмосферного, –фазой разрежения.

Избыточное давление является основной характеристикой фазы сжатия, которая определяет поражающее действие ударной волны на объекты. Величина избыточного давления во фронте ударной волны при ее распространении в однородной безграничной атмосфере зависит от мощности взрыва и расстояния до его центра. Измеряется избыточное давление в кгс/см².

Время действия ударной волны определяется длительностью действия фазы сжатия. При увеличении мощности взрыва и расстояния до его центра время действия фазы сжатия увеличивается. Измеряется в секундах.

Скоростной напор (DР_ск ) – это динамическое давление движущихся масс воздуха во фронте ударной волны. Он является горизонтальной нагрузкой и характеризуется метательным действием ударной волны. Измеряется скоростной напор в кгс/см² (Па).

Рассмотрим закономерности распространения воздушной ударной волны для различных видов ЯВ.

При наземном ядерном взрыве фронт ударной волны в воздухе имеет форму полусферы (рис. 1.3).

Рис. 1.3. Распространение воздушной ударной волны при наземном ЯВ

За счет уменьшения объема светящейся области плотность энергии во фронте воздушной ударной волны, а значит, значение _DР_ф будет примерно удваиваться по сравнению с воздушным взрывом. Это усиливает поражающее действие ударной волны при наземном взрыве, что особенно заметно в ближней зоне. Однако радиус зоны выхода из строя малопрочных объектов, которые разрушаются при небольших значениях _DР_ф, при наземных взрывах будет меньше, чем при воздушных взрывах одинаковой мощности.

При воздушном ядерном взрыве падающая ударная волна, соприкасаясь с землей, отражается от ее поверхности. Вследствие этого распространение ударной волны воздушного взрыва в приземном слое атмосферы и ее воздействие на объекты будет несколько иным, чем в случае наземного взрыва (рис. 1.4). В начальный момент времени t₁ ударная волна распространяется сферически симметрично относительно центра взрыва. Однако через некоторое время t₂, когда падающая волна достигнет земной поверхности, образуется отраженная ударная волна, которая распространяется в противоположном направлении.

Зона в пределах расстояний H < R £ 10H от эпицентра взрыва называется зоной нерегулярного отражения или дальней зоной. В этой зоне происходит слияние фронтов падающей и отраженной волн с образованием единого фронта – так называемой головной ударной волны. Слияние отраженной и падающей волн происходит в результате того, что отраженная волна движется с относительно большей скоростью, так как ее распространение происходит в предварительно сжатом объеме воздуха, который нагревается за счет энергии падающей волны. В связи с этим фронт отраженной волны постепенно догоняет фронт падающей волны, сливаясь с ней у поверхности земли в некоторой точке А (тройная точка А), образуя головную ударную волну.

Фронт головной волны движется почти вертикально относительно поверхности земли. Поэтому вертикальные поверхности наземных объектов, обращенные в сторону взрыва, будут испытывать максимальное давление. Давление на горизонтальные и другие поверхности, расположенные параллельно направлению движения ударной волны, будет равно избыточному давлению во фронте головной волны DР_ф.

Характер и степень поражения людей и различного рода объектов ударной волной ядерного взрыва зависит в основном от величины избыточного давления во фронте ударной волны, а также от условий расположения войск и населения, степени их укрытости в момент взрыва. При прохождении ударной волны люди и различные объекты испытывают поражающее воздействие избыточного давления и метательное действие скоростного напора.

Поражающее действие ударной волны может быть непосредственным и косвенным (движущимися обломками и отдельными предметами). Часто поражения будут вызываться совместным воздействием как непосредственных, так и косвенных факторов.

Наибольшую опасность косвенные поражения людей будут представлять при их нахождении в лесу и населенных пунктах. Поэтому в этих условиях необходимо предусматривать защиту населения от обломков и других движущихся предметов.

Непосредственное поражение людей ударной волной является следствием резкого повышения давления вокруг организма и одностороннего воздействия движущегося воздуха. При подходе ударной волны в результате воздействия давления отражения тело человека испытывает мгновенный удар и в тканях тела возникает волна сжатия, вызывающая повреждение внутренних органов.

Поскольку размеры человека невелики (относительно ударной волны), то ударная волна быстро охватывает тело человека и сжимает его со всех сторон. Сильное сжатие и последующее разрежение вызывают кровоизлияния, разрывы барабанных перепонок и органов брюшной и грудной полостей. Особенно уязвимы легкие. При значительных давлениях воздух может попадать в легочные вены, а через них – в сердце и артерии. При этом смерть может быстро наступить от воздушной эмболии в сосудах сердца и мозга или от удушья при отеке легких или кровоизлияния в них.

Одновременно скоростной напор создает большое одностороннее направленное давление, которое может отбросить человека. Поражения при отбрасывании человека наиболее вероятны в момент его удара о твердую преграду. Действие скоростного напора на человека зависит от его положения к моменту подхода ударной волны. Например, при давлении 0,5кгс/см² на человека в положении лежа действует сила скоростного напора, равная 50…100кг, а в положении стоя сила давления скоростного напора может возрасти до 1000кг. В последнем случае человек может быть отброшен с большой (до 8…10 м/с) скоростью по направлению движения ударной волны на расстояние в несколько десятков метров. Тяжесть поражения человека определяется параметрами ударной волны, условиями его расположения, степенью укрытия и др. факторами. В зависимости от этих условий возможны легкие, средние, тяжелые и крайне тяжелые (смертельные) поражения. В табл. 1.1 показана ориентировочная зависимость степени поражения от величины избыточного давления во фронте ударной волны при открытом расположении людей на местности.

При тяжелых поражениях наблюдаются травмы головного мозга, повреждения органов грудной и брюшной полости, переломы костей, кровотечение из носа и ушей. Пострадавшие с такими поражениями нуждаются в немедленной госпитализации и продолжительном (более 3 мес.) лечении. В процессе лечения возможны смертельные исходы.

При поражении средней тяжести могут быть ушибы тела, разрывы барабанных перепонок и другие повреждения. После травмы длительное время наблюдаются головные боли, нарушается память, возникают расстройства речи и слуха, кровотечение из ушей и носа.

Такие пораженные нуждаются в госпитализации на различные сроки (до 3 мес.). В большинстве случаев лечение заканчивается выздоровлением.

Таблица 1.1