Ядерное оружие. Поражающие факторы ядерного взрыва. Характеристика очага ядерного поражения

Ядерное оружие – оружие массового поражения взрывного действия, основанное на использовании внутриядерной энергии.

Различают следующие разновидности ядерного оружия:

1. Ядерное (атомное) – основано на цепной реакции деления изотопов урана или плутония. Критическая масса образуется после соединения изолированных частей изотопов или увеличением давления за счет обычного взрывного устройства. Критическая масса для урана составляет 24 кг, при этом минимальные размеры бомбы могут быть менее 50 кг. Критическая масса для плутония 8 кг, что при плотности 18,7 г/см³ составляет примерно объём теннисный мяча.

2. Термоядерное – основано на высвобождении энергии вследствие превращения легких ядер в более тяжелые при реакции синтеза. Для начала реакции необходима температура в 10 млн. градусов, что достигается взрывом обычного ядерного боеприпаса.

3. Нейтронное оружие – разновидность боеприпасов с термоядерным зарядом малой мощности. Достигается повышенное нейтронное излучение за счет большего расхода энергии (примерно в 5–10 раз) на создание проникающей радиации.

Мощность ядерного взрыва характеризуют тротиловым эквивалентом, измеряемым в килотоннах (кт) или мегатоннах (мт). По мощности ядерные боеприпасы делятся на: сверхмалые (<1 кт), малые (1–10 кт), средние (10–100 кт), крупные (100 кт – 1 мт) и сверхкрупные (> 1 мт).

Поражающими факторами ядерного взрыва являются: ударная волна, световое излучение, проникающая радиация, радиоактивное заражение местности и электромагнитный импульс.

Ударная волнапредставляет собой область резко сжатого воздуха, распространяющуюся со сверхзвуковой скоростью во все стороны. На ее образование расходуется около 50 % энергии взрыва. Источником возникновения ударной волны является высокое давление в центре взрыва, достигающее миллиардов Паскалей (Па).

Скорость ударной волны и расстояние, на которое она распространяется, зависят от мощности взрыва, рельефа местности.

Основными характеристиками ударной волны является избыточное давление (Р_изб, Па) и скоростной напор.

Воздействие воздушной ударной волны на незащищенных людей (и животных) характеризуется легкими, средними, тяжелыми и крайне тяжелыми травмами. Степень тяжести травм определяется величиной избыточного давления:

- 1-я степень (Р_изб = 20–40 Па) – легкие поражения: повреждение слуха, ушибы, вывихи конечностей и др.;

- 2-я степень (Р_изб = 40–60 Па) – средние повреждения: повреждение слуха, кровотечения, вывихи, переломы;

- 3-я степень (Р_изб = 60–100 Па) – тяжелые повреждения: контузия, повреждение внутренних органов и др.;

- 4-я степень (Р_изб >100 Па) – крайне тяжёлые повреждения: летальный исход.

Кроме непосредственного поражения ударной волной люди могут получать травмы от вторичных факторов – обрушения зданий, пожаров и др.

Воздействие воздушной ударной волны на здания и сооружения характеризуется слабыми, средними, сильными и полными разрушениями:

- слабые разрушения (Р_изб = 10–20 Па) – повреждение и разрушение оконных переплетов, крыш, трещины в легких конструкциях;

- средние разрушения (Р_изб = 20–30 Па) – повреждение и разрушение легких конструкций и перегородок, трещины и небольшие повреждения несущих конструкци (здания могут быть восстановлены после капитального ремонта);

- сильные разрушения (Р_изб = 30–50 Па) – обрушение значительной части несущих стен и перекрытий при сохранении подвальных помещений и части каркаса (здания восстановлению не подлежат);

- полные разрушения (Р_изб >50 Па) – обрушение стен и перекрытий, каркаса и других несущих конструкций сооружений.

Окопы, траншей, убежища и особенности рельефа местности резко снижают воздействие ударной волны, что необходимо использовать для защиты людей и техники.

Световое (тепловое) излучениепредставляет собой поток ультрафиолетовых, инфракрасных и видимых лучей; на его образование расходуется 30 % энергии взрыва. Источником светового излучения является огненный шар, состоящий из раскаленных продуктов взрыва и воздуха, нагретых до температуры 8000–10000°С. Время действия светового излучения зависит от мощности взрыва.

Основным параметром, определяющим поражающую способность светового излучения ядерного взрыва, является световой импульс (U_с), который измеряется в кДж/м² или кал/см² (1 кал/см² = 420 кДж/м²).

Световое излучение может вызвать массовые пожары, повреждения глаз (ослепления и ожоги сетчатки) и ожоги открытых участков кожи у незащищённых людей и животных:

- 1-я степень (2–4 кал/см²) – покраснение кожи, болезненость;

- 2-я степень (Р_изб = 4–8 кал/см²) – образование на коже пузырей;

- 3-я степень (Р_изб=8–12 кал/см²) – омертвление нижних слоев кожи;

- 4-я степень (Р_изб >12 кал/см²) – омертвление кожи с обугливанием.

От воздействия светового излучения защищают все виды защитных сооружений, предметы из негорючих материалов и складки местности.

Проникающая радиацияпредставляет собой поток γ-лучей и нейтронов, на ее образование расходуется 5 % энергии взрыва. Время действия проникающей радиации 10–15 с.

Проходя через биологическую ткань, гамма-излучение и поток нейтронов ионизируют молекулы, входящие в состав живых клеток. В результате этого нарушается характер жизнедеятельности клеток, и происходит их массовое отмирание, т.е. возникает лучевая болезнь.

Степень тяжести этой болезни зависит от дозы облучения, времени облучения, площади облучения тела, общего состояния организма.

Экспозиционная доза облучения до 50–80 Р, полученная за первые 4 сут, не вызывает поражения и потери трудоспособности. При однократном облучении человека (до 4 сут), в зависимости от полученной дозы, различают четыре степени лучевой болезни:

- 1-я степень (легкая) при D_сум = 100–200 Р;

- 2-я степень (средняя) при D_сум = 200–400 Р;

- 3-я степень (тяжелая) при D_сум = 400–600 Р;

- 4-я степень (крайне тяжелая) D_сум > 600 Р.

Радиоактивное заражение местностивозникает в результате выпадения радиоактивных веществ из облака ядерного взрыва. На него расходуется около 10 % энергии взрыва.

Радиоактивное заражение местности вызывается:

- продуктами деления ядерного взрыва;

- не прореагировавшей частью ядерного заряда;

- наведенной радиацией (элементами почвы, которые под воздействием гамма- и нейтронного потока становятся радиоактивными).

В результате образуются четыре зоны радиоактивного заражения (рис. 3). Границы зон определяются уровнем радиации через 1 час после взрыва (Р_1ч) или дозой облучения до полного распада радионуклидов (D∞):

Зона А – умеренного заражения: 8< Р_1ч <80 Р/ч; 40 < D∞ <400 Р;

Зона Б – сильного заражения: 80< Р_1ч >240 Р/ч; 400 < D∞ <1200 Р;

Зона В – опасного заражения: 240< Р_1ч >800 Р/ч; 1200<D∞ <4000 Р;

Зона Г – чрезвычайно опасного заражения: Р_1ч>800 Р/ч; D∞>4000 Р.

Рис. 3. Зоны радиоактивного заражения при ядерном взрыве

Размеры и конфигурация зон радиоактивного заражения при ядерных взрывах зависят от вида и мощности взрыва, направления и скорости ветра. Наиболее сильное заражение наблюдается при наземных и подземных взрывах.

На зараженной местности может происходить внешнее и внутреннее облучение людей и животных. Внешнее γ-облучение вызывает лучевую болезнь, а при внешнем воздействии β-частиц отмечаются ожоговые поражения кожи. Внутреннее поражение людей и животных радиоактивными веществами может произойти при попадании их внутрь организма. На практике для определения степени заражения территории используется плотность активности распада (Ки/км²).

Электромагнитный импульс(ЭМИ) представляет собой электрические и магнитные поля, возникающие в результате воздействия γ-излучения и нейтронов на атомы воздуха и образования района атмосферы с электромагнитным полем высокого напряжения. Поражающее действие ЭМИ обусловлено возникновением напряжений и токов в различных проводниках, которые выводят из строя потребители электроэнергии. Особо чувствительны к воздействию электромагнитного импульса полупроводниковые приборы и интегральные микросхемы.

На ЭМИ расходуется около 5 % энергии взрыва. Время действия ЭМИ – менее 1 с. Особенно он опасен при взрывах на высотах более 40 км, так как в этом случае он является наиболее мощным и распространяется на большие расстояния, достигая в диаметре более тысячи километров и толщины 20–40 километров. Так при взрыве над островом Джонстон на высоте 396 км на расстоянии 1300 км от места взрыва полностью вышли из строя уличное освещение и линии электропередач.

Защитой от ЭМИ служат специальные автоматические устройства – подобные применяемым для защиты от грозовых разрядов, экранирование проводящими материалами, плавкие вставки и др.

При ядерном взрыве на местности образуется очаг ядерного поражения – территория, в пределах которой произошло массовое поражение людей, с.-х. животных или растений, разрушения зданий и сооружений, пожары, радиоактивное заражение.

В очаге ядерного поражения образуются:

- зоны пожаров – зона отдельных, массовых, сплошных пожаров и зона пожаров в завалах;

- зоны радиоактивного заражения – умеренного, сильного, опасного и чрезвычайно опасного заражения;

- зоны разрушений – слабых, средних, сильных и полных.

Зоны разрушений с учетом пожаров и радиоактивного заражения, а, следовательно, поражения людей имеют следующие характеристики:

1. Слабых разрушений (избыточное давление от 10 до 20 кПа). Площадь зоны составляет 60–70%. Здания получают слабые разрушения, т.е. подлежат текущему ремонту. Наблюдаются отдельные пожары. Открыто расположенные люди получают в основном легкие травмы, контузии и ожоги в основном первой степени, дозы облучения в зависимости от времени пребывания на открытой местности. Таким образом, в зоне слабых разрушений может быть только 15% санитарных потерь.

2. Средних разрушений (от 20 до 30 кПа). Площадь зоны 18–20% от общей площади очага. Здания получают в основном средние разрушения, т.е. подлежат капитальному ремонту. Наблюдаются массовые пожары. Открыто расположенные люди получают травмы средней и легкой степени тяжести, ожоги – в основном второй и третьей степени. Люди также получают дозы облучения в зависимости от времени пребывания на радиоактивно зараженной местности. Таким образом, общие потери в зоне составят 40%, из них 10% – безвозвратные потери и 30% – санитарные потери.

3. Сильных разрушений (30–50 кПа). Площадь зоны составляет
8–10% от общей площади очага. Здания получают сильные разрушения, т.е. восстановлению не подлежат. Наблюдаются сплошные пожары. Открыто расположенные люди получают травмы и ранения, в основном тяжелой и средней степени тяжести, ожоги, в основном третьей и четвертой степени. Население получает большие дозы облучения от проникающей радиации и радиоактивного заражения. Общие потери в зоне сильных разрушений составят не менее 50%, из них безвозвратные потери – 35%, санитарные потери – 15%. Сохраняются все убежища и подземные коммуникации.

4. Полных разрушений (> 50 кПа). Площадь зоны составляет
10–12% от общей площади очага поражения. В зоне: здания разрушаются полностью, пожаров нет (пламя сбито ударной волной), открыто расположенные люди погибают или получают травмы и ранения крайне тяжелой степени, ожоги четвертой степени. Люди получают также сильные, часто смертельные дозы облучения от проникающей радиации и от выпадения радиоактивных осадков из радиоактивного облака. Таким образом, потери незащищенного населения в зоне составляют более 90%, из них безвозвратные – 80%, санитарные – 10%. Сохраняется не менее 75% убежищ и значительная часть подземных коммуникаций.

Радиусы этих зон зависят от мощности и вида взрыва, характера застройки, рельефа местности и др. факторов. Всего в очаге ядерного поражения общие потери могут составить 50–60% от численности населения, из них безвозвратные – 15–20%, санитарные – 35–45%. Из числа санитарных потерь легко пораженные будут составлять 20–40%, а пораженные средней тяжести и тяжелые – 60–80%. Возможная структура санитарных потерь: термические ожоги – 15–25%; механические повреждения – 15–50%; радиационные поражения – 10–15%; комбинированные поражения – 45–55%. Следует учитывать, что до 25% непосредственно непораженных людей будут иметь острые психические расстройства и будут нуждаться в медицинской помощи.