I 3. Поражающие факторы ядерного взрыва

В отличии от взрыва обычных авиационных бомб, ядерный и термоядерный взрыв обладает комбинированным поражающим дей­ствием. Поражающими факторами ядерного взрыва являются: удар­ная волна, световое излучение, проникающая радиация, радйоактив-но'е заражение местности. | '"........ ~.................'........

Ударная волна

]' Ударная волна является основным поражающим фактором ядер­ного взрыва, на ее образование расходуется около 50% энергии взрыва..Ударная волна представляет собой область сильно сжатого воздуха.-ратаространяющёгося с большой скоростью во все стороны от центра взрыва. Источником возникновения ударной волны слу­жит высокое давление в центре ядерного взрыва. При ядерном взрыве выделяется огромное количество тепловой энергии, способной рас­плавить и превратить в газ, нагретый до чрезвычайно высокой темпе­ратуры, сам ядерный заряд, окружающую его оболочку и все конст­руктивные элементы бомбь

•в

3 первый момент после взрыва, газообразные продукты взрыва, 1кже раскаленный воздух вокруг заряда образуют светящийся» малого объема. Температура внутри этого шара достигает де-<ов миллионов градусов, а давление — десятков миллиардов осфер.

На границе раздела огненного шара и окружающего воздуха азуется резкий перепад температуры и давления. Продукты

взрыва, ограниченные поверхностью шара, стремятся быстро рас­шириться. Это и явля­ется причиной возник­новения ударной волны в воздухе, последова­тельно передающей энер­гию взрыва от одного сжатого слоя к другому. В непосредстве иной близости от центра взры­ва скорость ударной вол­ны превосходит 1 км/сек. По мере же удаления от центра взрыва скорость быстро уменьшается, а ударная волна ослабе­вает. Скорость и рас->яние, на которое действует ударная волна, зависят от мощно-I взрыва. Приближенно можно считать, что ударная волна ерного взрыва мощностью 20 килотонн проходит 1 км за 2 сек, км за 5 сек и 3 км за 8 сек. Однако чем больше мощность ядерно-взрыва, тем больше скорость и радиус действия ударной волны. Наряду с быстрым движением фронта ударной волны происхо-т также перемещение частиц воздуха в сжатом слое в направле--и распространения ударной волны. Движение частиц воздуха ударной волне воспринимается как сильное ветровое движение; расстоянии до 1 км скорость частиц воздуха достигает 100 м/сек, за расстоянии более 2 км — около 50 м/сек. Это движение воздуха»едставляет собой ураган огромной силы.

^ Пейедняя граница зоны.сжатйя, характеризующаяся резким уве-[чёнием давления, называется фроя/тш ударной волны (рис. 15). эгда ударная волна доходит до какой-либо точки, в ней мгновен-> повышается давление и температура, а воздух начинает переме-аться в сторону движения ударной волны. В дальнейшем, по мере юдвижения ударной волны, давление падает ниже атмосфер-)го и воздух движется в сторону, обратную распространению харной волны, т. е. к центру взрыва. Следовательно, за зоной сжа-1я следует зона разряжения. Наряду с изменением давления из-

;. 15. Изменение давления по времени в:ой-либо точке атмосферы при прохожде­нии через нее ударной волны

меняется также температура: в зоне сжатия температура повышает­ся, а в зоне разрежения — снижается.

Действия ударной волны определяются избыточным давлением, которое в зависимости от вида взрыва может иметь существенные отличия.

При воздушном ядерном взрыве возникает сферическая ударная волна, которая в ближней зоне достигает земли и, отразившись от ее поверхности, образует от­раженную волну. За счет торможения частиц воздуха давление в отраженной волне в 2—3 раза превышает давле­ние в падающей волне.

В дальней зоне на рас­стоянии, превышающем вы­соту взрыва, происходит сло­жение падающей и отражен­ной волны и образуется го­ловная волна, давление в ко­торой в 4—5 раз больше дав­ления во фронте свободно распространяющейся сфери­ческой волны. Головная вол­на распространяется вдоль поверхности земли (рис. 16,а).

Таким образом, поражаю­щее действие ударной волны ^Рис-.¹⁶- Ударная волна при воздуш-воздушного ядерного взрыва ^{ном (а) и наземном (б) яде}Р^{ном вз}Р^ыве в ближней зоне определяется

давлением отраженной волны, а в дальней зоне — давлением го­ловной ударной волны.

При воздушном взрыве на высоте нескольких сотен метров, ударная волна наносит максимальные разрушения наземным со­оружениям, а также вызывает поражение людей, находящихся вне укрытий.

При наземном ядерном взрыве, когда центр взрыва совпадает со своим эпицентром, ударная волна имеет форму непрерывно увели-чивающегося-полушария. На близких расстояниях от центра взрыва давление ударной волны достигает десятков атмосфер, а по мере удаления от места взрыва ударная волна ослабевает. Увеличение избыточного давления получается в результате слияния падающей и отраженной от поверхности земли волн и удвоения плотности энергии во фронте ударной волны.

Ударная волна при наземном взрыве распространяется парал­лельно поверхности земли (см. рис. 16, б) и не имеет столь сложной картины, как при воздушном взрыве. Поэтому давление во фронте Ударной волны наземного взрыва в дальней зоне будет меньше по

шению с воздушным взрывом на одинаковых расстояниях. Ра-: поражения ударной волной наземного взрыва меньше радиуса ажения'воздушного взрыва одинаковой мощности на 20%. При подземном ядерном взрыве образуется огромная воронка и пикает ударная волна в грунте. В отличие от ударной волны оздухе, в грунте возникают продольные и поперечные сейсми-кие волны, а ударная волна не имеет ярко выраженного фронта.»тому давление в грунте на преграду возрастает постепенно. Ско-ть распространения сейсмических волн в грунте зависит от тава грунта п может составлять 5—10 км/сек. Разрушения под-[ных сооружений в результате действия ударной волны в грунте юбны разрушениям от местного землетрясения. Ударная волна рунте способна разрушить подземные сооружения, находящиеся большой глубине. Особенно сильно разрушаются сети коммуналь­но хозяйства города.

При подземных взрывах образуется также воздушная ударная

ина, которая направлена вверх и распространяется на значитель-

меньшие расстояния по сравнению с наземным взрывом.

При подводном ядерном взрыве ударная волна распространяется

зоде, при этом принцип образования волны примерно такой, как

воздухе. Скорость распространения ударной волны в воде равна

орости распространения звука в воде, т.е. примерно 1500 м/сек.

Ввиду значительной плотности воды и малой сжимаемости ее,

вление во фронте ударной волны на равных расстояниях больше,

м в воздухе. Однако при встрече с преградой, давление во фронте

|,арной волны мало повышается. Время действия избыточного дав-

шия в воде также значительно меньше, чем в воздухе.

Ударная волна в воде наносит поражение подводным сооруже-яям, подводной части кораблей и подводным лодкам. На мелко-вдье действия ударной волны в воде в значительной степени сни-;аются.

Кроме ударной волны в воде, при подводном взрыве образуется акже ударная волна в воздухе, но радиус поражения ее значительно еньше, чем при воздушном взрыве.

/Поражающее действие ударной волны на людей определяется глав-ый образом избыточным давлением и временем действия ударной олны. Избыточное давление изменяется в зависимости от расстоя-[ия от центра взрыва. Время действия ударной волны зависит от:е длины^т. е. толщины сжатого воздуха.

Толщина сжатого слоя воздуха при ядерном взрыве достигает ^скольких сотен метров, а термоядерного — 1—2 км. С увеличе­нием расстояния от эпицентра взрыва, толщина сжатого слоя воз­духа возрастает, а вместе с этим увеличивается время воздействия ударной волны на преграду. При взрыве ядерного заряда среднего калибра максимальное время воздействия составляет 0,5—1,5 сек, а при термоядерном взрыве — превышает 5 сек. 1 Ударная волна ядерного взрыва оказывает воздействие на людей

и животных, нанося им поражение избыточным давлением и летя­щими обломками разрушаемых зданий" и сооружений. Воздействуя, на незащищенного человека, ударная.волна может нанести различ-' ные травмы, которые принято делить на легкие, средние, тяжелые и крайне тяжелые.

Легкие травмы возникают при избыточном давлении 0,2— 0,4 кГ1см* и характеризуются ушибами, вывихами, временными по­вреждениями'слуха, общей легкой контузией.............

'"Средние травмы могут быть при избыточном давлении 0,4 — 0,6 кГ/см* и''выражаются, в серьезных контузиях всего брг'анМЩ, пбврежденйи органов'слуха, кровотечениях из носа и ушей, а также в сильных вывихах конечностей.

Тяжелые травмы возникают при избыточном давлении 0,6— 1,0 кГ/см? и характеризуются сильными контузиями всего'орга-' "низма, тяжелыми переломами конечностей и сильными кровотече­ниями из носа и ушей, /..... * "'-•-•—.„,

Крайне тяжелые травмы наблюдаются при избыточном давлении свыше 1 кГ/см? и могут приводить к смертельному исходу. При атом­ном нападении американцев на японские города Хиросиму и На­гасаки установлены случаи смертельных ранений людей в резуль­тате прямого воздействия ударной волны на расстоянии до 800 м от эпицентра взрыва. На этом расстоянии давление во фронте волны составляло 1,2—1,3 кГ/см*.

При воздушном взрыве ядерной бомбы мощностью 21) килотонн крайне тяжелые травмы получаются в радиусе до 800 м, тяжелые травмы — в радиусе до 1,6 км, средние травмы — в радиусе до

2.4 км, а легкие травмы получаются в радиусе до 3,2 м.

Кроме прямого действия ударной волны, поражения людям наносятся также летящими обломками зданий, называемыми вто­ричными факторами. По данным иностранной печати, среди постра­давших в Хиросиме и Нагасаки около половины получили травмы "в результате прямого воздействия ударной волны, а более половины случаев ранений были вызваны летящими обломками строений и осколками стекол. В Хиросиме и Нагасаки отмечены случаи ране­ния людей обломками на расстоянии до 3,2 км, а тяжелые ранения — на расстоянии до 2 км.

Для защиты от ударной волны необходимы мощные подземные убежища, рассчитанные на сопротивление ударной волне. При отсутствии убежищ можно пользоваться простейшими укрытиями.

Разрушающее действие ударной волны на здания и сооружения определяется величиной избыточного давления у поверхности земли, которое зависит от калибра ядерной бомбы, вида взрыва и расстоя­ния до объекта. При воздушно?» ядерном взрыве мощностью 20 ки­лотонн избыточное давление вблизи эпицентра взрыва достигает

3.5 кГ/см?, на расстоянии 1 км — 9,7 кг/см*, а на расстоянии 3 км — 0,1 кГ/см*.

'ис. 17.

Воздействие ударной здания

волны на

Дополнительное поражающее действие ударной волны вызы-ется скоростным напором, представляющим собой торможение еградой масс воздуха, движущегося за фронтом ударной волны.)и подходе ударной волны к преграде происходит торможение ее движущегося воздуха, избыточное давление повышается 2 —3 раза за счет скоростного напора. В результате этого преграда

испытывает удар огромной силы.

Ударная волна наносит разрушения неравномерно, в зависимости от величины избыточного давления. На­ибольшие разрушения по­являются вблизи эпицент­ра (центра) взрыва. Чем дальше от эпицентра взрыва, тем слабее дейст­вия ударной волны. На­пример, при воздушном взрыве мощностью 20 ки-лотонн на расстоянии 800 м избыточное давление рав­няется 1,2/сГ/сл², на рас­стоянии 1,6 км —0,4 кГ/см?,

!а расстоянии 2,4 км —0,2 кГ/см*, на расстоянии 3,2 км —0,1 кГ/см*. 1ри большей мощности взрыва давление на равных расстояниях начительно больше. Так, при термоядерном взрыве мощностью мегатонна на расстоянии 1,6 км избыточное давление равно,4 кГ/см.

На различных расстояниях от эпицентра взрыва здания и соору-кения в зависимости от их прочности могут разрушаться полностью 1ли частично и повреждаться. При том, ударная волна разрушает адания и сооружения не только со стороны, обращенной к взрыву, яо и обтекая их с боков и тыла. Проникая через входы, окна, удар­ная волна разрушает внутренние конструкции сооружений (рис. 17). Из наземных зданий и сооружений наиболее устойчивыми явля­ются монолитные железобетонные сооружения, здания с метал­лическим каркасом и сооружения антисейсмической конструкции, которые выдерживают давление ударной волны от 0,5 до 0,8 кГ/см*. Менее устойчивы здания с кирпичными стенами, выдерживаю­щие давление 0,3—0,4 кГ/см*, а различные деревянные строения разрушаются при давлении 0,1—0,2 кГ/см². Наиболее слабыми элементами промышленных и гражданских зданий и сооружений являются остекление, оконные переплеты и крыши.

Характер разрушения зданий и сооружений в первую очередь зависит от вида взрыва.

При воздушном взрыве характер разрушения зданий и сооруже-

ний определяется расположением объекта относительно 'взрыва. Вблизи эпицентра взрыва (на расстоянии, меньшем высоты взрыва) здания и сооружения испытывают всестороннее сжатие от падаю­щей сверху, а затем отраженной от поверхности земли ударной вол­ны (рис. 18, а). В результате этого сначала разрушаются перекрытия,

Рис. 18. Характер разрушения ударной волной:

о-К < Н; б —К > Н

крыша и потолки проваливаются внутрь здания, а затем разрушают­ся и стены.

На расстояниях, больших высоты взрыва, здания и сооружения, к которым подходит ударная волна, испытывают давление, т. е. удар огромной силы на стену, обращенную к взрыву (рис. 18, б). Это давление в 2—3 раза больше избыточного давления во фронте ударной волны вследствие скоростного напора. При этом, если проч­ность здания недостаточна, то оно разрушается полностью или частично.

Подземные убежища, не выступающие над землей, испытывают такое же давление, как и поверхность земли, равное избыточному давлению во фронте ударной волны. Поэтому подземные убежища из монолитного железобетона и железобетонных конструкций могут •выдержать действия ударной волны воздушного взрыва ядерной бомбы среднего калибра в любой точке, в частности даже в эпицент­ре, то есть непосредственно под местом взрыва. Следовательно, для большей устойчивости защитные сооружения необходимо полностью углублять в грунт.

Воздушный ядерный взрыв относительно безопасен для подзем­ных сооружений и сетей коммунального хозяйства. Однако ударной

ной воздушного ядерного взрыва разрушаются источники пита-

[ коммунальных сетей,, а также энергетические сооружения. Все

ведет к авариям коммунальных сетей и выводу их из строя.

Кроме того, разрушаются воздушные электрические линии и ли-

i связи, а также получают повреждения транспортные средства.

При наземном взрыве ударная волна распространяется парал-

1ьно поверхности земли и разрушает здания и сооружения, воз-

(ствием на стену, обращенную к взрыву. Радиус разрушений на-

гаого взрыва меньше радиуса разрушения воздушного взрыва оди-

ковой мощности, но наземный ядерный взрыв может повреждать

зличные подземные сооружения и сети коммунального хозяйства

районе центра взрыва.

При подземном взрыве сильное разрушение получают подземные эр ужения, находящиеся на большой глубине под землей, а также лы и сети коммунального хозяйства в зоне действия взрыва.

Закон подобия взрывов

Избыточное давление и радиус поражения ударной волной ядер->го взрыва различной мощности рассчитывают по закону подобия рывов. Согласно этому закону, радиусы зон разрушения и пора-ения ударной волной ядерных взрывов различной мощности про-эрциональны кубическому корню из тротиловых эквивалентов. От-ода следует, что при увеличении тротилового эквивалента в ты-ячу раз, радиус поражения увеличивается в 10 раз. Это происхо-ит потому, что с увеличением мощности взрыва избыточное давле-ие также увеличивается пропорционально корню кубическому из ротилового эквивалента.

Для приблизительного сравнения радиусов зон поражения удар-;ой волной ядерных взрывов различной мощности можно пользо-;аться формулой:

-де Ri и /?г — радиусы зон поражения в метрах;

qi и qz — тротиловый эквивалент в тысячах то^ Например, радиус зоны средних разрушений щ взрыве ядерной бомбы, имеющей тротиловый эквивалент 20 кило-тонн, равен — 1600 м. Требуется определить радиус разрушений, если тротиловый эквивалент термоядерной бомбы 10 мегатонн. Подставив известные значения в приведенную выше формулу, получим:

£2 = ^1]/^-= 16001/^—^ = 12800 м.

Кроме этого, из данного расчета следует, что избыточное давле­ние будет одинаково для бомбы мощностью 20 килотонн и 10 мега­тонн на расстояниях 1,6 км и 12,8 км соответственно.

Световое излучение

Светово,е„излучение по количеству энергии считается вторым пбражающим фактором ядерного взрыва. На его образование рас­ходуется "около Зр %_ ^нер_гии,„вщь1ва.„

Источником светового излучения является яркая вспышка и огненны^ шар, состоящий^*йз^раскаленных газообрааных продуктов' взрыва и прилегающих к нему слоев сильно нагретого воздуха. Световое излучение, подобно солнечным лучам, движется прямоли­нейно со скоростью света.

Время действия светового излучения составляет при ядерном взрыве3 сек,а при термоядерном — до20 сек. Это определяется тем-пературой™огненного шара. В первый момент образования огнен­ного шара температура его достигает 8—10 тыс. градусов. Затем эта температура постепенно снижается до 1—2 тыс. градусов. В это время прекращается действие светового излучения.

По своему спектральному составу излучение-состоит из ультра­фиолетовых, видимых и инфракрасных (тепловых) лучей. Ультра­фиолетовое излучение составляет 13% всей энергии излучения, энер­гия лучей видимого света составляет 31%, а инфракрасные лучи — 56%. В первые доли секунды после появления огненного шара пре­обладают ультрафиолетовые лучи, а по мере остывания его — види­мые и инфракрасные.

Ультрафиолетовые лучи, действующие в первый момент после взрыва, оказывают вредное биологическое воздействие на живые организмы и поражают зрение человека. Но главное поражающее действие светового излучения определяется тепловыми лучами, вызывающими ожоги на коже человека, и возгорание различных предметов. Поражающее действие светового излучения зависит от величины светового импульса.

Световым.импульсом называется количество световой энергии в калориях, приходящееся на 1 см² поверхности тела за все время излучения, т. е. в единицах кал/см*. Величина светового импульса зависит от мощности ядерного взрыва (тротилового эквивалента бомбы), расстояния, высоты взрыва и прозрачности атмосферы. Чем выше мощность взрыва, тем больше световой импульд^

Значительное влияние на световое излучение оказывают атмос­ферные условия, так как световой импульс на различных расстояни­ях зависит от прозрачности атмосферы. Даже в ясный солнечный день в атмосфере находится большое количество пыли и водяных паров, которые поглощают и рассеивают излучение. Степень воздей­ствия светового излучения заметно уменьшается в промышленных городах, где атмосфера насыщена частицами дыма и пыли, а также в пасмурную погоду. Особенно сильно поглощается свет туманом, падающим снегом и дождем.

Прозрачность атмосферы определяется дальностью видимости, т. е. расстоянием, на котором большой темный предмет виден на

яии горизонта. Хорошей прозрачность атмосферы считается •да, когда видимость достигает 40 км, удовлетворительной — и видимости до 20 км. Предел видимости в крупных городах обыч-

не превышает 10 км.

Зависимость световых импульсов от расстояния для ядерной мбы в 20 килотонн при видимости 20 км показана в табл. 3.

Таблица 3