Поражающие факторы наземного ядерного взрыва

Ядерные взрывы могут быть высотными (на высоте более 18 км от поверхности Земли), воздушными (на высоте от 8 до 12 км), наземными или надводными (на высоте до 8 км от поверхности Земли), а также подземными или подводными. Наиболее опасным ядерным взрывом является наземный, характеризующийся в том числе опасным загрязнением местности радиоактивными веществами

Ядерный взрыв сопровождается выделением огромного количества энергии, поэтому по поражающему и разрушающему действию он в сотни и тысячи раз может превосходить взрывы самых крупных авиационных бомб, снаряжённых обычными взрывчатыми веществами. Энергия ядерного взрыва распределяется следующим образом: на ударную воздушную волну – 50%, световое излучение – 35%, радиоактивное загрязнение местности – 10%, проникающую радиацию – 3%, электромагнитный импульс – 2%.

К поражающим факторам наземного ядерного взрыва относят:

1. ударная воздушная волна,

2. световая радиация,

3. проникающая радиация,

4. электромагнитный импульс,

5. радиоактивное загрязнение местности.

 

Ударная воздушная волна – основной поражающий фактор наземного ядерного взрыва, так как большинство разрушений и повреждений сооружений, зданий, а также поражения людей обусловлены, как правило, её воздействием. Источник её возникновения – сильное давление, образующееся в центре взрыва и достигающее в первые мгновения и миллиардов атмосфер. Образовавшаяся при взрыве область сильного сжатия окружающих слоев воздуха, расширяясь, передает своё давление соседним слоям воздуха, сжимая и нагревая их, а те, в свою очередь, воздействуют на следующие слои. В результате, в воздух со сверхзвуковой скоростью, во все стороны от центра взрыва, распространяется зона высокого давления. Передняя граница сжатого слоя воздуха называется фронтом ударной волны.

Световая радиация – это поток лучистой энергии, включающий ультрафиолетовые, видимые и инфракрасные лучи. Световое излучение распространяется мгновенно и длится в зависимости от мощности ядерного взрыва (до 20 секунд).

Проникающая радиация – это поток гама лучей и нейтронов. Она длится 10 – 15 секунд с момента взрыва в окружающую среду из зоны ядерного взрыва.

Электромагнитный импульс (ЭМИ) – это электрические и магнитные поля, возникающие в результате воздействия гамма излучения ядерного взрыва на атомы окружающей среды и образование в этой среде потока электронов и положительных ионов. ЭМИ искажает магнитное поле Земли, что приводит к ухудшению или исчезновению радиосвязи на удалении 50-300 км от центра взрыва.

ЭМИ может вывести из строя стационарную и оконечную аппаратуру, радиоэлектронные средства, вызвать плавление проводов, пробивать изоляцию подземных кабелей и полевых линий проводной связи.

Радиоактивное загрязнение местности - происходит в результате оседания из облака, образовавшегося при ядерном наземном взрыве, радиоактивной пыли, содержащей продукты деление ядер урана (плутония) и непрореагировавшее ядерное горючее. Радиоактивное заражение может быть также обусловлено радиоактивными веществами, образовавшимися в почве в районе центра взрыва под воздействием сверхбыстрых нейтронов (наведённой радиоактивностью). Радиоактивные вещества в ходе радиоактивного распада выделяют ионизирующие излучения трёх видов: альфа-лучи, бета-лучи и гамма-лучи, которые обуславливают основной поражающий эффект радиоактивного заражения.

1.3.1. Расчёт поражающего действия ударной воздушной волны

1. Рис.1. Зоны поражения людей от ударной воздушной волны наземного ядерного взрыва с мощностью боеприпаса 200 кт. Азимут расположения объекта относительно центра города 0^о

 

 

Рисунок 1

 

2. Определим избыточное давление ударной воздушной волны на объекте. q=200, расстояние от взрыва – 2 км. Расстояние 2 км находится в интервале от 2,1 до 1,5 км. Определим, как изменяется давление на 0,1 км. Для этого вначале определим, чему равен интересующий нас интервал. Он равен 2,1–1,5=0,6 км, что составляет 0,1х6. Получаем Р_изб на 0,1 км (100 кПа – 60 кПа):6=6,7. Если на расстоянии 1,5 км Р_изб=100кПа, то 2 км – это дальше от 1,5 км на 0,5 км, значит Р_изб будет меньше на 33,5 кПа (6,6*5), отсюда на объекте Р_изб=100кПа–33,5кПа=66,5кПа.

3.Воздействие ударной воздушной волны на людей характеризуется лёгким, средним, тяжёлым и крайне тяжелым поражением. В нашем случае, объект находится в зоне тяжёлых поражений. При этом у людей могут быть сильные контузии всего организма, потери сознания, переломы; возможны повреждения внутренних органов, кроме органов, содержащих жидкость или воздух.

4. Ударная воздушная волна воздействует на здания и сооружения, оборудование, энергетические установки. Различают следующие степени разрушения зданий и сооружений: полные разрушения. Сильные, средние, слабые. Одноэтажное из сборного ж/б здание электроцеха при Р_изб=66,5кПа будет полностью разрушено, то есть разрушены все основные элементы здания. При таком разрушении конструкция восстановлению не подлежит.

Существуют следующие степени разрушения объектов: слабые разрушения, средние разрушение, сильные разрушения и полные разрушения.

1.3.2. Расчёт поражающего действия светового излучения

1. Определим величину светового импульса на объекте. q=200, расстояние от взрыва – 2 км. Расстояние 2 км находится в интервале от 2,1 до 0,9 км. Определим, как изменяется давление на 0,1 км. Для этого вначале определим, чему равен интересующий нас интервал. Он равен 2,1–0,9=1,2 км, что составляет 0,1х12. Получаем СИ на 0,1 км (4200 кДж/м² – 1000 кДж/м²):12=266,6. Если на расстоянии 0,9 км СИ=4200 кДж/м², то 2 км – это дальше от 0,9 км на 1,1 км, значит СИ будет меньше на =2932,6 кДж/м² (266,6*11), отсюда на объекте СИ=4200 кДж/м² –2932,6 кДж/м²=1267,4 кДж/м².

2. Световое излучение — один из поражающих факторов при взрыве ядерного боеприпаса, представляющий собой тепловое излучение от светящейся области взрыва. В зависимости от мощности боеприпаса, время действия колеблется от долей секунды до нескольких десятков секунд. Вызывает у людей и животных ожоги различной степени и ослепление; оплавление, обугливание и возгорание различных материалов.

При данном световом излучению возникают ожоги 4 степени. Эта степень ожогов характеризуются поражением (чаще обугливанием) и глубжележащих тканей (подкожной клетчатки с сосудами, нервами, сухожилий, мышц, фасций, костей и суставов). Струп от воздействия пламенем образуется сухой и плотный, толстый серовато-мраморного цвета иногда с признаками обугливания. У животных при возникновении ожогов 4 степени, происходит некротизация всей дермы и даже подкожной клетчатки.

Первая помощь при ожогах. Удалить пострадавшего из зоны действия огня, одежду не срывать, лучше срезать (в холодное время года пострадавшего не раздевать, так как охлаждение резко ухудшает общее состояние). На ограниченные ожоги накладывается сухая стерильная ватно-марлевая повязка (никаких присыпок или мазей), а при обширных - больного нужно укутать в стерильную простыню, укрыть потеплее, напоить теплым чаем и создать покой до прибытия врача. Чистые простыню, полотенце, наволочку и т. д. можно продезинфицировать, смочив их одеколоном. Это будет также дезинфицировать кожу и способствовать уменьшению болевых ощущений. В случаях обширных ожогов конечностей показана транспортная иммобилизация. Противошоковые мероприятия: наркотики, сильно действующие анальгетики; не причинять болей, тщательно уложить пострадавшего. При ожогах 4-й степени нужно немедленно вызвать "Скорую помощь", даже если он поразил всего 10% поверхности тела (а у пожилого человека всего 5%). Специалисты проведут противошоковую терапию – сделают обезболивающую инъекцию, поставят капельницу.

3. При данном световом излучении мягкая кровля (толь, рубероид) будет иметь устойчивое горение, а обивка сидений автомобиля будет воспламенена и при отсутствии тепла прекратит своё горение

4. Пожар — неконтролируемый процесс горения, причиняющий материальный ущерб, вред жизни и здоровью людей, интересам общества и государства.

Причины возникновения пожаров:

· неосторожное обращение с огнём;

· несоблюдение правил эксплуатации производственного оборудования и электрических устройств;

· самовозгорание веществ и материалов;

· грозовые разряды;

· поджоги;

· неправильное пользование газовой плитой;

· cолнечный луч, действующий через различные оптические системы

Виды пожаров по месту возникновения:

· пожары на транспортных средствах;

· степные и полевые пожары;

· подземные пожары в шахтах и рудниках;

· торфяные и лесные пожары;

· техногенные пожары (в резервуарах и резервуарных парках, АЭС, электростанциях и т.п.)

· пожары в зданиях и сооружениях:

· наружные (открытые), в них хорошо просматриваются пламя и дым;

· внутренние (закрытые), характеризующиеся скрытыми путями распространения пламени.

· домашние пожары

 

Возгорание материалов приводит к возникновению пожаров: отдельных, сплошных, горение и тление в завалах. Отдельные пожары возникают при СИ от 100 до 800 кДж/м², сплошные – от 801 до 2000 кДж/м², горение и тление в завалах – свыше 2000 кДж/м².

При данном СИ на рассматриваемом объекте будут сплошные пожары.

Сплошные пожары характеризуется процессами устойчивого максимального горения вплоть до времени сгорания основной массы веществ и разрушения конструкций сооружения.

5. Определим продолжительность светового импульса.. Продолжительность (Т) СИ определяется по формуле:
Таким образом Т=200^1/3с=5,848с

 

1.3.3. Расчёт поражающего действия проникающей радиации (ПР)

1. При ядерном взрыве имеют место следующие излучения: альфа-, бета-, гамма-, нейтронное и протонное. Гамма-, нейтронное и протонное излучение обладают большой проникающей способность. Все виды радиоактивного излучения характеризуются дозой. Различают дозы: поглощенную (Д_п), экспозиционную (Д_э), эквивалентную (Д_экв), интегральную (Д_и).

Экспозиционная доза указывает, какое количество электричества образуется при ионизации от радиоактивного излучения. В системе СИ она измеряется в Кл/кг, при этом применяется несистемная единица - рентген (Р). Определим значение экспозиционной дозы на объекте. q=200, расстояние от взрыва – 2 км. Расстояние 2 км находится в интервале от 2,1 до 1,7 км. Определим, как изменяется давление на 0,1 км. Для этого вначале определим, чему равен интересующий нас интервал. Он равен 2,1–1,7=0,4 км, что составляет 0,1х4. Получаем изменение экспозиционной дозы на 0,1 км (1000 Р – 300 Р):4=175. Если на расстоянии 1,7 км Д_э=1000Р, то 2 км – это дальше от 1,7 км на 0,3 км, значит Д_э будет меньше на =525Р (175*3), отсюда на объекте Д_э=1000 Р –525Р=475Р. 1Кл/кг=3880Р значит 1 Р =2,57 * 10^-4 Кл/кг, т.е. 475 Р=0,12 Кл/кг

Поглощенная доза указывает энергию радиоактивного излучения, поглощённой единицы массы; в системе СИ она измеряется в Дж/кг или греях (Гр), 1Дж/кг=1Гр, 1Гр=1рад. Можно перевести экспозиционную дозу в поглощённую, учитывая, что 1Гр=114Р. Тогда Д_п=Д_э/114, Гр. Дп=475/114 Гр=4,167Гр.

Эквивалентная доза определяет дозу, полученную биологической тканью. В системе Си она определяется в зивертах (Зв), либо в несистемной единице измерения – в биологических эквивалентах рентгена (бэрах) (1Зв=100бэр). Эквивалентная доза зависит от коэффициента качества ионизирующего излучения (Кк). Коэффициент качества гамма-лучей принят равным 1, бета-лучей – 2, альфа-лучей – 20. Зная поглощённую дозу и тип излучения можно определить эквивалентную дозу: Д_экв = Д_п х Кк, Зв. Таким образом, определим Д_экв для гамма-лучей вне помещения на территории объекта, Д_экв=4,167*1=4,167 Зв. Для бета-лучей, Д_экв=4,167*2=8,334 Зв. Для альфа-лучей, Д_экв=4,167*20=83,34 Зв.

Интегральная доза – доза, полученная всей массой тела. Измеряется в Зв*кг.

Проникающая радиация действует не более 25 секунд после взрыва. Она может вызвать потемнение оптических стёкол, засвечивание фотоматериалов, и вывести из строя радиоэлектронную аппаратуру, особенно содержащую полупроводниковые элементы.

2. Проникающая радиация, ионизируя ткани человека, вызывает лучевую болезнь, тяжесть которой обуславливается величиной поглощённой дозы. При одноразовом общем излучении в течении непродолжительного времени человек без всяких последствий может перенести дозу в 50 рад. Лучевая болезнь развивается при дозах свыше 100рад. Доза проникающей радиации свыше 600 рад является для человека смертельной. При однократной экспозиционной проникающей радиации в 475 Р поражения людей тяжёлые. У человека резко уменьшается количество не только лейкоцитов и эритроцитов, но и тромбоцитов. Симптомы недомогания проявляются через несколько часов.

1.3.4. Расчёт зон заражения и доз облучения на следе радиоактивного облака

1. Рис.2. Зоны загрязнения местности радиоактивными веществами от наземного ядерного взрыва с мощностью боеприпаса 200 кт, скорость ветра = 50 км/ч. Азимут расположения объекта относительно центра города 0^о.

Объект находится в зоне Г – зона чрезвычайно опасного заражения. В этой зоне работы на объектах прекращаются на четверо и более суток, рабочие и служащие укрываются в убежищах.

Рисунок 2

 

 

Показатель	Зоны
А	Б	В	Г
Длина, км
Ширина, км

 

2. Определим дозу, полученную в здании сборочного цеха, если работник находился в нем 8 часов по формуле Д_t= , где t – время пребывания в ЗРЗ, Р/ч.;К_осл= 5 – коэффициент защиты укрытия (ослабления радиации); Р_ср – средний уровень радиации, Р/ч: Р_ср= , Р/ч, где Р_н и Р_к – соответственно уровень радиации в начале и в конце пребывания в ЗРЗ, Р/ч.Р_н= Р₁=17100Р/ч (т.к. r= 2км, V=50 км/ч, q=200 кт).Р_к=Р_t=Р₁/К_t, где К_t=8,2; P_к=17100/8,2=2085,37 (Р/ч). Д_t= Д_t= = 15348,3 Р - доза, полученная в здании сборочного цеха, если работник находился в нем 8 часов.

Наиболее целесообразный способ защиты от радиоактивных веществ и их излучений - убежища и противорадиационные укрытия, которые надежно защищают от радиоактивной пыли и обеспечивают ослабление гамма излучения радиоактивного заражения в сотни - тысячи раз. Стены и перекрытия промышленных и жилых зданий, особенно подвальных и цокольных помещений, также ослабляют действие гамма лучей. Для защиты людей от попадания радиоактивных веществ в органы дыхания и на кожу при работе в условиях радиоактивного заражения применяют средстваиндивидуальной защиты. При выходе из зоны радиоактивного заражения необходимо пройти санитарную обработку, то есть удалить радиоактивные вещества, попавшие на кожу, и провести дезактивацию одежды. Чтобы обеспечить условия для производственной работы, потребуется произвести дезактивизацию территории предприятия или ее важнейших участков, сооружений, станков, агрегатов и другого оборудования. Дезактивизация достигается удалением радиоактивных веществ с зараженных поверхностей путем смывания или сметания.