Воздействие ядерного оружия
Поражающее действие ядерного взрыва определяется механическим воздействием ударной волны, тепловым воздействием светового излучения, радиационным воздействием проникающей радиации и радиоактивного заражения. Для некоторых элементов объектов поражающим фактором является электромагнитное излучение (электромагнитный импульс) ядерного взрыва. Распределение энергии между поражающими факторами ядерного взрыва зависит от вида взрыва и условий, в которых он происходит. При взрыве в атмосфере примерно 50 % энергии взрыва расходуется на образование ударной волны, 30 — 40% — на световое излучение, до 5 % — на проникающую радиацию и электромагнитный импульс и до 15 % — на радиоактивное заражение. Для нейтронного взрыва характерны те же поражающие факторы, однако несколько по-иному распределяется энергия взрыва: 8—10%—на образование ударной волны, 5—8% — на световое излучение и около 85 % расходуется на образование нейтронного и гамма-излучений (проникающей радиации). Действие поражающих факторов ядерного взрыва на людей и элементы объектов происходит не одновременно и различается по длительности воздействия, характеру и масштабам поражения. Ударная волна — это область резкого сжатия среды, которая в виде сферического слоя распространяется во все стороны от места взрыва со сверхзвуковой скоростью. В зависимости от среды распространения различают ударную волну в воздухе, в воде или грунте (сейсмовзрывные волны). Ударная волна в воздухе образуется за счет колоссальной энергии, выделяемой в зоне реакции, где исключительно высокая температура, а давление достигает миллиардов атмосфер (до 105 млрд. Па). Раскаленные пары и газы, стремясь расшириться, производят резкий удар по окружающим слоям воздуха, сжимают их до больших давления и плотности и нагревают до высокой температуры. Эти слои воздуха приводят в движение последующие слои. И так сжатие и перемещение воздуха происходит от одного слоя к другому во все стороны от центра взрыва, образуя воздушную ударную волну. Расширение раскаленных газов происходит в сравнительно малых объемах, поэтому их действие на более заметных удалениях от центра ядерного взрыва исчезает и основным носителем действия взрыва становится воздушная ударная волна. Вблизи центра взрыва скорость распространения ударной волны в несколько раз превышает скорость звука в воздухе. С увеличением расстояния от места взрыва скорость распространения волны быстро падает, а ударная волна ослабевает; на больших удалениях ударная волна переходит, по-существу, в обычную акустическую волну и скорость ее распространения приближается к скорости звука в окружающей среде, т. е. к 340 м/с. Воздушная ударная волна при ядерном взрыве средней мощности проходит примерно 1000 м за 1,4 с, 2000 м — за 4 с, 3000 м — за 7 с, 5000 м — за 12 с. Отсюда следует, что человек, увидев вспышку ядерного взрыва, за время до прихода ударной волны, может занять ближайшее укрытие (складку местности, канаву, кювет, простенок и т. п.) и тем самым уменьшить вероятность поражения ударной волной. Характер изменения давления по времени в какой-либо фиксированной точке пространства (поверхности земли) при прохождении через нее ударной волны показан на рис. 9. Перед фронтом ударной волны давление в воздухе равно атмосферному Ро. С приходом фронта ударной волны в данную точку пространства давление резко (скачком) увеличивается и достигает максимального Рф = Ро + ∆Рф. Также резко в этой точке возрастает плотность, температура и скорость движения среды (воздуха). После того как фронт ударной волны (ее передняя граница) проходит данную точку пространства, давление в ней постепенно снижается и через некоторый промежуток времени становится равным атмосферному. Образовавшийся слой сжатого воздуха называют фазой сжатия τ+. В этот период времени воздушная ударная волна обладает наибольшим разрушающим действием. С удалением от центра взрыва давление во фронте ударной волны уменьшается, а толщина слоя сжатия все время возрастает. Последнее происходит в результате вовлечения в движение новых масс воздуха. В дальнейшем, продолжая уменьшаться, давление становится ниже атмосферного и воздух начинает двигаться в направлении, противоположном распространению ударной волны, т. е. к центру взрыва. Эта зона пониженного давления называется фазой разрежения τ_. В фазе разрежения ударная волна производит меньшие разрушения, чем в фазе сжатия, так как максимальное отрицательное давление значительно меньше максимального избыточного давления во фронте ударной волны.
После окончания периода действия фазы разрежения, когда давление достигает значения давления окружающей среды, практически прекращается движение масс воздуха, а следовательно, и разрушающее действие воздушной ударной волны. Непосредственно за фронтом ударной волны, в области сжатия, движутся массы воздуха. Вследствие торможения этих масс воздуха, при встрече с преградой возникает давление скоростного напора воздушной ударной волны. Когда фронт ударной волны достигает данной точки пространства (преграды), скоростной (ветровой) напор, как и избыточное давление, моментально поднимается от нуля до максимального значения. По мере удаления от фронта скоростной напор уменьшается до нуля несколько позднее, нежели избыточное давление. Это объясняется инерцией движущегося за фронтом ударной волны воздуха. Однако для оценки разрушающего действия воздушной ударной волны ядерного взрыва эта разница несущественна и при расчетах принимают продолжительность воздействия скоростного напора равным времени действия фазы сжатия. В фазе разрежения скоростной напор весьма незначителен и его разрушающее действие, так же как и действие избыточного давления, не учитывают. Основные параметры ударной волны, характеризующие ее разрушающее и поражающее действие: избыточное давление во фронте ударной волны, давление скоростного напора, продолжительность действия волны — длительность фазы сжатия и скорость фронта ударной волны. Избыточное давление во фронте ударной волны (∆Рф — это разность между максимальным давлением во фронте ударной волны и нормальным атмосферным давлением Р0перед этим фронтом (см. рис. 9). Единица избыточного давления— паскаль (Па) или килограмм-сила на квадратный сантиметр (кгс/см2):
1 Па = 1Н/м2 = 0,102 кгс/м2 = 1,02.10-5 кгс/см2. 1 кгс/см2 = 98,1 кПа или 1 кгс/см2 ≈ 100 кПа.
Значение избыточного давления в основном зависит от мощности и вида взрыва и расстояния. Влияние других условий (рельефа местности, метеоусловий и др.) может быть учтено путем введения соответствующих поправок в значения величин, определяемых для различных условий взрыва. Для наземного взрыва, когда энергия взрыва распределяется в полусфере и ударная волна перемещается вдоль поверхности земли, избыточное давление во фронте ударной волны может быть рассчитано по формуле [3]:
Здесь ∆Рф — избыточное давление во фронте ударной волны, кПа; qу.в— тротиловый эквивалент ядерного взрыва по ударной волне, кг, qу.в = 0,5 q, где q — мощность взрыва (тротиловый эквивалент), кг; R — расстояние от центра взрыва, м. При наземном взрыве на поверхность земли в каждый определенный момент времени действует такое давление, до которого сжат воздух в соответствующей части воздушной ударной волны. В случае ядерных взрывов на больших высотах исключается влияние отражающего действия земной поверхности на значения параметров воздушной ударной волны. Поэтому при взрыве в однородной безграничной среде значение избыточного давления будет значительно меньше. Это объясняется тем, что в отличие от наземного взрыва энергия распределяется не в полусфере, а в объеме всей сферы. При расчете избыточного давления во фронте ударной волны следует вместо значений qу.в в формуле (1) подставлять значение в 2 раза меньше. Характер взаимодействия ударной волны с поверхностью при воздушном взрыве показан на рис. 10. При распространении ударной волны в воздухе, т. е. на расстояниях от центра взрыва R, меньших высоты взрыва Н, избыточное давление может быть определено как для взрыва в однородной безграничной среде. Эта падающая волна П при достижении поверхности земли отражается, образуя отраженную ударную волну О. В районе эпицентра взрыва (в зоне радиусом, не превышающим высоты взрыва, R' < H), в так называемой зоне регулярного отражения, давление отражения зависит от давления воздуха во фронте ударной волны и давления от резкой остановки движущихся за фронтом ударной волны слоев сжатого воздуха, а также направления движения волны.
Если направление распространения ударной волны перпендикулярно бесконечной плоской преграде (например, поверхности земли), то при достижении падающей волной преграды максимальное избыточное давление отражения может быть вычислено по формуле [3, 5]
где ∆Ротр — избыточное давление в отраженной волне; Р0—атмосферное давление, при нормальных условиях Р0= 101,3 кПа. Из уравнения (2) видно, что избыточное давление в отраженной ударной волне приближается к 8∆Рф— для больших значений избыточного давления падающей волны и стремится к 2∆Рф —для малых значений избыточного давления. В зоне регулярного отражения не происходит слияние фронтов падающей и отраженной волн. В этом случае на предмет, расположенный на некотором расстоянии от земли, будет воздействовать давление падающей волны, а через некоторый промежуток времени — давление отраженной ударной волны. На расстояниях от эпицентра взрыва, превышающих его высоту (R' > H), — в зоне нерегулярного отражения падающая волна опережает отраженную. Отраженная ударная волна, распространяясь в воздухе, нагретом и сжатом падающей волной, движется быстрее падающей волны. В результате происходит слияние падающей и отраженной волн и образуется один общий фронт головной ударной волны, перпендикулярной поверхности земли. С возрастанием расстояния от эпицентра взрыва высота фронта головной ударной волны увеличивается. Предметы, находящиеся в области действия головной ударной волны, испытывают от ее действия один удар, а расположенные выше фронта головной волны (например, верхняя часть высотного здания) — испытывают давления в виде двух ударов. Первый удар происходит в результате действия падающей ударной волны, второй удар, через небольшой промежуток времени, — от отраженной волны. На поверхности земли, в зоне нерегулярного отражения, разрушающее и поражающее действие ударной волны оценивается по избыточному давлению во фронте головной ударной волны (∆Рф), которое значительно выше избыточного давления во фронте падающей волны и зависит не только от мощности и расстояниям эпицентра взрыва, но и от высоты воздушного ядерного взрыва. Оптимальной высотой взрыва считается такая, при которой достигается наибольшая площадь разрушения. Так, разрушение городской застройки происходит при воздействии избыточного давления 20— 30 кПа (0,2—0,3 кгс/см2); при этом наибольшие площади, при которых возможно такое воздействие взрыва мощностью 1 Мт, образуются при взрыве на высоте 2100 м. Значения избыточных давлений во фронте ударной волны и соответствующие им расстояния для воздушного и наземного ядерного взрыва мощностью 1 Мт приведены в табл. 1 [4]. Из рассмотренного характера распространения волны видно, что радиус поражения ударной волной наземного ядерного взрыва на сравнительно небольших расстояниях больше, чем радиус поражения ударной волной воздушного взрыва одинаковой мощности. На более удаленных расстояниях, наоборот, — радиус поражения ударной волной воздушного взрыва больше, так как сказывается влияние совместного воздействия падающей и отраженной ударных волн — головной воздушной ударной волны. Например, избыточное давление во фронте воздушной ударной волны, равное 80 кПа, при взрыве ядерного боеприпаса мощностью 1 Мт будет наблюдаться при наземном взрыве на растоянии 3100 м, при воздушном — 2600 м; избыточное давление 10 кПа — на расстояниях 11000 и 14 000 м соответственно. Степень разрушения конструкций определяется не только воздействием давления фронта волны, но и торможением движения масс воздуха, следующих за фронтом волны. Динамическая нагрузка, создаваемая потоком воздуха, называется давлением скоростного напора. Единица давления скоростного напора, как и избыточного давления, паскаль (Па) или килограмм-сила на квадратный сантиметр (кгс/см2). Скоростной напор воздуха находится в прямой зависимости от скорости и плотности воздуха за фронтом ударной волны и равен:
где Рск—скоростной напор воздуха, Па; υ — скорость частиц воздуха непосредственно за фронтом ударной волны, м/с; ρ — плотность воздуха за фронтом ударной волны, кг/м3. Скорость и плотность частиц воздуха зависят от избыточного давления ударной волны и окружающей среды. Таблица 1
Для средних температур воздуха [5]
Здесь С0 — скорость распространения звуковых волн, в воздухе при нормальных условиях С0=340 м/с, в воде С0= 1500 м/с; ρ — плотность воздуха, перед фронтом ударной волны при нормальных условиях ρ 0== 1,29 кг/м3 = 0,125 кгс-с2/м4. Правая часть равенства (3) получается путем проведения преобразований после подставления значений v и р из уравнения (4). Зная избыточное давление во фронте ударной волны, можно рассчитать скоростной напор, давление во фронте отраженной волны, скорость и плотность частиц воздуха за фронтом ударной волны ядерного взрыва. Избыточное давление во фронте ударной волны для эталонной мощности ядерного взрыва и заданного расстояния от центра (эпицентра) взрыва определяют, как правило, с помощью таблиц и графиков (табл. 1). Для вычисления параметров ударной волны другой мощности взрыва используют закон подобия. Пример расчета приведен в приложении 3.. Закон подобия взрывов теоретически вытекает из закона геометрического подобия, так как расстояние от центра взрыва, на котором образуется данное давление, пропорционально кубическому корню из мощности взрыва (объема одного и того же взрывчатого вещества):
где R1 и R2—расстояния от центра (эпицентра) взрывов с тротиловыми эквивалентами q1 и q2 соответственно. Если в качестве эталонного взрыва взять взрыв мощностью в 1 Мт (табл. 1), при котором q1 равняется 1, то из уравнения (5) следует
где R1 — расстояние от центра взрыва мощностью в 1 Мт. Следовательно, для заданного расстояния R2 можно вычислить мощность взрыва q2, необходимую для того, чтобы образовалось определенное избыточное давление. Или, наоборот, для известной мощности взрыва q2 из уравнения (6) можно вычислить соответствующее расстояние. Приведенные соотношения также справедливы для давления в отраженной ударной волне и скоростного напора. Пример. Определить расстояние R2, на котором будет наблюдаться избыточное давление ∆ Рф=30 кПа при воздушном ядерном взрыве мощностью q2=0,5 Мт. Решение. Для воздушного ядерного взрыва мощностью 1 Мт данное избыточное давление измерялось на расстоянии R1 = 5300 м (табл. 1). Из закона подобия ядерного взрыва находим
Другой важный параметр ударной волны — время действия повышенного давления или длительность фазы сжатия. Очевидно, что чем больше размеры заряда, тем больше и глубина области с повышенным давлением за фронтом ударной волны. По мере удаления от центра взрыва ударной волны время действия ее зоны сжатия увеличивается. Это объясняется тем, что волна, как уже было сказано ранее, как бы растягивается. Исходя из закона подобия и экспериментальных исследований установлено [3], что длительность фазы сжатия примерно равна:
где R в метрах, q в килограммах и τ в секундах. При некоторых расчетах необходимо знать скорость движения фронта ударной волны, которая зависит от давления во фронте ударной волны и может быть определена из выражения
где Сф — скорость движения фронта ударной волны, м/с. Ударная волна в воде при подводном ядерном взрыве качественно напоминает ударную волну в воздухе. Однако подводная ударная волна отличается от воздушной ударной волны своими параметрами. На одних и тех же расстояниях давление во фронте ударной волны в воде гораздо больше, чем в воздухе, а время действия— меньше. Например, максимальное избыточное давление на расстоянии 900 м от центра ядерного взрыва мощностью 100 кт в глубоком водоеме составляет 19 000 кПа, а при взрыве в воздушной среде — около 100 кПа. При наземном ядерном взрыве часть энергии взрыва расходуется на образование волны сжатия в грунте. В отличие от ударной волны в воздухе она характеризуется менее резким увеличением давления во фронте волны, а также более медленным его ослаблением за фронтом. Давление во фронте волны сжатия уменьшается довольно быстро с удалением от центра взрыва, и на больших расстояниях волна сжатия становится подобной сейсмической волне. При взрыве ядерного боеприпаса в грунте основная часть энергии взрыва передается окружающей массе грунта и производит мощное сотрясение грунта, напоминающее по своему действию землетрясение. Характер воздействия ударной волны на людей и животных. Ударная волна может нанести незащищенным людям и животным травматические поражения, контузии или быть причиной их гибели. Поражения могут быть непосредственными или косвенными. Непосредственное поражение ударной волной возникает в результате воздействия избыточного давления и скоростного напора воздуха. Ввиду небольших размеров тела человека ударная волна почти мгновенно охватывает человека и подвергает его сильному сжатию. Процесс сжатия продолжается со снижающейся интенсивностью в течение всего периода фазы сжатия, т. е. в течение нескольких секунд. Мгновенное повышение давления в момент прихода ударной волны воспринимается живым организмом как резкий удар. В то же самое время скоростной напор создает значительное лобовое давление, которое может привести к перемещению тела в пространстве. Косвенные поражения люди и животные могут получить в результате ударов обломками разрушенных зданий и сооружений или в результате ударов летящих с большой скоростью осколков стекла, шлака, камней, дерева и других предметов. Например, при избыточном давлении во фронте ударной волны 35 кПа плотность летящих осколков достигает 3500 шт. на квадратный метр при средней скорости перемещения этих предметов 50 м/с. Характер и степень поражения незащищенных людей и животных зависят от мощности и вида взрыва, расстояния, метеоусловий, а также от места нахождения (в здании, на открытой местности) и положения (лежа, сидя, стоя) человека. Воздействие воздушной ударной волны на незащищенных людей характеризуется легкими, средними, тяжелыми и крайне тяжелыми травмами. Крайне тяжелые контузии и травмы у людей возникают при избыточном давлении более 100 кПа (1 кгс/см2). Отмечаются разрывы внутренних органов, переломы костей, внутренние кровотечения, сотрясение мозга, длительная потеря сознания. Разрывы наблюдаются в органах, содержащих большое количество крови (печень, селезенка, почки), наполненных газом (легкие, кишечник) или имеющие полости, наполненные жидкостью (желудочки головного мозга, мочевой и желчный пузыри). Эти травмы могут привести к смертельному исходу. Тяжелые контузии и травмы возможны при избыточных давлениях от 60 до 100 кПа (от 0,6 до 1,0 кгс/см2). Они характеризуются сильной контузией всего организма, потерей сознания, переломами костей, кровотечением из носа и ушей; возможны повреждения внутренних органов и внутренние кровотечения. Поражения средней тяжести возникают при избыточном давлении 40— 60 кПа (0,4—0,6 кгс/см2). При этом могут быть вывихи конечностей, контузия головного мозга, повреждение органов слуха, кровотечение из носа и ушей. Легкие поражения наступают при избыточном давлении 20—40 кПа (0,2—0,4 кгс/см2). Они выражаются в скоропроходящих нарушениях функций организма (звон в ушах, головокружение, головная боль). Возможны вывихи, ушибы. Избыточные давления во фронте ударной волны 10 кПа (0,1 кгс/см2) и менее для людей и животных, расположенных вне укрытий, считаются безопасными. Радиус поражения обломками зданий, особенно осколками стекол, разрушающихся при избыточном давлении более 2 кПа (0,02 кгс/см2) может превышать радиус непосредственного поражения ударной волной. Гарантированная защита людей от ударной волны обеспечивается при укрытии их в убежищах. При отсутствии убежищ используются противорадиационные укрытия, подземные выработки, естественные укрытия и рельеф местности. Механическое воздействие ударной волны. Характер разрушения элементов объекта (предметов) зависит от нагрузки, создаваемой ударной волной, и реакции предмета на действие этой нагрузки. Методика расчета нагрузок, действующих на элементы при прохождении ударной волны, приведена в гл. 6 [5]. Сведения о вероятных разрушениях зданий, сооружений, транспорта, оборудования и энергетических сетей в зависимости от избыточного давления во фронте ударной волны даны в табл. 26, 27. Общую оценку разрушений, вызванных ударной волной ядерного взрыва, принято давать по степени тяжести этих разрушений. Для большинства элементов объекта, как правило, рассматриваются три степени'—слабое, среднее и сильное разрушение. Для жилых и промышленных зданий берется обычно четвертая степень — полное разрушение. При слабом разрушении, как правило, объект не выходит из строя; его можно эксплуатировать немедленно или после незначительного (текущего) ремонта. Средним разрушением обычно называют разрушение главным образом второстепенных элементов объекта. Основные элементы могут деформироваться и повреждаться частично. Восстановление возможно силами предприятия путем проведения среднего или капитального ремонта. Сильное разрушение объекта характеризуется сильной деформацией или разрушением его основных элементов, в результате чего объект выходит из строя и не может быть восстановлен. Применительно к гражданским и промышленным зданиям степени разрушения характеризуются следующим состоянием конструкции. Слабое разрушение. Разрушаются оконные и дверные заполнения и легкие перегородки, частично разрушается кровля, возможны трещины в стенах верхних этажей. Подвалы и нижние этажи сохраняются полностью. Находиться в здании безопасно, и оно может эксплуатироваться после проведения текущего ремонта. Среднее разрушение проявляется в разрушении крыш и встроенных элементов— внутренних перегородок, окон, а также в возникновении трещин в стенах, обрушении отдельных участков чердачных перекрытий и стен верхних этажей. Подвалы сохраняются. После расчистки и ремонта может быть использована часть помещений нижних этажей. Восстановление зданий возможно при проведении капитального ремонта. Сильное разрушение характеризуется разрушением несущих конструкций и перекрытий верхних этажей, образованием трещин в стенах и деформацией перекрытий нижних этажей. Использование помещений становится невозможным, а ремонт и восстановление чаще всего нецелесообразным. Полное разрушение. Разрушаются все основные элементы здания, включая и несущие конструкции. Использовать здания невозможно. Подвальные помещения при сильных и полных разрушениях могут сохраняться и после разбора завалов частично использоваться. Наибольшие разрушения получают наземные здания, рассчитанные на собственный вес и вертикальные нагрузки, более устойчивы заглубленные и подземные сооружения. Здания с металлическим каркасом средние разрушения получают при 20—40 кПа, а полные —при 60—80 кПа, здания кирпичные— при 10—20 и 30—40, здания деревянные — при 10 и 20 кПа соответственно. Здания с большим количеством проемов более устойчивы, так как в первую очередь разрушаются заполнения проемов, а несущие конструкции при этом испытывают меньшую нагрузку. Разрушение остекления в зданиях происходит при 2—7 кПа. Объем разрушений в городе зависит от характера строений, их этажности и плотности застройки. При. плотности застройки 50 % давление ударной волны на здания может быть меньше (на 20—40 %), чем на здания, стоящие на открытой местности, на таком же расстоянии от центра взрыва. При плотности застройки менее 30 % экранирующее действие зданий незначительно и не имеет практического значения. Энергетическое, промышленное и коммунальное оборудование может иметь следующие степени разрушений. Слабые разрушения: деформации трубопроводов, их повреждения на стыках; повреждения и разрушения контрольно-измерительной аппаратуры; повреждение верхних частей колодцев на водо-, тепло- и газовых сетях; отдельные разрывы на линии электропередач (ЛЭП); повреждения станков, требующих замены электропроводки, приборов и других поврежденных частей. Средние разрушения: отдельные разрывы и деформации трубопроводов, кабелей; деформации и повреждения отдельных опор ЛЭП; деформация и смещение на опорах цистерн, разрушение их выше уровня жидкости; повреждения станков, требующих капитального ремонта. Сильные разрушения: массовые разрывы трубопроводов, кабелей и разрушения опор ЛЭП и другие разрушения, которые нельзя устранить при капитальном ремонте. Наиболее стойки подземные энергетические сети. Газовые, водопроводные и канализационные подземные сети разрушаются только при наземных взрывах в непосредственной близости от центра при давлении ударной волны 600—1500 кПа. Степень и характер разрушения трубопроводов зависят от диаметра и материала труб, а также от глубины прокладки. Энергетические сети в зданиях, как правило, выходят из строя при разрушении элементов застройки. Воздушные линии связи и электропроводок получают сильные разрушения при 80—120 кПа, при этом линии, проходящие в радиальном направлении от центра взрыва, повреждаются в меньшей степени, чем линии, проходящие перпендикулярно к направлению распространения ударной волны. Станочное оборудование предприятий разрушается при избыточных давлениях 35—70 кПа. Измерительное оборудование—при 20—30 кПа, а наиболее чувствительные приборы могут повреждаться и при 10 кПа и даже 5~кПа. При этом необходимо учитывать, что при обрушении конструкций зданий также будет разрушаться оборудование. Для гидроузлов наиболее опасными являются надводный и подводный взрывы со стороны верхнего бьефа. Наиболее устойчивые элементы гидроузлов — бетонные и земляные плотины, которые разрушаются при давлении более 1000 кПа. Наиболее слабые — гидрозатворы водосливных плотин, электрическое оборудование и различные надстройки. Степень разрушений (повреждений) транспортных средств зависит от их положения относительно направления распространения ударной волны. Средства транспорта, расположенные бортом к направлению действия ударной волны, как правило, опрокидываются и получают большие повреждения, чем машины, обращенные к взрыву передней частью. Загруженные и закрепленные средства транспорта имеют меньшую степень повреждения. Более устойчивыми элементами являются двигатели. Например, при сильных повреждениях двигатели автомашин повреждаются незначительно, и машины способны двигаться своим ходом. Наиболее устойчивы к воздействию ударной волны морские и речные суда и железнодорожный транспорт. При воздушном или надводном взрыве повреждение судов будет происходить главным образом под действием воздушной ударной волны. Поэтому повреждаются в основном надводные части судов — палубные надстройки, мачты, радиолокационные антенны и т. д. Котлы, вытяжные устройства и другое внутреннее оборудование повреждаются затекающей внутрь ударной волной. Транспортные суда получают средние повреждения при давлениях 60—80 кПа. Железнодорожный подвижной состав может эксплуатироваться после воздействия избыточных давлений: вагоны — до 40 кПа, тепловозы— до 70 кПа (слабые разрушения). Самолеты — более уязвимые объекты, чем остальные транспортные средства. Нагрузки, создаваемые избыточным давлением 10 кПа, достаточны для того, чтобы образовались вмятины в обшивке самолета, деформировались крылья и стрингеры, что может привести к временному снятию с полетов. Воздушная ударная волна также действует на растения. Полное повреждение лесного массива наблюдается при избыточном давлении, превышающем 50 кПа (0,5 кгс/см2). Деревья при этом вырываются с корнем, ломаются и отбрасываются, образуя сплошные завалы. При избыточном давлении от 30 до 50 кПа (03,—0,5 кгс/см2) повреждается около 50 % деревьев (завалы также сплошные), а при давлении от 10 до 30 кПа (0,1—0,3 кгс/см2)—до 30% деревьев. Молодые деревья более устойчивы к воздействию ударной волны, чем старые и спелые. Световое излучение. По своей природе световое излучение ядерного взрыва — совокупность видимого света и близких к нему по спектру ультрафиолетовых и инфракрасных лучей. Источник светового излучения — светящаяся область взрыва, состоящая из нагретых до высокой температуры веществ ядерного боеприпаса, воздуха и грунта (при наземном взрыве). Температура светящейся области в течение некоторого времени сравнима с температурой поверхности солнца (максимум 8000—10 000 и минимум 1800 °С). Размеры светящейся области и ее температура быстро изменяются во времени. Продолжительность светового излучения зависит от мощности и вида взрыва и может продолжаться до десятков секунд. При воздушном взрыве ядерного боеприпаса мощностью 20 кт световое излучение продолжается 3 с, термоядерного заряда 1 Мт — 10 с, Поражающее действие светового излучения характеризуется световым импульсом. Световым импульсом называется отношение количества световой энергии к площади освещенной поверхности, расположенной перпендикулярно распространению световых лучей. Единица светового импульса — джоуль на квадратный метр (Дж/м2) или калория на квадратный сантиметр (кал/см2). 1 Дж/м2=23,9·10-6кал/см2; 1 кДж/м2=0,0239 кал/см2; 1 кал/см2 ≈ 40 кДж/м2. Световой импульс зависит от мощности и вида взрыва, расстояния от центра взрыва и ослабления светового излучения в атмосфере, а также от экранирующего воздействия дыма, пыли, растительности, неровностей местности и т. д. Для воздушного взрыва, если излучение равномерно распространяется во всех направлениях, световой импульс U может быть рассчитан по формуле [5]
где Еизл — энергия светового излучения ядерного взрыва, равная примерно 1/3 полной энергии взрыва (полная энергия для мощности взрыва 1 кт равна 1012 кал или 4,18·1012 Дж); К— коэффициент пропускания, он изменяется в зависимости от расстояния и состояния атмосферы (возможности рассеяния и поглощения атмосферой лучей светового излучения). Значение коэффициента пропускания уменьшается с увеличением расстояния за счет большего рассеивания и поглощения фотонов световых лучей частицами пыли, каплями влаги и молекулами газов, входящих в состав воздуха. При наземных и надводных взрывах световой импульс на тех же расстояниях меньше, чем при воздушных взрывах такой же мощности. Это объясняется тем, что световой импульс излучает полусфера, хотя и большего диаметра, чем при воздушном взрыве. Что касается распространения светового излучения, то большое значение имеют другие факторы. Во-первых, часть светового излучения поглощается слоями водяных паров и пыли непосредственно в районе взрыва. Во-вторых, большая часть световых лучей прежде, чем достичь объекта на поверхности земли, должна будет пройти воздушные слои, расположенные близко к земной поверхности. В этих наиболее насыщенных слоях атмосферы происходит значительное поглощение светового излучения молекулами водяных паров и двуокиси углерода; рассеяние в результате наличия в воздухе различных частиц здесь также гораздо большее. Кроме того, необходимо учитывать рельеф местности. Количество световой энергии, достигающей объекта, находящегося на определенном расстоянии от наземного взрыва, может составлять для малых расстояний порядка трех четвертей, а на больших — половину импульса при воздушном взрыве такой же мощности. При подземных или подводных взрывах поглощается почти все световое излучение. При ядерном взрыве на большой высоте рентгеновские лучи, излучаемые исключительно сильно нагретыми продуктами взрыва, поглощаются большими толщами разреженного воздуха. Поэтому температура огненного шара (значительно больших размеров, чем при воздушном взрыве) ниже. Для высот порядка 30—100 км на световой импульс расходуется около 25— 35 % всей энергии взрыва. Обычно для целей расчета пользуются табличными данными зависимостей световых импульсов от мощности и вида взрыва и расстояния от центра (эпицентра) взрыва (табл. 2) [4]. Эти данные приведены для очень прозрачного воздуха с учетом возможности рассеяния и поглощения атмосферой энергии светового излучения. Так как общее количество энергии пропорционально мощности взрыва, то световой импульс для боеприпасов другой мощности на тех же расстояниях определяется по формуле
где U2—искомый световой импульс для боеприпаса мощностью q2, U1 — световой импульс боеприпаса мощностью q1 для взятого расстояния R (берется из табл. 2). Для определения возможного светового импульса в других метеорологических условиях обычно пользуются коэффициентами прозрачности для различных состояний атмосферы (табл.3). При оценке светового импульса необходимо учитывать возможность воздействия отраженных лучей. Если земная поверхность хорошо отражает свет (снежный покров, высохшая трава, бетонное покрытие и др.). то прямое световое излучение, падающее на объект, усиливается отраженным. Суммарный световой импульс при воздушном взрыве может быть больше прямого в 1,5—2 раза. Если взрыв происходит между облаками и землей, то световое излучение, отраженное от облаков, действует на объекты, закрытые от прямого излучения. Таблица 2
|
