Ядерное оружие и средства его применения. Ядерные взрывы, их виды и поражающие факторы. Зоны радиоактивного загрязнения при ядерных взрывах

 

Ядерное оружие — совокупность ядерных боеприпасов, средств их доставки к цели и средств управления; относится к оружию массового поражения наряду с биологическим и химическим оружием. Ядерный боеприпас — оружие взрывного действия, основанное на использовании ядерной энергии, высвобождающейся при цепной ядерной реакции деления тяжёлых ядер и/или термоядерной реакции синтеза лёгких ядер.

В зависимости от задач, решаемых при применении ядерного оружия и характера объекта, ядерный взрыв может быть произведен в воздухе на различной высоте, y поверхности земли (воды) и под землей (под водой). В соответствии с этим ядерные взрывы разделяют на воздушные, высотные, наземные (надводные) и подземные (подводные).

К воздушным ядерным взрывам относятся взрывы в воздухе на такой высоте, когда светящаяся область взрыва не касается поверхности земли (воды).

Ядерный воздушный взрыв начинается кратковременной ослепительной вспышкой. Вслед за вспышкой в месте взрыва возникает шарообразная светящаяся область, которая быстро увеличивается в размерах и поднимается вверх. Температура светящейся области достигает десятков миллионов градусов. Светящаяся область служит мощным источником светового излучения.

Воздушный взрыв может быть низким и высоким. Точка на поверхности земли (воды), над которой произошел взрыв, называется эпицентром взрыва.

Воздушные взрывы могут применяться противником для поражения войск на поле боя, разрушения городских и промышленных зданий, поражения самолетов на аэродромах и т. д.

Высотный ядерный взрыв производится на высоте в несколько десятков и сотен километров и применяется для поражения ракет, самолетов н других летательных аппаратов.

Наземным ядерным взрывом называется взрыв на поверхности земли или в воздухе на небольшой высоте, при котором светящаяся область касается земли и имеет форму полушария. При отрыве от земли светящаяся область темнеет и превращается в клубящееся облако, которое, увлекая за собой столбы пыли, сразу же приобретает характерную грибовидную форму. На поверхности земли образуется большая воронка. Место наземного (подземного) взрыва называется центром взрыва.

Большое количество пыли, поднятое облаком, перемешивается с радиоактивными продуктами взрыва и, выпадая на землю, создает сильное радиоактивное заражение местности в районе взрыва и по пути движения облака.

Наземные ядерные взрывы применяются для разрушения сооружений большой прочности и поражения войск, находящихся в прочных укрытиях. Они могут применяться и для поражения открыто расположенных войск, если необходимо создать сильное радиоактивное заражение местности.

Подземный ядерный взрыв производится на некоторой глубине в земле. При взрыве создается огромное давление на грунт, образующаяся ударная волна вызывает колебания грунта, напоминающие землетрясение. В месте взрыва образуется большая воронка; из нее выбрасывается огромное количество грунта, перемешанного с радиоактивными веществами, которые образуют столб. Высота столба может достигать сотен метров. Происходит сильное радиоактивное заражение местности в воронке и по пути движения облака. Подземные ядерные взрывы осуществляются для разрушения особо важных подземных сооружений и образования завалов в горах.

Надводный ядерный взрыв имеет высшее сходство с наземным взрывом и сопровождается теми же поражающими факторами, что и наземный взрыв. Разница заключается в том, что грибовидное облако надводного взрыва состоит из плотного радиоактивного тумана или водяной пыли. Характерным для этого вида взрыва является образование поверхностных волн. Надводные ядерные взрывы могут осуществляться для поражения крупных надводных кораблей и прочих сооружений военно-морских баз, портов и т. д.

Подводный ядерный взрыв производится в воде на той или иной глубине. Подводные ядерные взрывы предназначены для уничтожения кораблей и разрушения подводной части сооружений.

Основными поражающими факторами ядерного взрыва являются ударная волна, световое излучение, проникающая радиация, электромагнитный импульс и радиоактивное заражение.

Ударная волна представляет собой область сильного сжатия среды (воздуха, воды), распространяющейся со сверхзвуковой скоростью во все стороны. По мере удаления от центра взрыва ударная волна превращается в обычную звуковую волну.

Давление воздуха во фронте волны вблизи центра взрыва достигает многих тысяч атмосфер. С удалением от центра взрыва давленне во фронте волны быстро падает. Давление ударной волны измеряется в килограммах на см² (кг/см²).

Скорость распространения фронта ударнон волны: первые 1000 м она проходит за 2 с, 2000 м — за 5 с, 3000 м — за 8 с. За это время человек, увидев вспышку, может укрыться и тем самым уменьшить вероятность поражения волной или вообще избежать его.

Ударная волна может поражать людей, разрушать или повреждать технику, вооружение, сооружения и имущество. Поражения, разрушения и повреждения вызываются как непосредственным воздействием ударной волны, так и косвенно — обломками разрушаемых зданий, сооружений, деревьев и т. п. На распространение ударной волны влияют рельеф местности, лес и метеорологические условия.

В траншеях, ходах сообщения и открытых щелях радиус зоны поражения в среднем в 1,4 раза, a в окопах и в перекрытых щелях в среднем в 1,8 раза меньше, чем при открытом расположении. Радиус зон поражения техники, расположенной в окопах и котлованных укрытиях, в 1,2—1,5 раза меньше, чем при открытом расположении.

Световое излучение представляет собой поток ультрафиолетового, видимого и инфракрасного излучений. Световое излучение распространяется практически мгновенно; время действия его определяется временем свечения светящейся области и длится в зависимости от мощности взрыва от одной до нескольких секунд. Основной характеристикой светового излучения, определяющей его поражающее действие, является световой импульс, который измеряется в калориях на см² (кал/см²).

У человека световое излучение может вызвать ожоги открытых участков кожи, век, переднего отдела глаза, глазного дна и временное ослепление, a также ожоги кожи в результате воспламенения одежды, пожаров. Помимо поражения людей световое излучение может вызвать возгорание и обугливание деревянных частей вооружения и техники, чехлов, брезентов, резиновых деталей боевых машин и автомобилей и других видов имущества и материалов.

Световое излучение не проникает через непрозрачные материалы. Значительно ослабляется световое излучение в запыленном (задымленном) воздухе, в туман, дождь, снегопад.

Проникающая радиация представляет собой поток гамма-лучей и нейтронов, испускаемых в окружающую среду из зоны и облака ядерного взрыва. Время действия проникающей радиации около 10—15 с с момента взрыва.

Проникающая радиация, распространяясь в среде, ионзирует ее атомы. В организме при этом нарушаются различные жизненные процессы, что приводит к возникновению лучевой болезни. Тяжесть поражающего действия проникающей радиации на организм человека определяется степенью ионизации тканей, т. е. количеством поглощенной организмом энергии, которое измеряется дозой радиации.

Доза гамма-излучения измеряется в рентгенах (Р). Доза нейтронов измеряется в биологических эквивалентах рентгена (бэр). При прохождении через различные материалы поток гамма-лучей и нейтронов ослабляется. Ослабляющее действие материала принято характеризовать слоем (толщиной материала) половинного ослабления, снижающим дозу проходящей через него радиации в два раза.

Степень ослабления (коэффициент ослабления) проникающей радиации техникой и сооружениями приводится в различных справочниках и пособиях.

Проникающая радиация может выводить из строя радиоэлектронную аппаратуру. На технику проникающая радиация вредного влияния практически не оказывает. Однако под действием больших доз радиации стекла оптических приборов (биноклей, прицелов и т. п.) темнеют.

Электромагнитный импульс возникает при всех видах ядерных взрывов и поражающее действие его проявляется в повреждении отдельных видов электро и радиооборудования, в нарушении нормальной работы систем управления, связи и электроснабжения.

Радиоактивное заражение местности, атмосферы и различных объектов при ядерных взрывах вызывается продуктами деления вещества заряда (радиоактивными осколками).

Основным источником радиоактивного заражения при ядерных взрывах являются радиоактивные продукты деления ядерного заряда. Осевшие на различные поверхности, эти продукты не пускают радиоактивные излучения: поток альфа-частиц (положительно заряженные ядра атомов гелия), бета-частиц (электроны) и гамма-лучей (электромагнитные лучи, подобные рентгеновским).

Радиоактивные излучения, распространяясь в любой среде (в воздухе, тканях человека, металле), тонизируют ее, выбивая из атомов электроны и превращая электрически нейтральные атомы в заряженные частицы—ионы. Под действием радиоактивных излучений клетки биологических тканей разрушаются и перестраиваются, что ведет к возникновению лучевой болезни. He менее опасно попадание радиоактивных веществ (PB) внутрь организма, a также на незащищенную кожу, слизистые оболочки глаз, носа и рта.

Поражающее действие радиоактивного заражения обусловливается в основном гамма-излучением и оценивается величиной дозы гамма-излучения или дозы радиации, измеряемой в рентгенах (Р).

Для оценки интенсивности гамма-излучения, испускаемого радиоактивными веществами (скорости изменения дозы в единицу времени) на зараженной местности, введено понятие уровень радиации. Измеряют уровень радиации в рентгенах в час (Р/ч).

Степень загрязнения продуктами ядерных взрывов поверхностей тела человека, вооружения, техники, обмундирования, снаряжения, средств защиты, продуктов питания, воды и других объектов измеряется в миллирентгенах в час (мР/ч).

Выпавшие из облака ядерного взрыва радиоактивные частицы создают на поверхности земли зону радиоактивного заражения (радиоактивный след облака). Степень радиоактивного заражения местности и размеры зоны заражения зависят от мощности и вида взрыва, метеорологических условий, характера местности и грунта.

Радиоактивное заражение в отличие от других поражающих факторов действует длительное время (часы, сутки, годы) и на больших площадях.

Вооружению и технике радиоактивные вещества вреда не приносят, однако при обращении с зараженными объектами человек, находящийся без средств защиты, может получить поражение, поэтому PB нужно удалить с поверхностей зараженных объектов.

При воздушном ядерном взрыве радиоактивное заражение местности и различных объектов как в районе взрыва, так и на следе облака незначительно и безопасно для войск.

Ядерные фугасы устанавливаются в сочетании с другими видами заграждений и естественными препятствиями (для разрушения крупных мостов, узлов дорог, плотин, создания завалов в узких местах и больших зон сильного заражения). Для устройства ядерно-минных заграждений могут использоваться различные типы ядерных фугасов с мощностью взрывов от 20 до 47000 т. По принципу устройства ядерные фугасы мало отличаются от ядерных боеприпасов.

Взрыв ядерного фугаса может быть наземным или подземным. При подрыве ядерных фугасов, устанавливаемых на поверхности земли, поражающие факторы такие же, как и при наземном ядерном взрыве. В этом случае, как правило, достигается наибольшее разрушительное действие воздушной ударной волны. Ядерные фугасы при взрывах образуют воронки, размеры которых зависят от мощностей боеприпасов и глубины их заложения.

Ядерное оружие характеризуется комбинированным поражающим действием, поэтому надежная защита от него обеспечивается осуществлением целого комплекса мероприятий.

Для защиты от поражающих факторов ядерного взрыва человек должен умело использовать защитные свойства техники и сооружений, естественные укрытия — овраги, канавы, выемки, подземные выработки, лес, густой кустарник и другие укрытия.

При использовании для защиты траншей, окопов и щелей полностью обеспечивается защита от светового излучения, a поражение проникающей радиацией сокращается в 40 и более раз. Блиндажи и убежища полностью защищают личный состав от светового излучения, в сотни раз уменьшают воздействие проникающей радиации, в значительной степени ослабляют воздействие ударной волны.

На открытой местности, заметив вспышку, необходимо немедленно занять находящиеся вблизи естественные или искусственные, при отсутствии их — ложиться на землю лицом вниз, ногами в сторону взрыва.

Вооружение и технику для защиты от поражающих факторов ядерного взрыва укрывают в оборудованных окопах — укрытиях котлованного типа. Рядом с техникой оборудуются укрытия для личного состава. При отсутствии оборудованных укрытий техника размещается в естественных укрытиях — оврагах, лощинах, балках, карьерах, в лесу, y насыпей, дамб и т. п. Это позволит уменьшить радиус зон пораження ее в среднем в 1,5 раза.

При действиях на зараженной местности личный состав должен использовать индивидуальные средства защиты.

Своевременное и умелое использование укрытий, техники, средств защиты способствует резкому сокращению потерь от поражающих факторов ядерного взрыва.

Под радиоактивным загрязнением (заражением) местности принято понимать такое загрязнение местности и находящихся на ней объектов, а также воздуха и воды радиоактивными веществами, образующимися при ядерных взрывах, которое представляет опасность для здоровья человека.

Основным источником радиоактивного заражения при ядерном взрыве являются радиоактивные продукты (осколки) деления ядерного горючего. Заражение местности в районе взрыва обусловливается, кроме того, радиоактивными веществами, образующимися в грунте при воздействии нейтронов на такие химические элементы почвы, как алюминий, марганец и натрий (наведенная активность). Источником заражения являются также не прореагировавшая часть ядерного горючего и радиоактивный углерод, образующийся в воздухе под действием нейтронов. Однако их активность по сравнению с активностью осколков деления незначительна. Радиоактивные продукты, поднимаясь вместе с облаком взрыва, перемешиваются с частицами грунта и оседают на них, а затем постепенно выпадают, заражая местность в районе взрыва и по пути движения облака образуя след облака.

Радиоактивное заражение имеет ряд особенностей, отличающих его от других поражающих факторов ядерного взрыва. К ним относятся большая площадь поражения – тысячи и десятки тысяч квадратных километров; длительность сохранения поражающего действия – дни, недели, а иногда и месяцы; трудности обнаружения радиоактивных веществ, не имеющих цвета, запаха и других внешних признаков.

Наиболее сильное заражение местности происходит при наземных ядерных взрывах, когда площади заражения с опасными уровнями радиации во много раз превышают размеры зон поражения ударной волной, световым излучением и проникающей радиацией. Сами радиоактивные вещества и испускаемые ими ионизирующие излучения не имеют ни цвета, ни запаха, а скорость их распада не может быть изменена какими-либо физическими или химическими методами.

В каждой точке следа, например, в точке А, находящейся на расстоянии К от центра взрыва, выпадают радиоактивные частицы разного размера; средний размер частиц уменьшается по мере удаления от места взрыва. На местности, подвергшейся радиоактивному заражению при ядерном взрыве, образуются два участка: район взрыва и след облака.

По степени опасности зараженную местность по следу облака ядерного взрыва принято делить на четыре зоны:

1) зона А – умеренного заражения. Дозы излучения до полного распада радиоактивных веществ на внешней границе зоны составляют 40 рад, на внутренней границе – 400 рад;

2) зона Б – сильного заражения. Дозы излучения на границах равны 400 рад и 1 200 рад соответственно;

3) зона В – опасного заражения. Дозы излучения на ее внешней границе – 1 200 рад, а на внутренней границе – 4 000 рад;

4) зона Г – чрезвычайно опасного заражения. Дозы излучения на внешней границе – 4 000 рад, а в середине зоны – 7 000 рад.

Объем воздушного пространства, в котором происходит осаждение радиоактивных частиц из облака взрыва и верхней части пылевого столба, принято называть шлейфом облака.

По мере приближения шлейфа к объекту мощности доз излучения возрастают вследствие гамма-излучения радиоактивных веществ, содержащихся в шлейфе. После подхода края шлейфа наблюдается выпадение радиоактивных частиц. Вначале из облака выпадают наиболее крупные частицы с высокой степенью их активности, по мере удаления от места взрыва – более мелкие, а мощность дозы излучения при этом постепенно снижается. В поперечном сечении следа мощность дозы излучения уменьшается от оси следа к его краям.

На радиоактивное заражение местности и воздуха большое влияние оказывает рельеф местности. При наличии возвышенностей и холмов более сильное заражение будет наблюдаться с наветренной стороны. Овраги и лощины заражаются в большей степени в том случае, когда ветер дует вдоль них. При сильном дожде радиоактивные вещества частично смываются потоками воды, поэтому в лощинах и оврагах заражение может усиливаться. Дождь и снегопад способствуют также быстрому осаждению радиоактивных веществ из воздуха, в результате этого воздух становится менее зараженным, но повышается зараженность местности.

При воздушном взрыве радиоактивное заражение местности и различных объектов, как в районе взрыва, так и на следе облака, незначительно и не представляет особой опасности для населения.

 

 

Задача

В результате аварии на химически опасном объекте оказалось полностью разрушенным хранилище, содержавшее 3000 т сжиженного аммиака. Облако зараженного воздуха движется в направлении поселка N, расположенного в 7 км от аварийного объекта. Определить: глубину зоны химического заражения; время подхода облака зараженного воздуха к поселку; количество и структуру пораженных среди его жителей. В поселке проживает 800 человек, в момент аварии 30% жителей находились на открытой местности (коэффициент защищенности равен 0), остальные – в помещениях с коэффициентом защищенности 0,30 (в среднем); об аварии население не оповещено. Метеоусловия: скорость ветра 3 м/с, конвекция.

 

Решение:

Определим глубину зоны химического заражения, воспользовавшись формулой:

 

где Q0 – количество аварийно химически опасного вещества (АХОВ) (сильнодействующего ядовитого вещества (СДЯВ)), выброшенного при аварии в окружающую среду, по условию задачи 3 000 000 кг;

a – коэффициент, представляющий собой долю АХОВ (СДЯВ), перешедшего в первичное и вторичное облако; а принимается равным 0,35 для сжиженного аммиака;

Dр – пороговая токсодоза АХОВ (СДЯВ), для аммиака она равна 15 мг×мин/л ;

V – скорость ветра на высоте 1 м, по условию задачи 3 м/с;

КГ – коэффициент, учитывающий степень вертикальной устойчивости атмосферы; Кг принимается равным 2,0 при конвекции.

 

Примерная зона заражения равна 17,6 километров.

 

Далее определим время подхода зараженного облака АХОВ (СДЯВ) к объекту. Его можно найти по формуле:

 

где Х – расстояние от источника заражения до заданного объекта, по условию 7 км;

u - скорость переноса переднего фронта облака зараженного воздуха, для скорости ветра в 3 м/с и в условия конвекции она равна 21 м/с.

Таким образом, зараженное облако дойдет до объекта за 20 минут.

 

Определим количество пораженных в населенном пункте. Исходя из исходных данных воспользуемся следующей формулой:

 

 

где l – количество населения, оказавшегося в очаге поражения, по условию 800 чел.;

Кзащ – коэффициент защищенности населения от поражения ядовитым веществом.

Коэффициент защищенности Кзащ, учитывающий размещение населения в укрытиях различной эффективности (степени защиты), определяется по формуле:

где qi – доля населения, находящегося в i-ом укрытии ;

Кiзащ – коэффициент защищенности i-го укрытия, по условию 0 для открытой местности и 0,3 для помещений.

Сначала определим количество пораженных на открытой местности:

 

Далее посчитаем количество пораженных в помещениях:

Итого:

Было поражено 632 человека, что составляет 79% от общего числа населения.

Проведем оценку структуры пораженных:

- получить пороговые поражения могут 55%, т.е. 348 человек.

- получить поражения легкой степени тяжести могут 20%, т.е. 127 человек.

- получить поражения тяжелой и средней степени тяжести могут 15%, т.е. 95 человек.

- получить смертельные поражения могут 10%, т.е. 64 человека.

 

Итак, получить поражения разной степени тяжести в населенном пункте могут 634 человека, из них 64 с летальным исходом.