Основные поражающие факторы ядерного оружия и ядерных взрывов

При ядерном взрыве в атмосфере возникают следующие поражающие факторы: воздушная ударная волна, световое излучение, проникающая радиация, электромагнитный импульс, радиоактивное заражение местности (только при наземном (подземном) взрыве).
Распределение общей энергии взрыва зависит от типа боеприпаса и вида взрыва. При взрыве в атмосфере до 50% энергии расходуется на образование воздушной ударной волны, 35% - на световое излучение, 4% - на проникающую радиацию, 1% - на электромагнитный импульс. Еще около 10% энергии выделяется не в момент взрыва, а в течение длительного времени при распаде продуктов деления взрыва. При наземном взрыве осколки деления ядер выпадают на землю, где и происходит их распад. Так происходит радиоактивное заражение местности.
Воздушная ударная волна - это область резкого сжатия воздуха, распространяющаяся во все стороны от центра взрыва со сверхзвуковой скоростью.
Источником возникновения воздушной волны являются высокое давление в области взрыва (миллиарды атмосфер) и температура, достигающая миллионов градусов.
Раскаленные газы, стремясь расшириться, сильно сжимают и нагревают окружающие слои воздуха, в результате чего от центра взрыва распространяется волна сжатия или ударная волна. Вблизи центра взрыва скорость распространения воздушной ударной волны в несколько раз превышает скорость звука в воздухе. С увеличением расстояния от центра взрыва скорость снижается и ударная волна трансформируется в звуковую волну.
Наибольшее давление в сжатой области наблюдается на передней ее кромке, которая называется фронтом ударной воздушной волны.
Разность между нормальным атмосферным давлением и давлением на передней кромке ударной волны составляет величину избыточного давления.
Непосредственно за фронтом ударной волны образуются сильные потоки воздуха, скорость которых достигает нескольких сотен километров в час. (Даже на расстоянии 10 км от места взрыва боеприпаса мощностью 1 Мт скорость движения воздуха более 110 км/час.)
При встрече с преградой создается нагрузка скоростного напора или нагрузка торможения, которая усиливает разрушающее действие воздушной ударной волны.
Действие воздушной ударной волны на объекты носит довольно сложный характер и зависит от многих причин: угла падения, реакции объекта, расстояния от центра взрыва и др.
Когда фронт ударной волны достигает передней стенки объекта, происходит ее отражение. Давление в отраженной волне повышается в несколько раз, что и определяет степень разрушения данного объекта.

Для характеристики разрушений зданий, сооружений приняты четыре степени разрушения: полные, сильные, средние и слабые.

Полные разрушения - когда разрушаются все основные элементы здания, в том числе и несущие конструкции. Подвальные помещения могут частично сохраняться.
Сильные разрушения - когда разрушаются несущие конструкции и перекрытия верхних этажей, деформируются перекрытия нижних этажей. Использование зданий невозможно, а восстановление нецелесообразно.
Средние разрушения - когда разрушаются крыши, внутренние перегородки и частично перекрытия верхних этажей. После расчистки часть помещений нижних этажей и подвалы могут быть использованы. Восстановление зданий возможно при проведении капитального ремонта.
Слабые разрушения - когда разрушаются оконные и дверные заполнения, кровля и легкие внутренние перегородки. Возможны трещины в стенах верхних этажей. Здание может эксплуатироваться после текущего ремонта.
Степень разрушения техники (оборудования):

Полные разрушения - объект не может быть восстановлен.
Сильные повреждения - повреждения, которые могут быть устранены капитальным ремонтом в заводских условиях.
Средние повреждения - повреждения, устраняемые силами ремонтных мастерских.
Слабые повреждения - это повреждения, существенно не влияющие на использование техники и устраняются текущим ремонтом.
При оценке воздействия воздушной ударной волны на людей и животных различают непосредственные и косвенные поражения.
Непосредственные поражения возникают в результате действия избыточного давления и скоростного напора, в результате чего человек может быть отброшен, травмирован.
Косвенные поражения могут быть нанесены в результате действия обломков зданий, камней, стекла и других предметов, летящих под воздействием скоростного напора.

Воздействие ударной волны на людей характеризуется легкими, средними, тяжелыми и крайне тяжелыми поражениями.

Легкие поражения наступают при избыточном давлении 20–40 кПа. Они характеризуются временным нарушением слуха, легкими контузиями, вывихами, ушибами.
Поражения средней тяжести возникают при избыточном давлении 40–60 кПа. Они проявляются в контузиях головно-го мозга, повреждении органов слуха, кровотечении из носа и ушей, вывихах конечностей.
Тяжелые поражения возможны при избыточных давле-ниях от 60 до 100 кПа. Они характеризуются сильными контузиями всего организма, потерей сознания, переломами; возможны повреждения внутренних органов.
Крайне тяжелые поражения наступают при избыточном давлении свыше 100 кПа. У людей отмечаются травмы внутренних органов, внутреннее кровотечение, сотрясение мозга, сильные переломы. Эти поражения часто приводят к смертельному исходу.
Защитой от ударной волны являются убежища. На открытой местности действие ударной волны снижается различными углублениями, препятствиями. Рекомендуется лечь на землю головой по направлению к взрыву, лучше в углубление или за складку местности.

Световое излучение представляет собой поток лучистой энергии, включающий ультрафиолетовую, видимую и инфракрасную области спектра.
Источником является светящаяся область взрыва, состоящая из нагретых до высокой температуры паров конструкционных материалов боеприпаса и воздуха, а при наземных взрывах и испарившегося грунта.
Размеры и формы светящейся области зависят от мощности и вида взрыва. При воздушном взрыве — это шар, при наземном - полусфера.
Максимальная температура поверхности светящейся области примерно 5700–7700 °С. Когда температура снижается до 1700 °С, свечение прекращается.
Результатом действия светового излучения может быть оплавление, обугливание, большие температурные напряжения в материалах, а также воспламенение и возгорание.
Поражение людей световым импульсом выражается в появлении ожогов открытых и защищенных одеждой участков тела, а также в поражении глаз.

Независимо от причин ожогов, поражение делится на четыре степени:

Ожоги первой степени выражаются поверхностным поражением кожи: покраснением, припухлостью и болезненностью. Они не представляют опасности.
Ожоги второй степени характеризуются образованием пузырей, наполненных жидкостью. Требуется специальное лечение. При поражении до 50–60% поверхности тела обычно наступает выздоровление.
Ожоги третьей степени характеризуются омертвлением кожи и росткового слоя, а также появлением язв.
Ожоги четвертой степени сопровождаются омертвлением кожи и поражением более глубоких тканей (мышц, сухожилий и костей).
Поражение ожогами третьей и четвертой степени значительной части тела может привести к смертельному исходу.
Поражение глаз проявляется в ослеплении от 2 до 5 минут днем, до 30 и более минут ночью, если человек смотрел в сторону взрыва.
Защитой от светового излучения может служить любая непрозрачная преграда.

Проникающая радиация представляет собой гамма-излучение и поток нейтронов, испускаемых из зоны ядерного взрыва.
Время действия проникающей радиации составляет 15–20 секунд. Поражающее действие проникающей радиации на материалы характеризуется поглощенной дозой, мощностью дозы и потоком нейтронов.
Радиус поражающего действия проникающей радиации при взрывах в атмосфере меньше, чем радиусы поражения от светового излучения и воздушной ударной волны.
Однако на больших высотах, в стратосфере и космосе — это основной фактор поражения.
Проникающая радиация может вызывать обратимые и необратимые изменения в материалах, элементах радиотехнической, оптической и другой аппаратуры за счет нарушения кристаллической решетки вещества, а также в результате различных физико-химических процессов под воздействием ионизирующих излучений.
Поражающее действие на людей характеризуется дозой излучения.
Степень тяжести лучевого поражения зависит от поглощенной дозы, а также от индивидуальных особенностей организма и его состояния в момент облучения.
Доза облучения в 1 Зв (100 бэр) не приводит в большинстве случаев к серьезному поражению человеческого организма, а 5 Зв (500 бэр) - вызывает очень тяжелую форму лучевой болезни.

Из таблицы видно, что для мощности боеприпаса до 100 кт радиусы поражения воздушной ударной волны и проникающей радиации примерно равны, а для боеприпасов мощностью более 100 кт зона действия воздушной ударной волны значительно перекрывает зону действия проникающей радиации в опасных дозах.
Из этого можно сделать вывод, что при взрывах средних и больших мощностей не требуется специальной защиты от проникающей радиации, так как защитные сооружения, предназначенные для укрытия от ударной волны, в полной мере защищают и от проникающей радиации.
Для взрывов сверхмалых и малых мощностей, а также для нейтронных боеприпасов, где зоны поражения проникающей радиацией значительно выше, необходимо предусматривать защиту от проникающей радиации.

Его источником являются продукты деления ядерного горючего, радиоактивные изотопы, образующиеся в грунте и других материалах под воздействием нейтронов - наведенная активность, а также неразделившаяся часть ядерного заряда.
Радиоактивные продукты взрыва испускают три вида излучения: альфа, бета и гамма. Время их воздействия на окружающую среду будет весьма продолжительным.
Поскольку при наземном взрыве в огненный шар вовлекается значительное количество грунта и других веществ, то при охлаждении эти частицы выпадают в виде радиоактивных осадков. По мере перемещения облака, по его следу происходит выпадение радиоактивных осадков, и, таким образом, на земле остается радиоактивный след. Плотность заражения в районе взрыва и по следу движения радиоактивного облака убывает по мере удаления от центра взрыва.
Форма следа может быть самой разнообразной, в зависимости от конкретных условий. Конфигурация следа реально может быть определена только после окончания выпадения радиоактивных частиц на землю.
Местность считается зараженной при уровнях радиации 0,5 P/ч и более.
В связи с естественным процессом распада радиоактивность уменьшается, особенно резко в первые часы после взрыва. Уровень радиации на один час после взрыва является основной характеристикой при оценке радиоактивного заражения местности.
Радиоактивное поражение людей и животных на следе радиоактивного облака может вызываться внешним и внутренним облучением.

Лучевая болезнь первой степени возникает при однократной дозе облучения 100–200 Р (0,026–0,052 Кл/кг). Скрытый период болезни может длиться две-три недели, после чего появляется недомогание, слабость, головокружение, тошнота. В крови уменьшается количество лейкоцитов. Через несколько дней эти явления проходят.
В большинстве случаев специального лечения не требуется.
Лучевая болезнь второй степени возникает при дозе облучения 200–400 Р (0,052–0,104 Кл/кг). Скрытый период продолжается около недели. Затем наблюдается общая слабость, головные боли, повышение температуры, расстройство функций нервной системы, рвота. Количество лейкоцитов снижается наполовину.
При активном лечении выздоровление наступает через полтора-два месяца. Возможны смертельные исходы - до 20% пораженных.
Лучевая болезнь третьей степени наступает при дозах облучения 400–600 Р (0,104–0,156 Кл/кг). Скрытый период длится несколько часов. Отмечается общее тяжелое состояние, сильные головные боли, озноб, повышение температуры до 40 °С, потеря сознания (иногда - резкое возбуждение). Болезнь требует длительного лечения (6–8 месяцев). Без лечения до 70% пораженных погибают.
Лучевая болезнь четвертой степени возникает при однократной дозе облучения свыше 600 Р (0,156 Кл/кг). Болезнь сопровождается затемнением сознания, лихорадкой, резким нарушением водно-солевого обмена и заканчивается смертельным исходом через 5–10 суток.
Лучевые болезни у животных возникают при более высоких дозах облучения.
Внутреннее облучение людей и животных обусловливается радиоактивным распадом изотопов, попавших в организм с воздухом, водой или пищей.
Значительная часть изотопов (до 90%) выводится из организма в течение нескольких дней, а остальные всасываются в кровь и разносятся по органам и тканям.
Некоторые изотопы распределяются в организме почти равномерно (цезий), а другие концентрируются в определенных тканях. Так, в костных тканях отлагаются источники a-излучений (радий, уран, плутоний); b-излучений (стронций, иттрий) и g-излучений (цирконий). Эти элементы очень слабо выводятся из организма.
Изотопы йода преимущественно откладываются в щитовидной железе; изотопы лантана, церия и прометия - в печени и почках и т.п.