Глава 6. Чрезвычайные ситуации военного времени

Дата: 2025-06-02; Просмотры: 22

Оценка:

0.00 из 5.00 — оценок

Скачиваний: 0

Скачать

Ядерное оружие относится к оружию массового поражения, так как наносит поражение огромному количеству живых организмов и растений, а также производит разрушения на значительных территориях. Ядерными боеприпасами снаряжаются средства воздушно-космического нападения (бомбы, ракеты), торпеды, ядерные мины (фугасы). В зависимости от способа получения ядерной энергии ЯБП делят на ядерные и термоядерные. Ядерные боеприпасы основаны на принципе деления ядерного горючего (в основном, тяжелых элементов таблицы Менделеева, относительная масса которых больше, чем у урана). Термоядерные боеприпасы имеют мощность на порядок выше, в них ЯБП часто играют роль взрывателя, а принцип действия основан на синтезе легких элементов (дейтерий, тритий, литий).

Мощность ЯБП q определяется количеством высвобождающейся при его взрыве энергии (тротиловым эквивалентом), то есть количеством взрывчатого вещества (тротила), при взрыве которого выделяется столько же энергии, что и при взрыве рассматриваемого ЯБП. Тротиловый эквивалент (ТЭ) измеряется в тоннах, килотоннах или мегатоннах. Чтобы представить мощность ядерного взрыва, достаточно знать, что при взрыве 1 кг тротила образуется 1000 ккал, а 1 кг урана - 18 млрд ккал. За всю Вторую мировую войну союзники сбросили на города Германии авиабомб ТЭ в 2,9 Мт. А сейчас созданы боеприпасы мощностью до 100 Мт [6, 18, 26, 46, 60, 62].

По мощности ЯБП делят на:

- сверхмалые - менее 1 кт;

- малые - от 1 до 15 кт;

- средние - от 15 до 100 кт;

- крупные - от 100 кт до 1 Мт;

- сверхкрупные - при ТЭ свыше 1 Мт;

- нейтронные боеприпасы мощностью 0,5...2 кт.

В зависимости от высоты (рис.6.1) ядерные взрывы делят на:

- высотные, если подрыв ЯБП произведен на высоте более 15 км;

- воздушные, если светящаяся область не касается поверхности земли. Воздушные взрывы в свою очередь делятся на высокие воздушные, если поднимающийся столб пыли не достигает светящейся области, и низкие воздушные, если такое касание произошло;

- наземные (надводные), если светящаяся область касается поверхности земли (воды);

- подземные (подводные), произведенные на глубине до 1 км.

Распределение энергии между поражающими факторами ядерного взрыва зависит от вида взрыва и условий, в которых он происходит (климат, рельеф местности, условия расположения ОЭ и его элементов, устойчивость ОЭ к воздействиям поражающих факторов). Распределение энергии для воздушного ядерного взрыва представлено в табл.6.1.

Рис. 6.1. Виды взрывов ядерных боеприпасов

Иногда необходимо учитывать такие поражающие факторы, как огненный шар, сейсмические волны (при подземном взрыве ядерного фугаса), рентгеновское излучение и газовый поток (при высотном ядерном взрыве для поражения средств воздушно-космического нападения последние два фактора эффективны при высоте взрыва более 60 км).

Ударная воздушная волна (УВВ) - наиболее мощный поражающий фактор ядерного взрыва. УВВ образуется за счет колоссальной энергии, выделяемой в зоне реакции, что приводит здесь к наличию огромного давления (до 10⁵ млрд Па) и температуры (см. гл. 3).

Световое излучение - это электромагнитные излучения в ультрафиолетовой, видимой и инфракрасной частях спектра. Его источником является светящаяся область (огненный шар), состоящая из смеси раскаленных продуктов взрыва с воздухом.

В зоне взрыва выделяется огромное количество энергии в незначительном объеме за очень короткий промежуток времени при огромном давлении, что приводит там к резкому возрастанию температуры. При возникшей огромной температуре материал оболочки ЯБП и другие вещества, оказавшиеся в зоне взрыва, испаряются. Таким образом, в зоне взрыва образуется некий объем раскаленного воздуха и испарившихся веществ, который получил название «огненный шар». Размеры его зависят от мощности ЯБП, а диаметр при наземном или воздушном взрыве определяется соответствующей формулой в зависимости от мощности ЯБП:

D_наз = 67*q^0.4

D_возд = 67*q^0.4

Таблица 6.1

Поражающие факторы ядерного взрыва

Примечание. Конкретное распределение энергии взрыва между поражающими факторами нейтронного боеприпаса зависит от его компонентов и особенностей устройства.

Продолжительность свечения огненного шара определяется формулой:

где Т_св дается в секундах, a q - в килотоннах тротилового эквивалента.

Эти величины имеют значения:

В атмосфере лучистая энергия ослабляется из-за поглощения или рассеяния света частицами дыма, пыли, каплями влаги, поэтому необходимо учитывать степень прозрачности атмосферы. Падающее на объект световое излучение частично поглощается или отражается. Часть излучения проходит через прозрачные объекты: стекло окон пропускает до 90% энергии светового излучения, которое способно вызвать пожар внутри помещения. Таким образом, в городах и на ОЭ возникают очаги горения. Так, при ядерной бомбардировке Хиросимы возник огневой шторм, который бушевал 6 часов. При этом центр города выгорел дотла (более 60 тыс. домов), а скорость ветра, направленного к центру взрыва, достигала 60 км/ч.

Проникающая радиация - это ионизирующее излучение, образующееся непосредственно при ядерном взрыве и продолжающееся несколько секунд. Основную опасность при этом представляет поток гамма-излучений и нейтронов, испускаемых из зоны взрыва в окружающую среду. Источником проникающей радиации является цепная ядерная реакция и РА распад продуктов ядерного взрыва.

Проникающая радиация невидима, неощутима, распространяется в материалах и воздухе на значительные расстояния, вызывая поражение живых организмов (лучевую болезнь). Поток нейтронов, возникающий при ядерном взрыве, содержит быстрые и медленные нейтроны, воздействие которых на организм различно и отличается от воздействия гамма-излучений. Это учтено при использовании специальной единицы измерения - бэр (биологический эквивалент рентгена), учитывающей биологическую вредность излучения.

Доля нейтронов в общей дозе облучения при проникающей радиации меньше дозы гамма-излучения, но с уменьшением мощности ЯБП она увеличивается. Нейтроны вызывают наведенную радиацию в металлических предметах и грунте в районе взрыва. Радиус зоны поражения проникающей радиацией значительно меньше радиусов поражения ударной волной и световым импульсом.

От воздействия проникающей радиации темнеет оптика, засвечиваются фотоматериалы, происходят обратимые или необратимые изменения в материалах и элементах аппаратуры [46].

Радиоактивное заражение местности - это заражение поверхности земли, атмосферы, водоемов и других объектов радиоактивными веществами, выпавшими из облака, образованного ядерным взрывом. Источниками РЗ являются: радионуклиды, образовавшиеся как продукт ядерной реакции; не прореагировавшая часть ядерного горючего; наведенная радиоактивность в районе ядерного взрыва. Ослабление радиации характеризуется коэффициентом ее ослабления веществом экрана (см. табл. 5.8).

РЗ отличается масштабом и продолжительностью воздействия, скрытностью поражения и спадом уровня радиации со временем. Общая активность продуктов деления определяется соотношениями: А_β = q*10⁸ Ки; А_γ = 0,4*q*10⁸ Ки, где А_β и А_γ соответственно бета- и гамма-активность.

Плотность выпадения РА частиц на местности уменьшается с увеличением расстояния от центра выброса. При этом ближе к центру выброса выпадают относительно крупные РА частицы (свыше 50 мкм). Время выпадения частиц соответствующего размера в воздушной среде указано в табл. 6.2.

Таблица 6.2

Время выпадения на поверхность Земли частиц разного диаметра с высоты 24 км

Плотность РЗ данного участка территории зависит от количества выпавших РА частиц на единицу площади, их активности, дисперсного состава и времени, прошедшего после взрыва (выброса), и выражается в Ки/км² или Ки/м².

Каждый изотоп распадается со своей скоростью, то есть за единицу времени распадается определенное число атомов изотопа. Удобно использовать понятие «период полураспада» (Т), то есть время, в течение которого распадается половина общего числа атомов. Период полураспада постоянен для данного изотопа (никакими техническими средствами ускорить или замедлить распад изотопа невозможно).

Наибольшее РЗ наблюдается при наземном ядерном взрыве: при низком воздушном оно составляет до 50%, а при высоком воздушном - до 20% величины РЗ от наземного ядерного взрыва. Опасность получения лучевой болезни на территории определяется q помощью приборов радиационной разведки (см. гл. 8). Полезно знать ориентировочные соотношения между мощностью дозы и активностью изотопа: 1 Ки/м² эквивалентен 10 Р/ч; 1 Р/ч соответствует загрязнению 10 мКи/см².

Степень заражения на следе РА облака неодинакова: выделяют четыре зоны, каждая из которых характеризуется дозой облучения, которая может быть получена за время полного распада выпавших здесь РВ (рис. 6.2).

Зона умеренного заражения, или зона А (наносится на карту синим цветом). Внешняя ее граница определена дозой облучения 40 рад. Зона А занимает до 80% площади всего следа.

Зона сильного заражения (наносится зеленым цветом) - зона Б. Доза облучения на ее внешней границе (одновременно это является внутренней границей зоны А) составляет 400 рад. Зона занимает до 12% площади РА следа.

Зона опасного заражения, или зона В, наносится на карту коричневым цветом. Доза облучения на ее внешней границе достигает 1200 рад. Зона занимает до 8% площади следа.

Зона чрезвычайно опасного заражения, или зона Г, наносится на карту черным цветом. Доза облучения на ее внешней границе составляет 4000 рад, а внутри зоны достигает 10 000 рад. Зона занимает до 3% площади следа РЗ.

Размеры зон РЗ зависят от мощности ЯБП, метеоусловий и, особенно существенно, - от средней скорости ветра.

В условиях сильного запыления РА продукты проникают внутрь организма и могут всасываться в кровь, а затем с потоком крови разноситься по органам и тканям. Изотопы цезия относительно равномерно распределяются в организме; йода – откладываются преимущественно в щитовидной железе, стронция и бария - в костной ткани, группы лантаноидов - в печени.

Рис. 6.2. Распределение уровней радиации по следу радиоактивного облака:

1 - след радиоактивного облака; 2 - ось следа; 3 - уровень радиации вдоль оси следа; 4 - уровень радиации по ширине следа

В результате воздействия (β-излучения изотопов, накопленных в органах и тканях, организм получает изнутри определенные дозы излучения, что и обусловливает их биологический эффект. Надо знать, что «поглощающая» доза должна быть значительной по сравнению с дозой общего облучения всего организма (так, минимальное поражающее действие на желудочно-кишечный тракт возникает при «поглощенной» дозе в 4,5 Гр, но эта же доза при общем облучении организма вызывает у 50% облученных смертельный исход). Частичное разрушение щитовидной железы наблюдается при «поглощенной» дозе более 10 Гр.

Всасывание в кровь РА продуктов зависит от физико-химических свойств и характера грунта в районе взрыва. При наземном взрыве на силикатных грунтах растворимость РА продуктов в биологической среде составляет до 2%, а при взрывах на карбонатных грунтах - до 100%. С учетом резорбции отдельных радионуклидов в кровь могут всасываться продукты взрыва от долей процента (силикатные почвы) до 25% (карбонатные). Принято считать, что 62,5% находящихся в воздухе частиц поступает в желудок, а 12,5% - задерживается в легких. Имеются данные, что органическое повреждение при ингаляции наступает лишь в том случае, если доза внешнего γ-излучения уже близка к смертельной, то есть ингаляционный путь поступления РА изотопов безопасней, чем внешнее γ-облучение (задача 5.2).

Концентрация РА продуктов в водоемах зависит от растворимости частиц и глубины слоя воды. При взрывах на силикатных грунтах растворимость РА продуктов низка, а на карбонатных почвах она может быть почти полной, то есть в зоне В при наземных ядерных взрывах на карбонатных фунтах употребление воды из открытых водоемов (особенно непроточных) опасно в течение первых 10 суток. Однако вырытые даже на загрязненной территории колодцы - из-за высоких сорбционных свойств грунта - могут обеспечить водой, годной для питья. Радиоактивность воды в открытых водоемах при выпадении РА осадков зависит от плотности их выпадения, растворимости в воде и глубины водоема.

Как показал опыт проведенного США испытания термоядерного устройства на атолле Бикини (1.03.1954 г., наземный взрыв мощностью 15 Мт), РА осадки вызвали облучение людей в ряде объектов (табл. 6.3).

Все облученные рыбаки японской шхуны заболели лучевой болезнью разной степени тяжести с развитием лучевых дерматитов (β-ожоги кожи) от контактного воздействия РА пепла. У жителей атолла Ронгелап были зарегистрированы симптомы лучевой болезни легкой степени и у 90% облученных кожные поражения, из них у 20% - язвенные поражения. Заболевания жителей атолла Ронгерик и американцев с атолла Утирик характеризовались болезненной реакцией крови на облучение и кожными поражениями, причем почти у 5% жителей - язвенными. Отсутствие язвенных поражений кожи у американского персонала можно объяснить тем, что только они знали о времени взрыва (укрылись в сооружениях, произвели смену белья и одежды, эвакуированы в более короткий срок после начала выпадения РА осадков, раньше провели спецобработку).

Таблица 6.3

Число людей, подвергшихся РА облучению

Люди могут подвергаться однократному или неоднократному (повторному) облучению. При этом суммарная доза облучения может превысить допустимую, установленную для данного контингента. Важным фактором является время облучения: успевает ли организм «ликвидировать» последствия своего радиационного поражения. Считается, что при 10%-ном радиационном поражении организм не может полностью себя восстановить, так как это порог, вызывающий отдаленные последствия облучения.

Электромагнитный импульс. Ядерный взрыв сопровождается электромагнитным излучением в виде мощного и весьма короткого импульса. При ядерном взрыве в окружающую природную среду одномоментно испускается огромное количество гамма-квантов и нейтронов, которые взаимодействуют с ее атомами, сообщая им импульс энергии. Эта энергия идет на ионизацию атомов и сообщение электронам и ионам поступательного движения от центра взрыва. Так как масса электрона значительно меньше массы атома, то электроны приобретают высокую скорость, а ионы остаются практически на месте.

Эти электроны называют первичными. Их энергии достаточно для дальнейшей ионизации среды, причем каждый первичный (быстрый) электрон образует до 30 000 вторичных (медленных) электронов и положительных ионов. Под действием электрического поля от оставшихся положительных ионов вторичные электроны начинают двигаться к центру взрыва и вместе с положительными вторичными ионами создают электрические поля и токи, компенсирующие первичные. Из-за огромной разницы в скоростях первичных и вторичных электронов процесс компенсации длится значительно дольше, чем процесс их возникновения. В результате возникают кратковременные электрические и магнитные поля, которые и представляют собой электромагнитный импульс (ЭМИ), что характерно лишь для ядерного взрыва.

Нейтроны в районе взрыва захватываются атомами азота воздуха, создавая при этом гамма-излучение, механизм воздействия которого на окружающий воздух аналогичен первичному гамма-излучению, то есть способствует поддержанию электромагнитных полей и токов.

С высотой плотность атмосферного воздуха уменьшается, и в месте взрыва наблюдается асимметрия в распределении электрического заряда. Этому может способствовать и асимметрия потока гамма-квантов, различная толщина оболочки ЯБП и наличие магнитного поля Земли. Вследствие указанных причин электромагнитные поля теряют сферическую симметрию и при наземном ядерном взрыве приобретают вертикальную направленность.

Основными параметрами ЭМИ (рис. 6.3), определяющими его поражающее действие, являются: форма импульса (характер изменения напряженности электрической и магнитной составляющих поля во времени) и амплитуда импульса (максимальная величина напряженности поля). На рис. 6.3 по оси ординат дано отношение напряженности электрического поля (Е) для наземного взрыва к максимальной напряженности поля в начальный момент взрыва. Это одиночный однополярный импульс с очень крутым передним фронтом (с длительностью в сотые доли микросекунды). Его спад происходит по экспоненциальному закону, подобно импульсу от молниевого разряда, в течение нескольких десятков миллисекунд. Диапазон частот ЭМИ простирается до 100 МГц, но основная его энергия приходится на частоты 10...15 кГц.