Уражальні чинники ядерного вибуху

Утворення головної ударної хвилі (ефект Маху) при вибуху 20 кт

Руйнування в Хіросімі внаслідок атомного бомбардування

Жертва ядерного бомбардування Хіросіми

Світлове випромінювання — це потік променистої енергії, що включає ультрафіолетову, видиму та інфрачервону області спектра . Джерелом світлового випромінювання є область вибуху, що світиться — нагріті до високих температур і частини боєприпасу, що випарувалися, навколишнього ґрунту і повітря. При повітряному вибуху область, що світиться, являє собою кулю, при наземному — півсферу.

Максимальна температура поверхні області, що світиться, становить зазвичай 5700-7700 °C. Коли температура знижується до 1700 °C, свічення припиняється. Світловий імпульс триває від часток секунди до кількох десятків секунд, залежно від потужності та умов вибуху. Приблизно, тривалість світіння в секундах дорівнює кореня третього ступеня потужності вибуху в кілотоннах. При цьому інтенсивність випромінювання може перевищувати 1000 Вт/см2 (для порівняння — максимальна інтенсивність сонячного світла 0,14 Вт/см2).

Результатом дії світлового випромінювання може бути займання та займання предметів, оплавлення, обвуглювання, великі температурні напруження в матеріалах.

При впливі світлового випромінювання на людину виникає ураження очей та опіки відкритих ділянок тіла, а також може виникнути ураження та захищених одягом ділянок тіла.

Захистом від впливу світлового випромінювання може бути довільна непрозора перешкода.

У разі наявності туману, серпанку, сильної запиленості та/або задимленості вплив світлового випромінювання також знижується.

Більшість руйнувань, завданих ядерним вибухом, викликається впливом ударної хвилі. Ударна хвиля є стрибком ущільнення в середовищі, який рухається з надзвуковою швидкістю (більше 350 м/с для атмосфери). Під час атмосферного вибуху стрибок ущільнення — це невелика зона, в якій відбувається майже миттєве підвищення температури, тиску та густини повітря. Безпосередньо за фронтом ударної хвилі відбувається зниження тиску та щільності повітря, від невеликого зниження далеко від центру вибуху та майже до вакууму всередині вогненної сфери. Наслідком цього зниження є зворотний хід повітря та сильний вітер вздовж поверхні зі швидкостями до 100 км/год та більше до епіцентру.[3] Ударна хвиля руйнує будівлі, споруди і вражає незахищених людей, а близько до епіцентру наземного або дуже низького повітряного вибуху породжує потужні сейсмічні коливання, здатні зруйнувати або пошкодити підземні споруди і комунікації, травмувати людей, що в них знаходяться.

Більшість будівель, крім спеціально укріплених, серйозно пошкоджуються або руйнуються під впливом надлишкового тиску 2160-3600 кг/м2 (0,22-0,36 атм/0,02-0,035 МПа).

Енергія розподіляється по всій пройденій відстані, тому сила впливу ударної хвилі зменшується пропорційно кубу відстані від епіцентру.

Захистом від ударної хвилі для людини є сховища . На відкритій місцевості вплив ударної хвилі знижується різними поглибленнями, перешкодами, складками місцевості.

На Заході, як окремий фактор, що відноситься до ударної хвилі, виділяють уламки скла: вибиті ударною хвилею скла розлітаються на уламки, що летять убік від вибуху, і здатні серйозно травмувати і навіть вбити за склом.

Проникаюча радіація (іонізуюче випромінювання) є гамма-променями і потоком нейтронів, що випускаються із зони ядерного вибуху протягом одиниць або десятків секунд.

Радіус ураження проникаючої радіації при вибухах в атмосфері менше, ніж радіуси ураження світлового випромінювання і ударної хвилі, оскільки вона сильно поглинається атмосферою. Проникаюча радіація вражає людей лише на відстані 2-3 км від місця вибуху, навіть для великих за потужністю зарядів, проте ядерний заряд може бути спеціально сконструйований таким чином, щоб збільшити частку проникаючої радіації для заподіяння максимальної шкоди живій силі (так звана нейтронна зброя). На великих висотах, у стратосфері та космосі проникаюча радіація та електромагнітний імпульс — основні вражаючі фактори.

Проникаюча радіація може викликати оборотні та незворотні зміни в матеріалах, електронних, оптичних та інших приладах за рахунок порушення кристалічних ґрат речовини та інших фізико-хімічних процесів під впливом іонізуючих випромінювань.

Захистом від проникаючої радіації є різні матеріали, що послаблюють гамма-випромінювання і потік нейтронів. Різні матеріали по-різному реагують на ці випромінювання та по-різному захищають.

Від гамма-випромінювання добре захищають матеріали, що мають елементи з високою атомною масою (залізо, свинець, низькозбагачений уран), але ці елементи дуже погано поводяться під нейтронним випромінюванням: нейтрони відносно добре проходять і при цьому генерують вторинні захватні гамма-промені, а також активують радіонукліди, надовго роблячи самий захист радіоактивного (наприклад, залізну броню танка; свинець не виявляє вторинної радіоактивності). Приклад шарів половинного ослаблення проникаючого гамма-випромінювання[4] : свинець 2 см, сталь 3 см, бетон 10 см, кам'яна кладка 12 см, ґрунт 14 см, вода 22 см, деревина 31 см.

Нейтронне випромінювання, у свою чергу, добре поглинається матеріалами, що містять легкі елементи (водень, літій, бор), які ефективно і з малим пробігом розсіюють і поглинають нейтрони, при цьому не активуються і набагато менше видають вторинне випромінювання. Шари половинного ослаблення нейтронного потоку: вода, пластмаса 3 — 6 см, бетон 9 — 12 см, ґрунт 14 см, сталь 5 — 12 см, свинець 9 — 20 см, дерево 10 — 15 см. Найкраще матеріалів поглинають нейтрони водень (але в газоподібному стані він має малу щільність), гідрид літію та карбід бору.

Ідеального однорідного захисного матеріалу від усіх видів проникаючої радіації немає, для створення максимально легкого та тонкого захисту доводиться поєднувати шари різних матеріалів для послідовного поглинання нейтронів, а потім первинного та захватного гамма-випромінювання (наприклад, багатошарова броня танків, в якій враховано і радіаційний захист; захист оголовків шахтних пускових установок із ємностей з гідратами літію та заліза з бетоном), а також застосовувати матеріали з добавками. Універсальні бетон, що широко використовуються в будівництві захисних споруд, і зволожене грунтове засипання, що містять і водень і відносно важкі елементи. Дуже хороший для будівництва бетон з добавкою бору (20 кг B ₄ C на 1 м³ бетону), при однаковій товщині зі звичайним бетоном (0,5-1 м) він забезпечує в 2-3 рази кращий захист від нейтронної радіації і підходить для захисту від нейтронної зброї[5].

Заграва, що виникла внаслідок висотного ядерного вибуху Starfish Prime

При ядерному вибуху внаслідок сильних струмів в іонізованому радіацією та світловим випромінюванням у повітрі виникає сильне змінне електромагнітне поле, яке називається електромагнітним імпульсом (ЕМІ). Хоча воно й не впливає на людину, вплив ЕМІ ушкоджує електронну апаратуру, електроприлади та лінії електропередач. Крім цього, велика кількість іонів, що виникла після вибуху, перешкоджає поширенню радіохвиль та роботі радіолокаційних станцій . Цей ефект може бути використаний для засліплення системи попередження про ракетний напад .

Сила ЕМІ змінюється в залежності від висоти вибуху: в діапазоні нижче 4 км він відносно слабкий, сильніший при вибуху 4-30 км, і особливо сильний при висоті підриву більше 30 км (див., наприклад, експеримент з висотного підриву ядерного заряду Starfish Prime) .

Виникнення ЕМІ відбувається таким чином:

1. Проникаюча радіація, що виходить із центру вибуху, проходить через протяжні провідні предмети.
2. Гамма-кванти розсіюються на вільних електронах, що призводить до появи струмового імпульсу, що швидко змінюється в провідниках.
3. Викликане струмовим імпульсом поле випромінюється в навколишній простір і поширюється зі швидкістю світла, з часом спотворюючись і затухаючи.

Під впливом ЕМІ у всіх не екранованих протяжних провідниках індукується напруга, і що довше провідник, то вище напруга. Це призводить до пробою ізоляції та виходу з ладу електроприладів, пов'язаних із кабельними мережами, наприклад, трансформаторні підстанції тощод.

Велике значення ЕМІ має за висотного вибуху від 100 км і більше. При вибуху в приземному шарі атмосфери не надає вирішального ураження малочутливої електротехніки, його радіус дії перекривається іншими факторами, що вражають. Але воно може порушити роботу і вивести з ладу чутливу електроапаратуру та радіотехніку на значних відстанях — аж до кількох десятків кілометрів від епіцентру потужного вибуху, де інші фактори вже не приносять руйнівного ефекту. Може вивести з ладу незахищену апаратуру в міцних спорудах, розрахованих великі навантаження від ядерного вибуху (наприклад ШПУ). На людей вражаючого впливу не робить[6] .

Кратер від вибуху 104-кілотонного заряду. Викиди ґрунту також є джерелом зараження

Радіоактивне зараження — це результат випадання з піднято в повітря хмари значної кількості радіоактивних речовин. Три основних джерела радіоактивних речовин у зоні вибуху — продукти розподілу ядерного пального, частина ядерного заряду, що не вступила в реакцію, і радіоактивні ізотопи, що утворилися в грунті та інших матеріалах під впливом нейтронів (наведена радіоактивність).

Осідаючи на поверхню землі у напрямку руху хмари, продукти вибуху створюють радіоактивну ділянку, яку називають радіоактивним слідом. Щільність зараження у районі вибуху і слідом руху радіоактивної хмари зменшується в міру віддалення від центру вибуху. Форма сліду може бути найрізноманітнішою залежно від навколишніх умов, наприклад, швидкості та напрямки вітру.

Радіоактивні продукти вибуху випускають три види випромінювання: альфа-, бета- та гамма-. Час їхнього впливу на навколишнє середовище дуже тривалий. У зв'язку з природним процесом радіоактивного розпаду інтенсивність випромінювання зменшується, особливо різко це відбувається у перші години після вибуху.

Ураження людей та тварин впливом радіаційного зараження може викликатися зовнішнім та внутрішнім опроміненням. Тяжкі випадки можуть супроводжуватися променевою хворобою та летальним результатом.

Установка на бойову частину ядерного заряду оболонки з кобальту спричиняє зараження території небезпечним ізотопом ⁶⁰ Co (гіпотетична брудна бомба).

Ядерний вибух у населеному пункті, як і інші катастрофи, пов'язані з великою кількістю жертв, руйнуванням шкідливих виробництв та пожежами, призведе до важких умов у районі його дії, що буде вторинним фактором, що вражає. Люди, що навіть не отримали значних уражень безпосередньо від вибуху, з великою ймовірністю можуть загинути від інфекційних захворювань[7] та хімічних отруєнь. Велика можливість згоріти в пожежах або просто розбитися при спробі вийти із завалів.

Ядерна атака атомної електростанції може підняти у повітря значно більше радіоактивних речовин, ніж може дати сама бомба. При прямому попаданні заряду та випаровуванні реактора або сховища радіоактивних матеріалів площа земель, протягом багатьох десятків років непридатних для життя, буде в сотні та тисячі разів більша за площу зараження від наземного ядерного вибуху. Наприклад, при випаровуванні реактора потужністю 100 МВт ядерним вибухом в 1 мегатонну, і просто при наземному ядерному вибуху 1 Мт, співвідношення площ території із середньою дозою 2 рад (0,02 Грей) на рік буде наступним: через 1 рік після атаки — 130 000 км² та 15 000 км²; через 5 років — 60 000 км² та 90 км²; через 10 років — 50 000 км² та 15 км²; через 100 років — 700 км² і 2 км²[8] .

Люди, які опинилися в районі дії вибуху, крім фізичних пошкоджень, зазнають потужного психологічного пригнічуючого впливу від жахливого виду картини ядерного вибуху, що розгортається, катастрофічності руйнувань і пожеж, зникнення звичного ландшафту, безлічі загиблих, понівечених, вмираючих людей, що розкладаються трупів, загибелі рідних і близьких, усвідомлення заподіяної шкоди своєму організму і жаху настає смерті від променевої хвороби . Результатом такого впливу серед тих, хто вижив після катастрофи, є розвиток гострих психозів, а також клаустрофобних синдромів через усвідомлення неможливості вийти на поверхню землі, стійких кошмарних спогадів, що впливають на все подальше існування. У Японії є окреме слово, що означає людей, які стали жертвами ядерних бомбардувань — " Хібакуся ".

• Уражальні фактори ядерного вибуху
• Фільм «Ядерний полігон» Радянський навчальний фільм «Ядерний полігон» про вражаючі фактори ядерного вибуху