3. БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ В ЧРЕЗВЫЧАЙНЫХ СИТУАЦИЯХ

 

3.2. Ядерные взрывы

 

3.2.1. Классификация ядерных взрывов

 

Ядерное оружие разработана в США во время Второй мировой войны в основном усилиями европейских ученых (Эйнштейн, Бор, Ферми и др.). Первое испытание этого оружия произошло в США на полигоне Аламогордо 16 июля 1945 г. (в это время в побежденной Германии проходила Потсдамская конференция). А только через 20 дней, 6 августа 1945 г., на японский город Хиросиму без всякой военной необходимости и целесообразности была сброшена атомная бомба колоссальной для того времени мощности - 20 килотонн. Через три дня, 9 августа 1945 г., атомной бомбардировке было подвергнуто второй японский город - Нагасаки. Последствия ядерных взрывов были ужасные. В Хиросиме с 255 тыс. жителей были убиты или ранены почти 130 тыс. человек. Из почти 200 тыс. жителей Нагасаки было поражено свыше 50 тыс. человек.

Потом ядерное оружие была изготовлена и испытывалась в СССР (1949), в Великобритании (1952), во Франции (1960), в Китае (1964). Сейчас в научно-техническом отношении к производству ядерного оружия готовы более 30 государств мира.

Теперь существуют ядерные заряды, которые используют реакцию деления урана-235 и плутония-239 и термоядерные заряды, в которых используется (во время взрыва) реакция синтеза. При захвате одного нейтрона ядро урана-235 делится на два осколка, выделяя гамма - кванты и еще два нейтроны (2,47 нейтрона для урана-235 и 2,91 нейтрона для плутония - 239). Если масса урана больше треть, то эти два нейтроны делят еще два ядра, выделяя уже четыре нейтроны. После разделения следующих четырех ядер выделяются восемь нейтронов и т.д. Происходит цепная реакция, которая приводит к ядерному взрыву.

Классификация ядерных взрывов:

- по типу заряда:

- ядерные (атомные) - реакция деления;

- термоядерные - реакция синтеза;

- нейтронные - большой поток нейтронов;

- комбинированные.

- по назначению:

- испытательные;

- в мирных целях;

- в военных целях;

- по мощности:

- сверхмалые (менее 1 тыс. т. тротила);

- малые (1 - 10 тыс. т.);

- средние (10-100 тыс. т);

- крупные (100 тыс. т. -1 Мт);

- сверхкрупные (свыше 1 Мт).

- по виду взрыва:

- высотный (свыше 10 км);

- воздушный (световая облако не достигает поверхности Земли);

- наземный;

- надводный;

- подземный;

- подводный.

Поражающее факторы ядерного взрыва. Поражающими факторами ядерного взрыва являются:

- ударная волна (50 % энергии взрыва);

- световое излучение (35 % энергии взрыва);

- проникающая радиация (45 % энергии взрыва);

- радиоактивное заражение (10 % энергии взрыва);

- электромагнитный импульс (1% энергии взрыва);

Ударная волна (УХ) (50% энергии взрыва). УХ - это зона сильного сжатия воздуха, которая распространяется со сверхзвуковой скоростью во все стороны от центра взрыва. Источником ударной волны является высокое давление в центре взрыва, достигает 100 млрд. кПа. Продукты взрыва, а также очень нагретый воздух, расширяясь, сжимают окружающий слой воздуха. Этот сжатый слой воздуха и сжимает следующий слой. Таким образом давление передается от одного слоя к другому, создавая УХ. Передний рубеж сжатого воздуха называется фронтом УХ.

Основными параметрами УХ являются:

- избыточное давление;

- скоростной напор;

- время действия ударной волны.

Избыточное давление - это разность между максимальным давлением во фронте УХ и атмосферным давлением.

 

 

 

Г_ф=Г_ф.макс-Р₀

Измеряется в кПа или кгс/см² (1 агм = 1,033 кгс/см² = = 101,3 кПа; 1 атм = 100 кПа).

Значение избыточного давления в основном зависит от мощности и вида взрыва, а также от расстояния до центра взрыва.

Оно может достигать 100 кПа при взрывах мощностью 1 мт и более.

Избыточное давление быстро уменьшается с удалением от эпицентра взрыва.

 

 

Скоростной напор воздуха - это динамическая нагрузка, которое создает поток воздуха, обозначается Р, измеряется в кПа. Величина скоростного напора воздуха зависит от скорости и плотности воздуха за фронтом волны и тесно связана с значением максимального избыточного давления ударной волны. Скоростной напор заметно действует при избыточном давлении свыше 50 кПа.

Время действия ударной волны (избыточного давления) измеряется в секундах. Чем больше время действия, тем большее поражающее действие УХ. УХ ядерного взрыва средней мощности (10-100 кт) проходит 1000 м за 1,4 с, 2000 м-за 4 с; 5000 м. - за 12 с. УХ поражает людей и разрушает здания, сооружения, объекты и технику связи.

На незащищенных людей ударная волна воздействует непосредственно и опосредованно (косвенные поражения - это поражения, которые наносятся человеку обломками зданий, сооружений, осколками стекла и другими предметами, которые под действием скоростного напора воздуха перемещаются с большой скоростью). Травмы, которые возникают вследствие действия ударной волны, подразделяют на:

- легкие, характерные для РФ=20 - 40 кПа;

- /span> средние, характерные для РФ=40 - 60 кПа:

- тяжелые, характерные для РФ=60 - 100 кПа;

- очень тяжелые, характерные для РФ выше 100 кПа.

При взрыве мощностью в 1 Мт незащищенные люди могут получить легкие травмы, находясь от эпицентра взрыва за 4,5 - 7 км, тяжелые - по 2 - 4 км.

Для защиты от УХ используются специальные хранилища, а также подвалы, подземные выработки, шахты, естественные укрытия, складки местности и др.

Объем и характер разрушения зданий и сооружений зависит от мощности и вида взрыва, расстояния от эпицентра взрыва, прочности и размеров зданий и сооружений. Из наземных зданий и сооружений наиболее стойкими являются монолитные железобетонные сооружения, дома с металлическим каркасом и здания антисейсмической конструкции. При ядерном взрыве мощностью 5 Мт железобетонные конструкции разрушатся в радиусе 6,5 км., кирпичные дома - до 7,8 км., деревянные будут полностью разрушены в радиусе 18 км.

УХ имеет свойство проникать в помещения через оконные и дверные проемы, вызывая разрушение перегородок и аппаратуры. Технологическое оборудование устойчивее и разрушается главным образом в результате обрушения стен и перекрытия домов, в которых оно смонтировано.

Световое излучение (35 % энергии взрыва). Световое излучение (СВ) является электромагнитным излучением в ультрафиолетовой, видимой и инфракрасной областях спектра. Источником СВ является светящаяся область, которая распространяется со скоростью света (300 000 км/с). Время существования светящейся области зависит от мощности взрыва и составляет для зарядов различных калибров: надмалого калибра - десятые части секунды, среднего - 2 - 5 с, сверхбольшого - несколько десятков секунд. Размер светящейся области для надмалого калибра - 50-300 м, среднего 50 - 1000 м, сверхбольшого - несколько километров.

Основным параметром, характеризующим СВ, является световой импульс. Измеряется в калориях на 1 см² поверхности, расположенной перпендикулярно направлению прямого излучения, а также в кілоджоулях на м²:

1 кал/см² = 42 кДж/м².

В зависимости от величины воспринятого светового импульса и глубины поражения кожного покрова у человека возникают ожоги трех степеней:

- ожоги i степени характеризуются покраснением кожи, припухлостью, болезненностью, вызываются световым импульсом 100-200 кДж/м²;

- ожоги II степени (волдыри) возникают при световом импульсе 200...400 кДж/м²;

- ожоги III степени (язвы, омертвения кожи) появляются при величине светового импульса 400-500 кДж/м².

Большая величина импульса (более 600 кДж/м²) вызывает обугливание кожи.

Во время ядерного взрыва 20 кт опеки И степени будут наблюдаться в радиусе 4,0 км., 11 степени - в пределах 2,8 кт, III степени - в радиусе 1,8 км.

При мощности взрыва 1 Мт эти расстояния увеличиваются до 26,8 км., 18,6 км., и 14,8 км. соответственно.

СВ распространяется прямолинейно и не проходит сквозь непрозрачные материалы. Поэтому любая преграда (стена, лес, броня, густой туман, холмы и т.п.) способна образовать зону тени, защищает от светового излучения.

Сильнейшим эффектом СВ являются пожары. На размер пожаров влияют такие факторы, как характер и состояние застройки.

При плотности застройки свыше 20% очаги пожара могут слиться в одну сплошную пожар.

Потери от пожара Второй мировой войне составили 80%. При известном бомбардировке Гамбурга одновременно підпалювалося 16 тыс. домов. Температура в районе пожаров достигала 800°С.

СВ значительно усиливает действие УХ.

Проникающая радиация (45% энергии взрыва) вызывается излучением и потоком нейтронов, которые распространяются на несколько километров вокруг ядерного взрыва, ионизируя атомы этой среды. Степень ионизации зависит от дозы излучения, единицей измерения которой служит рентген ( в 1 см сухого воздуха при температуре и давлении 760 мм рт. ст. образуется около двух миллиардов пар ионов). Ионизирующая способность нейтронов оценивается в экологических эквивалентах рентгена (Бэр - доза нейтронов, влияние которых равна влиятельные рентгена излучение).

Влияние проникающей радиации на людей вызывает у них лучевую болезнь. Лучевая болезнь i степени (общая слабость, тошнота, головокружение, спітнілість) развивается в основном при дозе 100 - 200 рад.

Лучевая болезнь II степени (рвота, резкая головная боль) возникает при дозе 250-400 советов.

Лучевая болезнь III степени (50% умирает) развивается при дозе 400 - 600 рад.

Лучевая болезнь IV степени (в основном наступает смерть) возникает при облучении свыше 600 советов.

При ядерных взрывах малой мощности влияние проникающей радиации значительнее, чем УХ и светового облучения. С увеличением мощности взрыва относительная доля поражений проникающей радиации уменьшается, поскольку возрастает число травм и ожогов. Радиус поражения проникающей радиацией ограничивается 4 - 5 км. независимо от увеличения мощности взрыва.

Проникающая радиация существенно влияет на эффективность работы радиоэлектронной аппаратуры и систем связи. Импульсное излучение, поток нейтронов нарушают функционирование многих электронных систем, особенно тех, что работают в импульсном режиме, вызывая перерыва в электроснабжении, замыкания в трансформаторах, повышение напряжения, искажения формы и величины электрических сигналов.

При этом излучение вызывает временные перерывы в работе аппаратуры, а поток нейтронов - необратимые изменения.

Для диодов при плотности потока 1011 (германиевые) и 1012 (кремниевые) нейтронов/эм² изменяются характеристики прямого и обратного токов.

В транзисторах уменьшается коэффициент усиления тока и увеличивается обратный ток коллектора. Кремниевые транзисторы более устойчивы и сохраняют свои укрепляющие свойства при потоках нейтронов свыше 1014 нейтронов/см².

Электровакуумные приборы устойчивы и сохраняют свои свойства до плотности потока 571015 - 571016 нейтронов/ см².

Резисторы и конденсаторы стойкие к плотности 1018 нейтронов/см². Потом у резисторов изменяется проводимость, у конденсаторов увеличиваются утечки и потери, особенно для електролічильних конденсаторов.

Радиоактивное заражение (до 10% энергии ядерного взрыва) возникает через наведенную радиацию, выпадение на землю осколков деления ядерного заряда и части остаточного урана-235 или плутония-239.

Радиоактивное заражение местности характеризуется уровнем радиации, который измеряется в рентгенах в час.

Выпадение радиоактивных веществ продолжается при движении радиоактивного облака под воздействием ветра, вследствие чего на поверхности земли образуется радиоактивный след в виде полосы зараженной местности. Длина следа может достигать нескольких десятков километров и даже сотен километров, а ширина - десятков километров.

В зависимости от степени заражения и возможных последствий облучения выделяют 4 зоны: умеренного, сильного, опасного и чрезвычайно опасного заражения.

Для удобства решения проблемы оценки радиационной обстановки границы зон принято характеризовать уровнями радиации на 1 час после взрыва (Р_а) и 10 ч после взрыва, Р₁₀. Также устанавливают значения доз гамма-излучения Д, которые получают за время от 1 часа после взрыва до полного распада радиоактивных веществ.

Зона умеренного заражения (зона А) - Д = 40,0-400 рад. Уровень радиации на внешней границе зоны Г_в = 8 Р/ч., Р₁₀ = 0,5 Р/ч. В зоне А работы на объектах, как правило, не останавливаются. На открытой местности, расположенной в середине зоны или у ее внутренней границы, работы прекращаются на несколько часов.

Зона сильного заражения (зона Б) - Д = 4000-1200 советов. Уровень радиации на внешней границе Г_в = 80 Р/ч., Р₁₀ = 5 Р/ч. Работы останавливаются на 1 сутки. Люди прячутся в убежищах или эвакуируются.

Зона опасного заражения (зона В) - Д = 1200 - 4000 рад. Уровень радиации на внешней границе Г_в = 240 Р/ч., Р₁₀ = 15 Р/ч. В этой зоне работы на объектах останавливаются от 1 до 3-4 суток. Люди эвакуируются или укрываются в защитных сооружениях.

Зона чрезвычайно опасного заражения (зона Г) на внешней границе Д = 4000 рад. Уровни радиации Г_в = 800 Р/ч., Р₁₀ = 50 Р/ч. Работы останавливаются на несколько суток и возобновляются после спада уровня радиации до безопасного значения.

Для примера на рис. 23 показаны размеры зон А, Б, В, Г, которые образуются во время взрыва мощностью 500 кт и скорости ветра 50 км/ч.

Характерной особенностью радиоактивного заражения при ядерных взрывах являются сравнительно быстрый спад уровней радиации.

 

 

Большое влияние на характер заражения производит высота взрыва. При высотных взрывах радиоактивное облако поднимается на значительную высоту, сносится ветром и рассеивается на большом пространстве.

 

Таблица

Зависимость уровня радиации от времени после взрыва

Время после взрыва, ч.		1		2		3		4		5		6		7		8		10		12		15		20		48
	Уровень радиации, %		100		43,5		27,0		19,0		14,5		11,6		9,7		7,15		6,3		5,05		3,9		2,7		0,96

Пребывания людей на зараженной местности вызывает их облучения радиоактивными веществами. Кроме того, радиоактивные частицы могут попадать внутрь организма, оседать на открытых участках тела, проникать в кровь через раны, царапины, вызывая тот или иной степень лучевой болезни.

Для условий военного времени безопасной дозой общего однократного облучения считаются следующие дозы: в течение 4 суток - не более чем 50 советов, 10 суток - не более 100 советов, 3 месяца - 200 советов, за год - не более 300 рад.

Для работы на зараженной местности используются средства индивидуальной защиты, при выходе из зараженной зоны проводится дезактивация, а люди подлежат санитарной обработке.

Для защиты людей используются убежища и укрытия. Каждая постройка оценивается коэффициентом ослабления К_услу , под которым понимают число, указывающее, во сколько раз доза облучения в хранилище меньше дозы облучения на открытой местности. Для каменных домов К_посуду - 10, автомобиля - 2, танк - 10, подвалов - 40, для специально оборудованных хранилищ он может быть еще большим (до 500).

Электромагнитный импульс (EMI) (1 % энергии взрыва) представляет собой кратковременный всплеск напряжения электрического и магнитного полей и токов вследствие движения электронов от центра взрыва, возникающие вследствие ионизации воздуха. Амплитуда EMI очень быстро уменьшается по экспоненте. Длительность импульса равна сотой части микросекунды (рис. 25). За первым импульсом вследствие взаимодействия электронов с магнитным полем Земли возникает второй, более длительный импульс.

 

 

Диапазон частот ЭМИ - до 100 м Гц, но в основном его энергия распределена возле средне-частотного диапазона 10-15 кГц. Поражающее действие EMI - несколько километров от центра взрыва. Так, при наземном взрыве мощностью 1 Мт вертикальная составляющая электрического поля EMI на расстоянии 2 км. от центра взрыва - 13 кВ/м, на 3 км - 6 кВ/м, 4 км - 3 кВ/м.

EMI непосредственно на тело человека не влияет.

При оценке воздействия на электронную аппаратуру EMI нужно учитывать и одновременное воздействие EMI - излучения. Под воздействием излучения увеличивается проводимость транзисторов, микросхем, а под влиянием EMI происходит их пробивания. EMI является чрезвычайно эффективным средством для повреждения электронной аппаратуры. В программе СОИ предусмотрено проведение специальных взрывов, при которых создается EMI, достаточный для уничтожения электроники.