§ 4.7. Поражающие факторы ядерного взрыва § 4.7.1. Ударная волна

Ударная волна ядерного взрыва - один из основных поражающих факторов. В зависимости от того, в какой среде возникает и распространяется ударная волна - в воздухе, воде или грунте, ее называют соответственно воздушной ударной волной, ударной волной в воде и сейсмовзрывной волной.

Воздушной ударной волной называется область резкого сжатия воздуха, распространяющаяся во все стороны от центра взрыва со сверхзвуковой скоростью. Переднюю границу волны, характеризующуюся резким скачком давления, называют фронтом ударной волны.

Избыточное давление во фронте ударной волны  Рф - разность между максимальным давлением во фронте ударной волны и нормальным атмосферным давлением перед этим фронтом. Единицей избыточного давления в системе СИ является Паскаль (Па), внесистемная единица - килограмм - сила на квадратный сантиметр (кгссм2). (1 Па = 1 нм2, 1 кПа = 0,01 кгссм2).

Обладая большим запасом энергии, ударная волна способна наносить поражения людям, разрушать различные сооружения, боевую технику и другие объекты на значительных расстояниях от места взрыва. На распространение ударной волны и ее разрушающее и поражающее действие существенное влияние могут оказать рельеф местности и лесные массивы в районе взрыва, а также метеоусловия.

Давление во фронте ударной волны на поверхности земли при взрыве ядерного боеприпаса мощностью 1 тыс. т. можно установить по графикам, приведенным на рис.4.7.

Расстояния, на которых при взрыве боеприпасов других мощностей действуют давления, равные давлениям, возникающим при взрыве боеприпаса в 1 тыс. т., можно установить, используя закон подобия:

где q0 = 1 тыс. т. Тогда R = R0 .

Следуя этому закону, можно определить радиусы зон выхода из строя людей, различных объектов, зон завалов в лесных массивах и населенных пунктах, зная степени разрушения элементов объекта при различных избыточных давлениях ударной волны (табл.4.2).

Таблица 4.2. Степени разрушения элементов объекта при различных избыточных давлениях ударной волны, кПа

№	Элементы объекта	Разрушения
		слабое	среднее	сильное	полное
1	Массивные промышленные здания	20 - 30	30 - 40	40 - 50	50 - 70
2	Бетонные и железобетонные здания и здания антисейсмической конструкции	25 - 35	80 - 120	150 - 200	200
3	Здания с легким металлическим каркасом и бескаркасной конструкции	10 - 20	20 - 30	30 - 50	50 - 70
4	Административные многоэтажные здания с металлическим или железобетонным каркасом	20 - 30	30 - 40	40 - 50	50 - 60
5	Кирпичные многоэтажные здания (3 этажа и более)	8 - 12	12 - 20	20 - 30	30 - 40
6	Станки тяжелые	25 - 40	40 - 60	60 - 70	-
7	Краны и крановое оборудование	20 - 30	30 - 50	50 - 70	70
8	Кабельные наземные линии	10 - 30	30 - 50	50 - 60	60
9	Кабельные подземные линии	200 - 300	300 - 600	600 - 1000	1500
10	Трубопроводы наземные	20	50	130	-
11	Трубопроводы на металлических или железобетонных эстакадах	20 - 30	30 - 40	40 - 50	-
12	Трубопроводы, заглубленные на 20 см	150 - 200	250 - 300	500	-
13	Автотранспорт	10	20	40	70
14	Мосты различных конструкций	30	40	50	90
15	Зоны завалов в лесах и населенных пунктах	30	50	70	80

Рис. 4.7. Воздушная ударная волна.

По американским данным, разрушения инженерных сооружений классифицируется по четырем степеням: полное разрушение - сооружение восстановлению не подлежит; сильное разрушение - для пользования сооружением требуется почти полная его перестройка (восстанавливать практически нецелесообразно); среднее разрушение - необходим капитальный ремонт; легкое повреждение - необходим незначительный ремонт или можно обойтись вообще без ремонта.

Разрушения лесов при ядерном воздействии характеризуется также четырьмя степенями. Полное разрушение леса - лес уничтожен, обломки отброшены, возможно вспучивание грунта. Сильное разрушение (сплошные завалы) - до 90 % всех деревьев повалено, оставшиеся деревья лишены ветвей и листьев, район непроходим для автотранспорта и других видов боевой техники, необходимо устройство проходов. Среднее разрушение (частичные завалы) - около 30 % деревьев повалено, оставшиеся деревья имеют редкие оголенные ветви, автотранспорт может пройти через зону после расчистки проходов. Легкое повреждение - повалено немного деревьев, сорвана часть листьев и ветвей, район проходим для войск, но первоначальные маскировочные свойства леса резко нарушены.

Поражения людей вызываются как непосредственным (прямым) воздействием ВУВ, так и косвенным.

При непосредственном воздействии ударной волны основной причиной появления травм у населения является мгновенное повышение давления воздуха, что воспринимается человеком как резкий удар. При этом возможны повреждения внутренних органов, разрыв кровеносных сосудов, барабанных перепонок, сотрясение мозга, различные переломы и т.д. Кроме того, скоростной напор воздуха, обусловливающий метательное действие ударной волны, может отбросить человека на значительное расстояние и причинить ему при ударе о землю (или препятствие) различные повреждения.

Метательное действие скоростного напора воздуха заметно сказывается в зоне с избыточным давлением более 50 кПа, где скорость перемещения воздуха более 100 мс, что в три раза превышает скорость ураганного ветра.

Характер и тяжесть поражения людей зависит от величины параметров ударной волны, положения человека в момент взрыва и степени его защищенности. При прочих равных условиях наиболее тяжелые поражения получают люди, находящиеся в момент прихода ударной волны вне укрытий в положении стоя. В этом случае площадь воздействия скоростного напора воздуха будет примерно в 6 раз больше, чем в положении человека лежа.

Поражения, возникающие под действием ударной волны, подразделяются на легкие, средние, тяжелые, и крайне тяжелые (смертельные).

Легкие поражения возникают при избыточном давлении во фронте ударной волны Рф = 20 - 40 кПа и характеризуются легкой контузией, временной потерей слуха, ушибами и вывихами.

Средние поражения возникают при избыточном давлении во фронте ударной волны Рф = 40 - 60 кПа и характеризуются травмами мозга с потерей человеком сознания, повреждением органов слуха, кровотечениями из носа и ушей, переломами и вывихами конечностей.

Тяжелые и крайне тяжелые поражения возникают при избыточных давлениях соответственно Рф  60 - 100 кПа и Рф  100 кПа и сопровождаются травмами мозга с длительной потерей сознания, повреждением внутренних органов, тяжелыми переломами конечностей и т.д.

Косвенное воздействие ударной волны заключается в поражении людей летящими обломками зданий и сооружений, камнями, деревьями, битыми стеклами и другими предметами, увлекаемыми ею.

Особенностью действия ударной волны является ее способность затекать внутрь негерметичных конструкций через воздухозаборные трубы, отдушины, наносить там разрушения и поражать там людей. Во избежание поражения людей затекающей волной воздухозаборные каналы убежищ снабжаются волногасительными устройствами (клапанами-отсекателями).

Надежной защитой от ударной волны являются убежища. При их отсутствии используются ПРУ, подземные выработки, рельеф местности.

Рассмотрим пример, как воспользоваться таблицей и графиками для определения степени поражения объектов.

Пусть произошел воздушный ядерный взрыв боеприпаса мощностью 1 млн. т. Определить радиусы слабых, средних, сильных и полных разрушений зданий с легкими металлическими каркасами.

По таблице 4.2. находим, что слабые разрушения данных зданий наступят при Рф  20 кПа, средние разрушения - при 30 кПа, сильные разрушения - при 50 кПа и полные разрушения - при 70 кПа. Используя закон подобия определяем, что радиусы, на которых произойдут эти разрушения, будут определены по формуле:

Определяем величины радиусов R0 для этих разрушений по рис.4.7. при взрыве боеприпаса мощностью 1 тыс. т. (воздушный взрыв):

• для Р_ф  20 кПа (слабые разрушения) R₀ = 850 м.

• для Р_ф  30 кПа (средние разрушения) R₀ = 650 м.

• для Р_ф  50 кПа (сильные разрушения) R₀ = 450 м.

• для Р_ф  70 кПа (полные разрушения) R₀ = 350 м.

Тогда, расстояния, на которых произойдут слабые, средние, сильные и полные разрушения зданий с легкими металлическими каркасами, соответственно будут R1 = 10850 м = 8500 м, R2 = 10650 м = 6500 м, R3 = 10450 = 4500 м, R4 = 10350 м = 3500 м.