Коротка характеристика уражаючих факторів ядерного вибуху і їхній вплив на організм людини, озброєння, військову техніку і споруди. Особливості вражаючої дії нейтронних боєприпасів.

Основними вражаючими факторами ядерного вибуху є: ударна хвиля, світлове випромінювання, проникаюча радіація, радіоактивне зараження та електромагнітний імпульс.

Ударна хвиля ядерного вибуху являє собою область різкого і сильного стиску середовища, що поширюється в усі сторони від центра вибуху з надзвуковою швидкістю. Передня межа області стиснення називається фронтом ударної хвилі. Ударна хвиля може поширюватися в повітрі, воді і ґрунті, У зв'язку з цим її називають повітряною ударною хвилею, ударною хвилею в воді або сейсмовибуховою хвилею в ґрунті.

В зовнішньому шарі тиск повітря вище атмосферного (зона стиску), а у внутрішньому – нижче атмосферного (зона розрідження). У зоні стиснення повітря рухається в напрямку від центра вибуху, а в зоні розрідження – у зворотному напрямку. У дану точку простору ударна хвиля приходить через деякий час після вибуху. До приходу ударної хвилі в даній точці має місце атмосферний тиск Р₀, а в момент приходу він стрибком підвищується до значення Р_ф у фронті ударної хвилі. Різниця Р_ф-Р₀ = ΔР_ф називається надлишковим тиском у фронті ударної хвилі. За фронтом ударної хвилі тиск швидко падає і через деякий час від моменту приходу фронту ударної хвилі стає нижче атмосферного, а потім відновлюється до початкового значення.

Р ис. 2. Структура ударної хвилі

Р ис.

Рис. 3. Зміна тиску в часі при проходженні ударної хвилі через фіксовану точку

Час, протягом якого тиск в ударній хвилі зберігається вище атмосферного (τ+), називається фазою стиснення, а час, протягом якого тиск залишається нижче атмосферного (τ-) – фазою розрідження.

Дія руйнуючої ударної хвилі визначається фазою стиску, а фаза розрідження не відіграє істотної ролі, вона тільки декілька підсилює дію фази стиснення.

Основними параметрами ударної хвилі є надлишковий тиск у фронті ударної хвилі, час дії і її швидкісний напір, що діє на поверхню об'єкта, звернену убік вибуху. Швидкісний напір утвориться в результаті гальмування перешкодою мас повітря, що рухаються, в ударній хвилі. Він викликає перекидання і відкидання об'єктів, навіть таких, як танки, знаряддя та ін. На об'єкти, що знаходяться у відкритих захисних спорудах, діє в основному тільки тиск ударної хвилі, а швидкісний напір практично не діє, тому ушкодження озброєння і військової техніки в таких укриттях будуть меншими, ніж на відкритій місцевості.

Ударна хвиля приблизно проходить перші 1000 м за 2 с, 2000 м – за 5 с, 3000 м – за 8 с. За цей час людина, побачивши спалах, може укритися і тим самим зменшити вірогідність ураження ударною хвилею або взагалі уникнути його.

Ударна хвиля може наносити ураження людям, руйнувати або ушкоджувати озброєння, військову техніку, фортифікаційні споруди і майно. Ураження, руйнування та ушкодження викликаються як безпосереднім впливом ударної хвилі, так і побічно – уламками зруйнованих будинків, споруд, дерев і т.п.

Основною причиною виникнення травм при безпосередньому впливі ударної хвилі є різке підвищення тиску, яке сприймається людиною як удар. Одночасно з цим людина зазнає впливу швидкісного напору, що викликає додаткові перевантаження і відкидання людини. У результаті впливу ударної хвилі в організмі людини виникають різні порушення і механічні ушкодження (розривши тканин і судин, крововилив, струс головного і спинного мозку, переломи кісток, розривши барабанних перетинок і ін.).

Ураження особового складу, що знаходиться в бронетанковій техніці, у бліндажах, притулках і інших спорудах, визначається в основному непрямим впливом ударної хвилі внаслідок перекидання, ушкодження і руйнування.

Слід зазначити також, що при впливі ударної хвилі усередині фортифікаційних споруд, озброєння і військової техніки виникають могутні акустичні (звукові) хвилі, у результаті чого у особового складу може виникнути травма слухового апарату (біль у вухах), а також порушення серцевої діяльності, які здатні приводити до втрати боєздатності (головним чином в операторів, що знаходяться в спеціальних фортифікаційних спорудах).

Тяжкість ураження особового складу ударною хвилею прийнято поділяти на чотири ступені.

Перша ступінь – легкі ураження (ΔР_ф = 0,2-0,4 кгс/см²). Спостерігаються в основному порушення функціонального характеру (оглушення, зниження слуху, запаморочення, розлад мови), можливі також закриті черепно-мозкові травми. Всі уражені вийдуть з ладу негайно і будуть мати потребу в амбулаторному лікуванні. Особовий склад повертається до ладу протягом від одного тижня до півтора місяця.

Друга ступінь – ураження середньої тяжкості (ΔР_ф = 0,5 кгс/см²). Таким ураженням властиві ушкодження внутрішніх органів (частіше легень), що виявляються в помірних кровотечах із рота, носа, вух; ушкодження опорно-рухового апарату (розриви зв'язок, сухожиль, переломи кісток). Всі уражені мають потребу в стаціонарному лікуванні. Лікування в більшості випадків закінчується видужанням. Протягом 2-3 міс. до ладу повертається більшість потерпілих.

Третя ступінь – важкі ураження (ΔР_ф >0,5 кгс/см²). В уражених спостерігаються всі ознаки другого ступеня, але в більш вираженій формі; крім того – втрата свідомості від декількох годин до декількох діб. Для збереження життя таким ураженим потрібно проведення комплексу лікувальних заходів; результати лікування сумнівні, смертність може досягати 30%. Можливе повернення до ладу 15–30% потерпілих через 4–8 міс.

Четвертий ступінь – украй тяжкі ураження (ΔР_ф > 1 кгс/см²), коли спостерігаються різкі порушення життєво важливих функцій організму, що супроводжуються утратою свідомості, розладом кровообігу і дихання. Такі ураження закінчуються смертельним результатом, як правило, у першу добу.

Далі доцільно розглянути питання про руйнування та ушкодження озброєння і військової техніки. При впливі ударної хвилі на озброєння і військову техніку об'єкти можуть руйнуватися цілком або одержувати різного роду ушкодження. Прийнято наступні ступені ушкоджень озброєння і військової техніки: повне руйнування – відновлення об'єкта недоцільне; сильні ушкодження – вимагається капітальний ремонт у заводських умовах; середні ушкодження – необхідний ремонт у центральних майстернях; слабкі ушкодження – усунення в польових умовах силами екіпажу (обслуги).

Танки одержують слабкі ушкодження (відривши антен, фар і іншого зовнішнього устаткування) при стиску 0,3-0,5 кгс/см². Повне руйнування танків спостерігається при стиску 10-20 кгс/см². Артилерійські гармати одержують середні ушкодження при стиску 0,4-0,5 кгс/см² і цілком руйнуються при 2-10 кгс/см². Найменш стійкі до ударної хвилі літаки, вертольоти і ракети. Вони можуть виходити з ладу при стиску 0,1-0,3 кгс/см². Заглиблені фортифікаційні споруди руйнуються в меншому ступені, ніж споруди, що піднімаються над поверхнею землі.

Основний спосіб захисту особового складу, озброєння і військової техніки від ураження ударною хвилею – ізоляція їх від впливу надлишкового тиску і швидкісного напору. Це досягається шляхом використання різного роду фортифікаційних споруд, заглиблених у землю. Необхідно також для захисту особового складу використовувати штатне озброєння і військову техніку (БТР, БМП, танки і т.п.), що знаходиться в укриттях (показати на прикладі устаткування укриттів навчальної площадки).

Світлове випромінювання являє собою потік променистої енергії, джерелом якої є область свічення вибуху. Воно поширюється практично миттєво (зі швидкістю 300 000 км/с) і триває в залежності від потужності вибуху від однієї до декількох секунд. Основним параметром, що визначає вражаючу здатність світлового випромінювання ядерного вибуху, є світловий імпульс.

Світловий імпульс – це кількість світлової енергії, що падає за період існування області свічення ядерного вибуху на 1 см² поверхні, перпендикулярної напрямку поширення світлового випромінювання. Виміряється світловий імпульс у калоріях на 1 см². Світловий імпульс залежить від потужності, виду вибуху, відстані від центра (епіцентра) вибуху і стану атмосфери. Дощ, сніг, туман, пил і дим, поглинаючи світлове випромінювання знижують його уражаючу дію в кілька разів.

Ураження особового складу світловим випромінюванням характеризується опіками різного ступеня тяжкості відкритих і захищених обмундируванням ділянок шкіри, а також поразкою очей. Опіки можуть бути безпосередньо від світлового випромінювання або від полум'я, що виникає при загорянні різних матеріалів під його впливом. У залежності від глибини ураження шкірних покривів розрізняють чотири ступені опіків.

Опік першого ступеня супроводжується хворобливим почервонінням шкіри і деякою набряклістю; гояться опіки порівняно швидко. Опік другого ступеня характеризується утворенням міхурів і вимагає спеціального лікування. Опік третього ступеня супроводжується утворенням виразок, омертвінням шкіри і вимагає тривалого лікування. Опік четвертого ступеня характеризується омертвінням (обвуглюванням) шкіри і більш глибоко лежачих тканин. Тяжкість ураження особового складу світловим випромінюванням визначається не тільки ступенем опіку, але і розмірами обпалених ділянок шкіри. Вихід особового складу з ладу буде спостерігатися в основному при опіках відкритих ділянок шкіри другого і третього ступеня.

Ураження очей світловим випромінюванням можливо трьох видів: тимчасове осліплення, що може тривати до 5 хв. вдень і до 30 хв. уночі; опіки дна ока, що виникають на великих відстанях при прямому погляді на область свічення вибуху; опіки роговиці і повік, що виникають на тих же відстанях, що і опіки шкіри.

Ступінь впливу світлового випромінювання на озброєння, військову техніку і споруди залежить від властивостей їхніх конструкційних матеріалів. Негорючі матеріали можуть деформуватися, оплавлятися і втрачати міцність. Горючі матеріали можуть обвуглюватися, займатися та утворювати осередки пожеж.

Вражаюча дія світлового випромінювання ядерного вибуху на особовий склад і різні об'єкти може бути значно ослаблене або цілком виключено шляхом використання екрануючих властивостей ярів, лощин, місцевих предметів, захисних споруд і засобів захисту шкіри, маскуючих димів; підвищення відбивної здатності матеріалів (побілка крейдою, покриття фарбами світлих тонів); підвищення стійкості до впливу світлового випромінювання (обмазка глиною, обсипання ґрунтом, снігом, просочення тканин вогнестійкими речовинами); проведення протипожежних заходів (видалення горючих матеріалів, підготовка сил і засобів для гасіння пожеж); використання засобів захисту очей від тимчасового осліплення (окуляри, екрануючі козирки зі світлонепроникних матеріалів). При будь-яких видах бойових дій військ для захисту особового складу від світлового випромінювання в першу чергу повинне використовуватися штатне озброєння і військова техніка, а також засоби індивідуального захисту.

Проникаюча радіація являє собою потік гамма-випромінювання і нейтронів, що випускаються у навколишнє середовище з зони і хмари ядерного вибуху. Тривалість дії проникаючої радіації складає усього кілька секунд, проте вона здатна наносити важкі ураження особовому складу, особливо при відкритому розташуванні. Гамма-випромінювання і нейтрони проникають через значні товщі різних матеріалів, при цьому потік гамма-випромінювання і нейтронів поступово послаблюється.

Здатність матеріалів послабляти гамма-випромінювання і потік нейтронів характеризується шаром половинного ослаблення. Шаром половинного ослаблення називається товщина матеріалу, проходячи через який гамма-випромінювання і нейтрони послабляються в 2 рази (табл. 1), Гамма-випромінювання краще послабляється важкими, а нейтрони – легкими матеріалами, у яких маса ядер атомів порівнянна з масою нейтрона.

При збільшенні товщини матеріалу до двох шарів половинного ослаблення доза випромінювання зменшується в 4 рази, до трьох шарів – у 8 разів і т.д.

У рухомих бронеоб'єктах для захисту від проникаючої радіації використовується комбінований захист, що складається із легких воднєвмісних речовин і матеріалів з високою щільністю (поліетилен з добавками свинцю).

Таблиця 1. Значення шару половинного ослаблення для деяких матеріалів

Матеріал	Щільність, г/см3	Шар половинного ослаблення, см
		по нейтронам	по гамма-випромінюванню
Вода	1	3	20
Поліетилен	0,9	3	22
Сталь	7,8	11	3
Свинець	11,3	12	2
Грунт	1.6	9	13
Бетон	2,3	8	10
Дерево	0,7	10	30

Вплив проникаючої радіації на озброєння і військову техніку виявляється у виведенні з ладу електронних систем управління і радіотехнічних пристроїв на напівпровідниках, акумуляторних батарей та оптичних пристроїв. Під впливом нейтронів на озброєнні і військовій техніці може утворюватися наведена активність, що впливає на боєздатність екіпажів і особовий склад ремонтно-евакуаційних підрозділів.

Уражаючий вплив проникаючої радіації на особовий склад і на стан його боєздатності залежить від дози випромінювання та часу, що пройшов після вибуху. Він оцінюється сумарною дозою гамма-нейтронного випромінювання, тобто енергією випромінювання, що поглинена одиницею маси біологічної тканини. Доза випромінювання виміряється в радах.

У залежності від отриманої дози випромінювання розрізняють чотири ступені променевої хвороби: першу (легку), другу (середню), третю (важку) і четверту (украй важку).

Променева хвороба першого ступеня виникає при дозі випромінювання 100-200 рад. Частину уражених утрачають боєздатність протягом 2-4 тижня Лікування амбулаторне чи стаціонарне.

Променева хвороба другого ступеня виникає при дозі опромінення 200-400 рад. Уражені виходять з ладу через 2-3 тижні. Лікування стаціонарне. Смертельні випадки можливі у 5-15% уражених.

Променева хвороба третього ступеня наступає при дозі 400-600 рад. Уражені виходять з ладу на протязі 1-10 діб. Лікування стаціонарне, смертність 20-30%.

Променева хвороба четвертого ступеня наступає при дозі 600-1000 рад. Утрата боєздатності відбувається протягом перших годин. Більшість уражених гине в найближчі 10 діб.

Нейтронні боєприпаси являють собою малогабаритний термоядерний заряд потужністю не більш 10 тис. т, у якого основна частка енергії виділяється за рахунок реакції синтезу ядер дейтерію і тритію. Нейтронний потік проникаючої радіації такого малого по потужності ядерного вибуху буде надавати основний уражаючий вплив на особовий склад.

При вибуху нейтронних боєприпасів потужністю 1 тис. т танки виходять з ладу в результаті комбінованих ушкоджень на віддаленні 170 м від епіцентру, а екіпажі можуть утратити боєздатність від проникаючої радіації на відстані 850 м і більш, таким чином, втрати екіпажів значно перевершують втрати озброєння і військової техніки. Це характерна риса нейтронної зброї.

Радіоактивним зараженням місцевості (РЗМ) називається зараження місцевості, приземного слою атмосфери, повітря, води та інших об’єктів радіоактивними речовинами (РР), що випадають з радіоактивної хмари ЯВ, а також, що утворюються в результаті взаємодії іонізуючого випромінювання з середовищем.

Самі РР та іонізуюче випромінювання не мають кольору, запаху, а швидкість їх розпаду не може бути змінена будь-якими фізичними або хімічними методами.

Зараження місцевості на шляху руху радіоактивної хмари, де випадають радіоактивні частинки діаметром більш 30–50 мкм, прийнято називати близьким слідом зараження. На великих відстанях – дальній слід – невелике зараження місцевості не впливає на боєздатність особового складу.

Джерелами РЗМ є:

1. Осколки поділу ядер важких елементів. Осколки поділу нестійких ядер, що мають надлишок нейтронів, здійснюють ряд послідовних β-розпадів. Перехід осколків у стабільний стан супроводжується γ-випромінюванням. В випадку ЯВ осколки поділу являють собою суміш до 200 радіонуклідів з періодом напіврозпаду від частини секунди до сотні і більше років і які випускають β і γ-випромінювання.

Продукти ділення, які випадають з радіоактивної хмари – це суміш близько 80 ізото-пів 35 хімічних елементів середньої частини Періодичної системи елементів Д.І. Менделєєва: від цинку до гадолінію.

Ізотопний склад суміші осколків ділення залежить від виду ядерної вибухової речовини, яка була використана в ядерному заряді та від часу, який пройшов після вибуху. Зміна активності за часом, як і потужності дози випромінювання на місцевості або щільності зараження, визначають за формулою:

(8)

де А_t, А_о – активність осколків ділення після вибуху в момент часу t і t_о.

Зі збільшенням часу активність осколків швидко зменшується.

2. Частина ядерного пального, що не розділилося ²³⁵U, ²³⁹Pu. Період напіврозпаду ²³⁵U – 7*10⁸ років, ²³⁹Pu – 24,3*10³ років. Активність незначна. Розпад супроводжується α-випро-мінюванням, яке небезпечне під час внутрішнього опромінення.

3. Наведена радіоактивність. Під час взаємодії нейтронів з середовищем утворюються ізотопи елементів, які живуть недовго; що мають період напіврозпаду кілька діб. Характер РЗМ буде визначатися хімічним складом елементів середовища і, як правило, буде вносити помітний вклад у загальне зараження в районі вибуху.

Радіоактивні продукти, піднімаючись разом із хмарою вибуху, перемішуються з частками ґрунту та осідають на них, а потім поступово випадають, заражаючи місцевість у районі вибуху і по шляху руху хмари, утворюючи слід хмари (рис. 4).

Р ис. 4. Схема радіоактивного зараження місцевості в районі вибуху і по сліду руху хмари.

Значення радіоактивного зараження як вражаючого фактора визначається тим, що високі рівні радіації можуть спостерігатися не тільки в районі, що прилягає до місця вибуху, але і на відстані десятків та навіть сотень кілометрів від нього. На відміну від інших уражаючих факторів, дія яких виявляється протягом на протязі короткого часу після ядерного вибуху, радіоактивне зараження місцевості може бути небезпечним протягом декількох діб і тижнів після вибуху.

Найбільш сильне зараження місцевості відбувається при наземних ядерних вибухах, коли площі зараження з небезпечними рівнями радіації в багато разів перевищують розміри зон ураження ударною хвилею, світловим випромінюванням і проникаючою радіацією. Самі радіоактивні речовини та іонізуючі випромінювання, що випускаються ними, не мають ні кольору, ні запаху, а швидкість їхнього розпаду не може бути змінена якими-небудь фізичними або хімічними методами.

У кожній точці сліду, наприклад у точці А (рис. 5), що знаходиться на відстані R від центра вибуху, випадають радіоактивні частки різного розміру; середній розмір часток зменшується по віддаленні від місця вибуху. На місцевості, яка зазнала радіоактивного зараження при ядерному вибуху, утвориться дві ділянки: район вибуху і слід хмари ( рис. 4).

По ступені небезпеки заражену місцевість по сліду хмари ядерного вибуху прийнято поділяти на чотири зони.

Зона А – помірного зараження. Дози випромінювання до повного розпаду радіоактивних речовин на зовнішній межі зони складають Д = 40 рад, на внутрішній межі Д = 400 рад.

Зона Б – сильного зараження. Дози випромінювання на межах Д = 400 рад і Д = 1200 рад.

Зона В – небезпечного зараження. Дози випромінювання на її зовнішній межі Д = 1200 рад, а на внутрішній межі Д = 4000 рад.

Зона Г – надзвичайно небезпечного зараження. Дози випромінювання на зовнішній межі Д = 4000 рад, а в середині зони Д = 7000 рад.

Обсяг повітряного простору, у якому відбувається осадження радіоактивних часток із хмари вибуху і верхньої частини пилового стовпа, прийнято називати шлейфом хмари

(рис. 5).

Рис. 5. Схема наземного ядерного вибуху.

В міру наближення шлейфа до об'єкта рівні радіації зростають внаслідок гамма-випромінювання радіоактивних речовин, що містяться в шлейфі. Після підходу краю шлейфа спостерігається випадання радіоактивних часток. Спочатку з хмари випадають найбільш великі частки з високим ступенем їхньої активності, у міру видалення від місця вибуху – більш дрібні, а рівень радіації при цьому поступово знижується. У поперечному перерізі сліду рівень радіації зменшується від осі сліду до його країв.

Фортифікаційні споруди, озброєння і військова техніка забезпечують різну кратність ослаблення дози випромінювання від зараженої місцевості.

При наявності височин і пагорбів більш сильне зараження буде спостерігатися з навітряної сторони. Яри і лощини заражаються в більшому ступені в тому випадку, коли напрямок вітру уздовж них. При сильному дощі радіоактивні речовини частково змиваються потоками води, тому в лощинах і ярах зараження може підсилюватися. Дощ і снігопад сприяють також швидкому осадженню радіоактивних речовин з повітря, у результаті це повітря стає менш зараженим, але підвищується зараженість місцевості. При повітряному вибуху радіоактивне зараження місцевості і різних об'єктів як у районі вибуху, так і на сліді хмари незначне і не представляє особливої небезпеки для військ.

Таблиця 2