17.3. Поражающее действие светового излучения

Световое излучение является одним из основных поражающих факторов ядерного взрыва. Световое излучение - это электромагнитное излучение в ульт­рафиолетовой, видимой и инфракрасной областях спектра. Источником излуче­ния является огненный шар — светящаяся область, состоящая из раскаленных продуктов взрыва и воздуха. Из этой области излучается огромное количество лучистой энергии в чрезвычайно короткий промежуток времени, вследствие че-

350

го происходит быстрый нагрев облучаемых предметов.

Под действием светового импульса на промышленных предприятиях, сельскохозяйственных объектах могут образоваться отдельные или сплошные пожары, воспламениться сено, солома, стружка и др. материалы.

Среднее количество возгораний от светового импульса, приходящееся на единицу застройки, зависит от противопожарной готовности объекта.

Поражающее действие светового излучения характеризуется количеством световой энергии и временем его действия.

Световым импульсом называется количество прямой световой энергии, па­дающей на 1 м² поверхности, перпендикулярной направлению распространения светового излучения за все время свечения. Его величина зависит от вида взры­ва и состояния атмосферы (ее прозрачности). Мелкие водоемы под воздей­ствием светового излучения могут испариться. Дым, туман, осадки ослабляют световой импульс [14].

Световой импульс рассчитывается по формуле

(17.13)

AtzR¹

где E_изл - энергия светового излучения ядерного взрыва, Дж; где Е_взр - полная энергия для мощности взрыва 1 кт, Дж;

_р

К — коэффициент пропускания, зависящий от расстояния и состояния ат­мосферы.

При наземных взрывах световой импульс на поверхности земли на 40 % меньше, чем при воздушных взрывах той же мощности.

Световой импульс может быть прямым и отраженным. Суммарный импульс при воздушном взрыве может быть в 1,5-2 раза больше прямого.

Длительность свечения зависит от мощности взрыва и рассчитывается по формуле

t = ljq, (17.14)

где t — длительность свечения, с; q — мощность ядерного взрыва, кт.

Поражающее действие светового импульса определяется поглощенной ча­стью энергии, которая, превращаясь в тепловую, нагревает облучаемый объект.

Световое излучение, воздействуя на людей и животных, вызывает ожоги кожных покровов частей тела, обращенных в сторону взрыва. Тяжесть ожогов зависят от величины светового импульса (табл. 17.4).

Таблица 17.4 - Зависимость степени ожогов от величины светового импульса

Степень ожога

Величина светового импульса, кДж/м

Расстояние от центра взрыва (км) при дальности взрыва, кт

351

	у человека	у животных	20	200	1000
I	80-160	80-250	4,6 3,0	11,6 6,6	18,5 10,0
II	160-400	250-500	зд 2,6	Ы 5,6	14,8 8,0
III	400-600	500-800	1,8	1Л 4,0	10,4 6,0
IV	Более 600	Более 800	1,3 1,0	5,4 2,9	8,0 4,8

Примечание: 1. Числитель для воздушных взрывов, знаменатель - для на­земных.

2. В зимних условиях радиусы поражения в 1,5-2 раза меньше. Световое излучение, падающее на объект, частично поглощается, частично отражается, а если объект пропускает излучение, то частично проходи сквозь него. Поглощенная световая энергия превращается в тепловую, вызывает нагрев, оплавление, коробление, растрескивание, обугливание и воспламенение горючих материалов, ожог живых тканей.

Световые импульсы, вызывающие воспламенение различных материалов в зависимости от мощности взрыва, даны в табл. 17.5.

Таблица 17.5 - Световые импульсы, вызывающие воспламенение некоторых материалов, кДж/м

Наименование	Световой импульс. кЛж/мЛ
	воспламенение, обугливание	устойчивое горение
Бумага газетная		125-200
Бумага белая	330-420	630-750
Сухое сено, солома, стружка	330-500	710-840
Хвоя, опавшие листья	420-580	750-1200
Хлопчатобумажная ткань темная	250-400	580-670
Хлопчатобумажная ткань цвета хаки	330-420	670-1000
Хлопчатобумажная ткань светлая, бязь	500-750	840-1500
Конвейерная прорезиненная ткань	500-630	1250-1700
Синтетический каучук, резина автомобиль­ная, резиновые изделия, изоляция	250-420	630-840
Брезент палаточный	420-500	630-840
Брезент, окрашенный в белый цвет	1700	2500
Шерстяные материалы, ковры	1250-1450	2100-3300
Доски сосновые, еловые некрашеные	500-670	1700-2100
Доски, окрашенные в белый цвет	1700-1900	4200-6300
Доски, окрашенные в темный цвет	250-420	840-1250
Кровля мягкая (толь, рубероид)	580-840	1000-1700
Черепица красная (оплавление)	840-1700
Сосновая, еловая, кедровая крона	500-750	1250-1700
Обивка сидений автомобилей	1250-1450	2100-3300

Величины световых импульсов при различных мощностях ядерного 1 припаса и расстоя­ниях до центра взрыва даны в табл. 17.6.

352

Таблица 17.6 - Световые импульсы при различных мощностях ядерного бое-припаса и расстояниях до центра взрыва

Мощность кт	Световые импульсы, кДж/м2
	4200	2900	1700	1200	1000	800	720	640	600	560	480	400	320	240	200	160	100
	Расстояние до центра взрыва, км
1	0,15	0,19 0,12	0,24	0,29 0,18	0,31	0,36 0,23	0,39 0,24	0,41	0,42 0,26	0,44 0,27	0,47 0,31	0,51 0,32	0,56 0,36	0,65 0,41	0,71 0,45	0,80	1,01
	0,1		0,16		0,2			0,25								0,51	0,64
2	0,2 0,13	0,24	0,31 0,2	0,37	0,41 0,26	0,45	0,49	0,51 0,33	0,52	0,54	0,59	0,64	0,72	0,83	0,91 0,58	1,01 0,65	1,28 0,82
		0,15		0,24		0,29	0,31		0,34	0,35	0,38	0,41	0,46	0,53
3	0,24	0,29 0,19	0,33	0,45 0,29	0,49	0,55 0,36	0,58 0,38	0,62	0,64 0,41	0,66 0,43	0,71 0,46	0,78 0,5	0,87 0,56	1,01 0,65	1,10 0,71	1,23	1,56
	0,16		0,24		0,32			0,4								0,8	1,01
5	0,31 0,2	0,37	0,49 0,31	0,58	0,64 0,41	0,71	0,75	0,80 0,51	0,82	0,85	0,92	1,01	1,13	1,3	1,43 0,91	1,59 1,01	2,02 1,28
		0,24		0,37		0,45	0,48		0,52	0,54	0,59	0,64	0,72	0,83
10	0,42	0,51 0,34	0,67	0,79 0,55	0,87	0,97 0,65	1,02 0,68	1,09	1,12 0,75	1,16 0,81	1,25 0,84	1,37 0Л92	1,54 1,02	1,7 1,18	1,94	2,17	2,75 1,83
	0,28		0,44		0,58			0,72							1,3	1,45
20	0J> 0,4	0,7 0,5	9 0,6	1,1 0,7	1,15 0,75	1,25	1,3	1,35 0,9	1,5 0,95	1,6	1,7	1,8	2 1,3	2,4	2,5	2,8	ЗА 2,4
						0,8	0,85			1,1	1,1	1,2		1,4	1,7	1,9
30	0,6 0,4	О£ 0,55	1 0,7	1,2 0,8	1,3 0,9	1,5 1	1,5 1	1,6 1,1	1,7 1,1	1,8 1,2	1,9 1,3	2,1 1,4	2,3 1,5	2,7 1,8	2Л 1,9	ХЗ 2,2	4,1 2,7
50	1 0,5	1,2 0,7	1,5 0,9	1,8 1	2 1,1	2,2 1,2	2,3 1,3	2,5 1,4	2А 1,4	22. 1,5	о Э 1.6	,2 1,7	1£ 2	4,2 2,2	4,6 2,4	5 2,7	6,3 3,4
100	1,4 0,8	1,7 1	2,3 1,3	2,7 1,5	1Л 1,6	3J_ 1,9	3,3 2	3J> 2,1	12 2,15	!£ 2,2	4,2 2,4	4,6 2,7	5 о Э	6 3,4	6,5 3,8	7 4,2	*L2 5,4
200	1,7 1	2,1 1,2	2,7 1,5	IA 1,8	ЗА 2	12 2,2	4 2,4	4,3 2,5	4,5 2,6	12 2,7	5,8 2,9	3,2	8 3,6	9 4,1	?^5 4,6	10 5,2	10,6 6,6
300	2,1 1,2	2,5	ЗА 1,8	3,9	4,2 2,4	4,5	4,9	5,2 3	5,4	5,6	6,4	7,7	9,1	10,5	11,2	11,9	12,7 7,8
		1,4		2,2		2,6	2,9		3,1	3,3	3,5	3,7	44	4,9	5,6	6,4
500	22. 1,5	3J. 1,8	4,4 2,4	5,2 2,8	5,5 3	5,9 3,2	(А 3,6	6,6 3,8	6,8 3,9	7 4,1	8 4,4	9 4,8	11 5,4	13 6,1	14 7	15 8,1	16,4 9,6
1000	4,1 2,6	5 3,1	4	12 4,8	8J> 4,9	8JS 5,1	9 5,6	10 6,2	10,6 6,6	11,2 6,8	13,6 7,2	14,8 7,8	15,8 8,6	16,6 10,1	17,6 12,4	18,6 14	24 16,0
2000	4,8	5,8	7,6	9 5,3	9,5	9,7	10,5	11	11,6	12,5	15	18	20,5	23	24,2	26	28
	2,8	3,4	4,5		5,7	5,9	6,4	7	7,2	7,5	8,4	8,7	10	11,3	12,7	14,7	17,2
5000	6,9 4,2	%А 5,1	11 6,6	13 7,9	13,8 8,4	14,5 8,8	15,5 9,3	16,5 10	16,9 10,4	17,5 11	20 11,5	23 12,2	26 14,5	29,5 17	31,2 18,3	зз 19,7	36 23,8
10000	11,0 6,8	13,3	17,3 10,8	20,6	21	22	24,6	26	27	28	29	30,5	33	37	38,8	41	48
		8,2		12,8	13,2	14,0	15	16	16,5	17	18	19	25	27	27,8	29	35

Примечание: Числитель для воздушного взрыва, знаменатель - для наземного.

В очаге ядерного поражения образуется три зоны пожаров: зона пожаров в шпалах (сов­падает с зоной полных разрушений), зона сплошных пожаров и зона отдельных пожаров.

Зона отдельных пожаров характеризуется световыми импульсами: на ннешней гра­нице 100 - 200 кДж/м²; на внутренней - 400 - 600 кДж/м²

Радиус зоны отдельных пожаров определяется по формуле

- при воздушном взрыве

R₁ =1,75-3/^

(17.15)

- при наземном взрыве

353

(17.16)

где q - мощность боеприпаса, кт.

Зона сплошных пожаров охватывает часть зоны сильных разрушений, всю юну средних разрушений и часть зоны слабых разрушений. На внешней границе световой импульс равен 400 -600 кДж/м²

Радиус зоны сплошных пожаров определяется из выражения

- при воздушном взрыве

R₂=l,0-lfq (17.17)

- при наземном взрыве

R₂ = 0,6-Ifq (17.18)

где q - мощность боеприпаса, кт.

Зона пожаров в завалах охватывает всю зону полных и часть зоны сильных разру­шений. Величина светового импульса на внешней границе составляет 700-1700 кДж/м2 .

Радиус зоны пожаров в завалах для наземного и воздушного взрыва рассчитывается по формуле

R₃ =0,4-^7 (17.19)

где q - мощность боеприпаса, кт.

В этой зоне отмечается продолжительное горение с выделением продуктов неполного сгорания, токсичных веществ.

На возникновение и распространение пожаров влияет огнестойкость зданий и сооруже­ний; пожарная опасность производства; плотность застройки; метеоусловия.

Возникновение пожаров на объекте зависит от того, какие строительные материалы ис­пользованы при возведении зданий: несгораемые, трудносгораемые или сгораемые. Пожарная опасность производства определяется технологическим процессом, используемыми в произ­водстве материалами и готовой продукцией.

По пожарной опасности все объекты делятся на б категорий: А, Б, В, Г, Д, Е.

Категории А и Б - взрывопожароопасные; В, Г, Д - пожароопасные, Е -взрывоопасные (подробнее см. главу 12).

В качестве показателя устойчивости объекта к воздействию светового излучения прини­мается минимальное значение светового импульса U_св.lim, при котором может произойти вос­пламенение, а оценка уязвимости объекта при воздействии светового излучения начинается с определения максимального светового импульса U_св._max и избыточного давления ударной волны АРф_тах ожидаемых на объекте (табл. 17.1,17.5).

Объект считается устойчивым к световому излучению при условии

354

св.lim

св.max

Пример 17.4. Определить последствия воздействия светового излуче­ния для цеха машиностроительного завода.

Исходные данные: завод располагается на расстоянии 6 км от гео­метрического центра города (R_г = 6 км), по которому вероятен ядерный удар; ожидаемая мощность ядерного боеприпаса q =0,5Мт, вероятное максимальное отклонение центра (эпицентра) ядерного взрыва отточки прицеливания r_отк.= 0,8 км (взвыв наземный). Здание цеха одноэтажное, кирпичное без каркаса, предел огнестойкости несущих стен - 2,5 ч. Чер­дачное перекрытие из железобетонных плит с пределом огнестойкости 1 ч, кровля мягкая (толь на деревянной обрешетке); двери и оконные рамы деревянные, окрашены в темный цвет; в цехе ведется обточка и фрезеро­вание деталей машин; плотность застройки 30%.

Решение: Определим максимальный световой импульс и избыточное давление ударной волны на территории объекта, для чего найдем вероят­ное минимальное расстояние до возможного центра взрыва по формуле (17.12)

R_x = R_r - r_отк. = 6 -0,8 = 5,2 км

По табл. 17.5 находим максимальный световой импульс U_св._max ⁼ 1200 кДж/м², а по табл. 17.1 - максимальное избыточное давление на расстоя­нии 5,2 км для боеприпаса мощностью q = 0,5 Мт при воздушном взрыве АР_фтах~25кПа.

Определим степень огнестойкости здания цеха, для чего выберем данные о материалах, из которых выполнены основные конструкции (сго­раемые, несгораемые, трудносгораемые). С учетом предела огнестойкости несущих стен (по условию примера 2,5 часа) по табл. 12.2 (глава 12) на­ходим - II степень огнестойкости.

Определим категорию пожарной опасности механического цеха. По табл. 12.3 (глава 12) видим, что цех относится к категории Д, т.к. в меха­ническом цехе производство связано с обработкой металлов в холодном состоянии, горячие материалы не применяются.

Выявим в конструкциях здания цеха элементы, выполненные из сго­раемых материалов - это двери и оконные переплеты, выполненные из дерева и окрашенные в темный цвет, а также кровля толевая по деревян­ной обрешетке (древесина неокрашенная).

По табл. 17.6 найдем световые импульсы, вызывающие возгорание указанных элементов: доски, окрашенные в темный цвет - U_св. = 300 кДж/м²; толь - U_св. = 620 кДж/м²; доски неокрашенные - U_св. = 600 кДж/мг.

Определим предел устойчивости цеха к световому излучению по ми­нимальному световому импульсу, вызывающему загорание в здании, -U_св.l_im = 300 кДж/м'.

355

Сравним предел устойчивости со световым импульсом ядерного взрыва:

Uсв.lim^<Uсв.max(300<1200), значит механический цех не устойчив к свето­вому излучению.

Установим степень разрушения здания цеха от ударной волны при ожидаемом максимальном избыточном давлении по табл. 17.2 (позиция 1.11): при ожидаемом избыточном давлении ядерного взрыва ЛРф = 25 кПа здание цеха (одноэтажное, кирпичное, бескаркасное) получит средние разрушения.

Определим зону пожаров, в которой окажется цех. Найдем радиусы внешних границ зон отдельных, сплошных пожаров и пожаров в завалах для наземного взрыва по формулам (17.16), (17.18), (17.19).

Радиус зоны отдельных пожаров: R₁ =\,15-}Jq= 1,75-л/500= 14 км Радиус зоны сплошных пожаров: R₂ = 1,0-l[q = 1,0-л/500 = 8 км Радиус зоны пожаров в завалах: R₃ = 0,4-l[q = 0,4-л/500= 3,2 км

Т.к. завод находится на расстоянии 5,2 км от предполагаемого центра взрыва, он окажется в зоне сплошных пожаров.

Граница зоны пожаров в завалах примерно совпадает с границей зо­ны полных разрушений.

Выводы: На объекте при взрыве заданной мощности ожидается мак­симальный световой импульс U_св._max = 1200 кДж/м2 и избыточное давление

⁼ 25 кПа, цех окажется зоне сплошного пожара. Механический цех не устойчив к световому излучению. Предел ус-тойчивости цеха - 300 кДж/м2 .