Доп.лекции по ЦЗ+Список лит. / GO-book

Ударна хвиля. Основним вражаючим фактором ядерного вибуху є ударна хвиля.

Залежно від того, в якому середовищі виникає і розповсюджується ударна хвиля – в

повітрі, воді чи ґрунті, її називають відповідно повітряною ударною хвилею,

ударною хвилею у воді та сейсмовибуховою хвилею.

Повітряною ударною хвилею називають область різкого стиснення повітря, яка розповсюджується на всі боки від центру вибуху з надзвуковою швидкістю. Передня межа хвилі називається фронтом хвилі, їй властивий різкий стрибок тиску. Цей стрибок називається надлишковим тиском на фронті ударної хвилі.

Маючи великий запас енергії, ударна хвиля ядерного вибуху здатна викликати ураження людей, руйнування різних споруд, бойової техніки та інших об’єктів на значних відстанях від місця вибуху. На розповсюдження ударної хвилі та її вражаючу дію істотно впливає рельєф місцевості та лісові масиви в районі вибуху, а

також метеоумови.

Основними параметрами ударної хвилі, що визначають її вражаючу дію, як раніше зазначалось, є надлишковий тиск на фронті ударної хвилі ( PФ), тобто різниця між максимальним тиском на фронті хвилі та нормальним атмосферним тиском перед цим фронтом: PФ = PФ – P; швидкісний напір повітря ( Pшв),

тобто динамічне порушення, яке створює потік повітря, що рухається в ударній хвилі, та тривалість дії надлишкового тиску.

Ударна хвиля ядерного вибуху здатна уражати людей так, як і ударна хвиля звичайного вибуху. Але слід зазначити, що зона ураження за ядерного вибуху має значно більші розміри, ніж після вибуху звичайних боєприпасів.

Ураження людей викликають як безпосередня дія ударної хвилі, так і вторинні фактори.

При безпосередній дії ударної хвилі основною причиною появи травм людей є раптове збільшення тиску повітря, що сприймається як удар. При цьому можливі ушкодження внутрішніх органів, травми кровоносних судин, струс мозку, різні переломи тощо. Крім того, швидкісний напір повітря, який обумовлює метальну дію ударної хвилі, спроможний відкинути людину на значну відстань і спричинити їй при ударі об землю або якусь перепону різні ушкодження.

43

Метальна дія швидкісного напору помітно виявляється в зоні, де надлишковий тиск більший за 50 кПа, тобто там, де швидкість переміщення повітря перевищує

100 м/с. Така швидкість утричі більша за швидкість сильного урагану.

Характер і тяжкість ураження людей залежить від величини параметрів ударної хвилі, положення людини в момент стикання її з фронтом ударної хвилі та ступенем її захищеності. Так, за інших різних умов, найтяжчі ураження одержують люди, які в момент появи ударної хвилі знаходяться поза сховищами в положенні стоячи. У

цьому випадку, площа дії швидкісного напору повітря буде приблизно в 10 разів більша, ніж у положенні лежачи.

Ураження людей, які виникають за рахунок дії ударної хвилі, поділяють, як уже зазначалося вище, на легкі, середні, важкі та надважкі.

Непряма або побічна дія ударної хвилі полягає в ураженні людей уламками будівель та споруд, камінням, деревами та їхніми уламками, битим склом і іншими предметами, які стрімко утягуються ударною хвилею й з великою швидкістю пересуваються у просторі.

Під час дії ударної хвилі на будівлі і споруди головною причиною руйнації є початковий удар, який виникає в момент відбиття хвилі від стінок. Руйнування заводських димарів, опор ліній електропередач, стовпів, мостових ферм тощо відбувається під дією швидкісного напору повітря.

Заглиблені споруди – сховища, укриття, підземні мережі комунального господарства руйнуються меншою мірою, ніж споруди, що здіймаються над поверхнею землі. З наземних будівель та споруд найбільш стійкими до дії ударної хвилі виявляються будівлі з металевими каркасами й сейсмостійкі споруди.

Під дією навантажень, які створює ударна хвиля, будівлі можуть отримувати повні, сильні, середні й слабкі руйнування, як було вказано вище.

Особливістю дії ударної хвилі є її здібність затікати всередину негерметичних укриттів через повітрозабірні труби, віддушини та завдавати там руйнувань й уражати людей. Для запобігання ураженню людей затікаючею ударною хвилею повітрозабірні канали сховищ обладнують хвилегасниками.

44

Повітряна ударна хвиля викликає також знищення лісових масивів. Так, у зоні з надлишковим тиском більш ніж 50 кПа ліс повністю знищується й місцевість набуває такого вигляду, начіб то на ній ніколи не було ніякої рослинності, тут немає ні завалів, ні пожеж. У зоні з надлишковим тиском 30 – 50 кПа створюються суцільні завали й руйнується 60 % дерев; у зоні з тиском 30 – 10 кПа спостерігаються часткові завали й знищується до 30 % дерев.

Надійним захистом від ударної хвилі є сховища. При їх відсутності використовуються протирадіаційні укриття, підземні виробки, складки рельєфу місцевості.

Світлове випромінювання. Під світловим випромінюванням ядерного вибуху розуміють електромагнітне випромінювання, яке включає ультрафіолетову, видиму та інфрачервону області спектра. Джерелом світлового випромінювання є світлова область ядерного вибуху.

Тривалісь дії світлового випромінювання й розміри світлової області залежать від потужності ядерного вибуху. За тривалістю світлового випромінювання можна орієнтовно визначити потужність вибуху. Так, з емпіричної формули t 0,13 q с,

де t – тривалість випромінювання, с;

q – потужність ядерного вибуху, тис. т, видно, що тривалість дії світлового випромінювання наземних та повітряних вибухів потужністю 1 тис. т складає 1 с, 10 тис. т – 2,2 с, 100 тис. т. – 4,6 с, 1 млн т – 10 с.

Світлове випромінювання ядерного вибуху уражає людей, діє на будівлі,

споруди, техніку, ліси, викликаючи при цьому пожежі.

На відкритій місцевості світлове випромінювання має більший радіус дії порівнянно з ударною хвилею й проникаючою радіацією.

Основним параметром, який визначає уражаючу дію ядерного вибуху, є

світловий імпульс, про який вже згадувалось вище.

Світлове випромінювання при дії на людей викликає опіки відкритих та захищених одягом ділянок тіла, очей, а також може бути причиною тимчасового осліплення людей.

45

Тяжкість ураження людей світловим випромінюванням залежить не тільки від ступеня опіку, але й від його місця й площі спечених ділянок шкіри. Люди втрачають працездатність при опіках другого і третього ступеня відкритих ділянок тіла – обличчя, рук або під одягом при опіках другого ступеня на площі не менше

3 % поверхні тіла, що складає приблизно 500 см².

Опіки очного дна можливі тільки при безпосередньому погляді на світлову область. Опіки повік та рогівки очей виникають при тих же значення світлових імпульсів, що й опіки відкритих ділянок шкіри.

Тимчасове осліплення, як оборотне порушення зору, виникає при раптовій зміні яскравості поля зору вночі або у сутінках. Вночі тимчасове осліплення людей має масовий характер і може продовжуватись від декількох секунд до декількох десятків хвилин.

Вражаюча дія світлового випромінювання в лісі значно знижується, що приводить до зменшення радіусів дії та ураження людей у 1,5.– 2 рази в порівнянні з відкритою місцевістю. Однак необхідно пам’ятати, що світлове випромінювання при дії на деякі матеріали викликає їх запалення, що може бути причиною виникнення пожеж. У населених пунктах ці пожежі виникають за світлових імпульсів від 300 до 1500 кДж/м². При легкому серпанку (димці) величина світлового випромінювання зменшується вдвічі, в легкому тумані – в 10 разів, в

густому – у 20 разів.

Світлове випромінювання вкупі з ударною хвилею призводить до численних пожеж і вибухів унаслідок руйнування в населених пунктах газових комунікацій та пошкоджень на електромережах.

Проникаюча радіація. Проникаючою радіацією ядерного вибуху називають потік гамма-випромінювання та нейтронів, які з’являються внаслідок ядерного вибуху.

Джерелами проникаючої радіації є ядерні реакції, що протікають у ядерному боєприпасі у момент вибуху, радіоактивний розпад продуктів поділу атомних ядер,

а також деякі реакції захвату нейтронів ядрами елементів, які містяться в повітрі.

46

Тривалість дії проникаючої радіації складає 15 – 25 с і визначається часом підйому хмари вибуху на висоту 2 – 3 км, при цьому дія гаммата нейтронного випромінювання практично не досягає землі з причини поглинання їх товщею повітря.

Основним параметром, який характеризує уражаючу дію проникаючої радіації,

є доза випромінювання, або опромінювання.

Доза опромінювання – це кількість енергії іонізуючого випромінювання, яка поглинається одиницею маси середовища, котре опромінюється. Розрізняють експозиційну, поглинену й еквівалентну дози опромінювання.

Експозиційна доза – це доза випромінювання в повітрі, вона характеризує потенційну небезпечність дії іонізуючих випромінювань загального й рівномірного опромінювання тіла людини. Експозиційна доза в системі СІ (система вимірів)

виміряється в кулонах на кілограм. Позасистемною одиницею експозиційної дози є рентген (1 Р = 2,85∙10 4 Кл/кг).

Рентген – це доза гамма-випромінювання, завдяки дії котрої в одному см³ сухого повітря за нормальних умов, тобто при температурі 0°С, тискові 760 мм рт.

ст. створюються іони, які несуть одну електростатичну одиницю кількості електрики кожного знака. Дозі 1 Р відповідає утворення 2,08∙10 9 пар іонів в 1 см³ повітря.

Поглинена доза точніше характеризує дію іонізуючих променів на біологічні тканини. У системі одиниць СІ вона вимірюється в греях. 1 грей (Гр) – це доза, при якій 1 кг речовини, що опромінюється, поглинає енергію 1 Дж (джоуль), тобто

1 Гр = 1 Дж/кг. Позасистемною одиницею поглиненої дози є рад, який складає 0,001

Гр. Рад приблизно дорівнює 1 рентгенові.

Для оцінки біологічної дії іонізуючих променів використовується еквівалентна доза. Вона дорівнює добутку поглиненої дози на так званий коефіцієнт якості, або біологічний еквівалент. Для рентгенівського, гаммата бета-випромінювання коефіцієнт якості К = 1; для нейтронів теплових з енергією меншою 20 екв – К = 3,

для швидких електронів, що мають велику енергію – К = 10.

47

За одиницю еквівалентної дози в системі СІ править зіверт, позасистемною одиницею є біологічний еквівалент рада – бер. 1 зіверт дорівнює 100 бер, або 1 Гр∙К.

Проникаюча радіація, що розповсюджується в якомусь середовищі, іонізує його атоми. При поглинанні випромінювання живою тканиною іонізує атоми і молекули,

що входять до складу клітин цієї тканини, та призводить до порушення нормального обміну речовин, до змін характеру життєдіяльності клітин, окремих органів і систем організму. А наслідок такої дії на організм – променева хвороба.

Променева хвороба 1 ступеня, або легка, виникає після одержання сумарної дози опромінювання 100 – 200 рад. Прихований період продовжується 3 – 5тижнів,

після чого з’являється нездужання, загальна слабкість, нудота, запаморочення,

підвищення температури. При видужанні працездатність людей зберігається.

Променева хвороба 2 ступеня, або середня, виникає при отриманні сумарної дози опромінювання 200 – 400 рад. Впродовж перших 2 – 3 діб зберігається бурхлива первинна реакція організму – сильна нудота й блювота. Потім настає прихований період тривалістю 15 – 20 діб, після чого захворювання вже виявляється більш яскраво. Одужання при активному лікуванні настає через 2 – 3 місяці.

Променева хвороба 3 ступеня, або тяжка, настає при дозі опромінювання

400 – 600 рад. Первинна реакція різко виражена. Прихований період складає

5 – 10 діб. Хвороба протікає інтенсивно і тяжко. При сприятливому результаті одужання настає через 3 – 6 місяців.

Променева хвороба 4 ступеня, або вкрай тяжка, настає при дозі більш ніж

600 рад. Вона є найбільш небезпечною і, як правило, закінчується смертю.

При опромінюванні дозами понад 5000 рад виникає блискавична форма променевої хвороби. Первинна реакція з’вляється в перші хвилини після отриманої дози, а прихований період взагалі відсутній. Уражені помирають в перші дні після опромінювання.

Надійним захистом від проникаючої радіації ядерного вибуху є захисні споруди цівільної оборони. При проходженні через різні матеріали потік гамма-

квантів та нейтронів послабляється. Здатність того чи іншого матеріалу послаблювати гамма-випромінювання або потік нейтронів зазвичай характеризують

48

шаром половинного послаблення, тобто товщиною шару матеріалу, який зменшує дозу в 2 рази. Товщина шару половинного послаблення для деяких матеріалів наведена в таблиці 2.1.

Таблиця 2.1 – Товщина шару половинного послаблення для деяких матеріалів

Коефіцієнт послаблення випромінювань або дози опромінювання пов’язаний з

товщиною половинного послаблення залежністю

послаблення цього матеріалу; Кр – коефіцієнт розміщення об’єкта.

Проходячи через матеріали, потік гамма-квантів і нейтронів викликає в них різні зміни. Так, при дозах проникаючої радіації в декілька рад засвічуються фотоматеріали, які знаходяться в світлонепроникній упаковці, а при дозах у сотні рад виходять з ладу напівпровідники та радіоелектронна апаратура, темніють скельця оптичних приладів.

Проникаюча радіація є одним з основних вражаючих факторів нейтронної зброї.

Нейтронною зброєю називають різновидність термоядерної зброї малої та надмалої потужності, тобто такої, що має тротиловий еквівалент до 10 тис. т. У

49

склад такого боєприпасу входить плутонієвий детонатор, тобто звичайний ядерний заряд, і деяка кількість важких ізотопів водню – дейтерію й тритію. При ініціюванні вибуху ланцюгова реакція поділу ядер плутонію потрібна тільки для нагрівання дейтерієво-тритієвої суміші, а основна енергія вибуху створюється внаслідок реакції з’єднання ядер легких елементів і виявляється у вигляді виходу потужного нейтронного потоку. Таким чином, особливість уражаючої дії нейтронної зброї пов’язана з підвищенним виходом проникаючої радіації, в якій переважає нейтронне випромінювання.

За загрожуючою дією проникаючої радіації на людей, вибух нейтронного боєприпасу 1 тис. т еквівалентний вибуху атомного боєприпасу потужністю

10 – 20 тис. т.

Однією з особливостей дії потужного нейтронного потоку проникаючої радіації нейтронних боєприпасів є те, що проходження нейтронів високих енергій через матеріали конструкцій, техніки та різних споруд, а також через ґрунт у районі вибуху викликає появу в них наведеної радіоактивності. Наведена радіоактивність впродовж багатьох годин після вибуху до її зменшення може стати причиною ураження людей, які обслуговують цю техніку.

Захист від проникаючої радіації нейтронного боєприпасу становить деякі труднощі: речовини гірше захищають від гамма-випромінювання й навпаки. Звідси висновок: для захисту від проникаючої радіації нейтронного боєприпасу необхідно комбінувати речовини, що містять у собі водень та матеріали з підвищеною питомою вагою. Перші ліпше послабляють потік нейтронів, другі – потік гамма-

квантів.

Радіоактивне забруднення. Серед вражаючих факторів ядерного вибуху радіоактивне забруднення займає особливе місце, тому що його дії зазнає не тільки район, що прилягає до місця вибуха, але й місцевість, яка віддалена на десятки й навіть сотні кілометрів. При цьому на великих площах і на тривалий час утворюється забруднення, небезпечне для людей та тварин. Наприклад,

забруднення, яке трапилося внаслідок Чорнобильської катастрофи.

50

Джерелами радіоактивного забруднення на місцевості є: осколки (продукти)

поділу ядерної вибухової речовини, наведена радіоактивність ґрунту й інших матеріалів, неподілена частина ядерного заряду.

Осколки поділу, що утворюються при ядерних реакціях, являють собою суми декількох десятків ізотопів 35-ти хімічних елементів середньої частини таблиці Мендєлєєва. Ці ізотопи нестабільні, вони зазнають бета-розпаду з випромінюванням гамма-квантів. З плином часу, який пройде після вибуху, величина активності осколків поділу спадає.

Наведена активність у ґрунті обумовлена створенням за рахунок дії нейтронів низки радіоактивних ізотопів, наприклад, алюмінію-28, натрію-24, марганцю-56

тощо. Максимальна наведена радіоактивність створюється тоді, коли вибухає нейтронний боєприпас.

Неподільна частка ядерного заряду містить у собі альфа-активні ізотопи плутонію-239, урану-235, урану-238, інколи торію-232.

Після вибуху ядерного боєприпасу радіоактивні продукти підіймаються в купі з хмарою вибуху на декілька кілометрів у висоту. При цьому вони перемішуються з оплавленими часточками ґрунту й під дією висотних вітрів розповсюджуються на великі відстані випадають, забруднюючи місцевість як у районі вибуху, так і за шляхом пересування хмари. На місцевості створюється забруднена зона, яка називається слідом радіоактивної хмари.

Слід радіоактивної хмари на рівнині при незмінних швидкостях та напрямку вітру має форму витягнутого еліпса. Він умовно поділяється на чотири зони:

помірного забруднення, або зону А, сильного забруднення – зону Б, небезпечного забруднення – зону В, надзвичайно небезпечного забруднення, або зону Г. Межі зон радіоактивного забруднення, які мають різний ступінь небезпечності для людей,

характеризують дозою гамма-випромінювання (Д) та рівнем радіації на місцевості

( Р1 ), які визначаються через годину з моменту вибуху до повного розпаду

радіоактивних речовин.

На зовнішній межі зони А : Д = 40 рад, Р1 = 8 Р/год. Частка зони від площі усього радіоактивного сліду складає 60 %. Як правило, роботи при знаходженні

51

людей всередині будівель та споруд, які розміщені на зовнішній межі зони А, не припиняються. Біля внутрішньої межі або всередині зони роботи на відкритій місцевості повинні припинятися на декілька годин.

На зовнішній межі зони Б Д = 400 рад, Р1 = 80 Р/год. Частка зони Б складає 20 %

від усієї площі сліду. Усі роботи в цій зоні припиняються на термін до однієї доби, а

люди укриваються в захисних спорудах, підвалах та інших укриттях.

На зовнішній межі зони В Д = 1200 рад, Р1 = 240 Р/год. Частка зони складає

13 % від усієї площі сліду. Усі роботи в цій зоні на об’єктах припиняються на термін від однієї до трьох діб, а люди укриваються в захисних спорудах ЦО.

На зовнішній межі зони Г Д = 4000 рад, Р1 = 800 Р/год, усередині зони Д = 10000 рад. Частка зони Г складає 7 % від площі радіоактивного сліду. Роботи на

об’єктах господарювання у середині зони припиняються на четверо й більше діб,

люди захищаються в сховищах.

На схемах і картах кордони зон радіоактивного забруднення малюють різними кольорами: зона А – синім, зона Б – зеленим, зона В – коричневим, зона Г – чорним,

зона М – червоним.

З плином часу внаслідок природного розпаду радіоактивних речовин рівні радіації на забрудненій радіонуклідами місцевості зменшуються. Зменшення рівня радіації підкоряється залежності

РР1 Т 1,2 ,

де Р – рівень радіації на любий заданий час від моменту вибуху;

Р1 – рівень радіації через годину після вибуху;

Т – час, який сплинув після ядерного вибуху.

Рівні радіації на місцевості залежать від виду, потужності ядерного вибуху,

рельєфу, наявності лісових масивів, метеорологічних та геологічних умов.

Місцевість вважається забрудненою тоді, коли рівень радіації, який замірено на висоті 0,7 – 1 м, становить 0,5 Р/год і більше. При таких рівнях слід застосовувати засоби захисту.

52