Тема. Поражающие факторы источников чс

Учебная цель: изучить основные параметры поражающих факторов источников ЧС и их негативное действие на жизнь и здоровье людей, с.-х. животных и растений, ОЭ и окружающую среду.

Учебные вопросы: 1. Ударная волна.

2. Световое излучение.

3. Проникающая радиация.

4. Электромагнитный импульс.

5. Радиоактивное заражение местности.

6. Химическое заражение.

Поражающий фактор – это физическое, химическое или биологическое действие, которое определяется или выражается соответствующими параметрами.

Поражающее действие источника ЧС заключается в негативном влиянии одного поражающего фактора или их совокупности на жизнь и здоровье людей, с.-х животных и растений, ОЭ и окружающую среду.

Основными поражающими факторами источников ЧС являются: воздушная ударная волна, световое (тепловое) излучение, ионизирующие излучения (ИИ) и токсическое воздействие.

1. Ударная волна

Ударная волна – это область резкого сжатия среды, которая в виде сферического слоя распространяется во все стороны от места взрыва со сверхзвуковой скоростью. В зависимости от среды распространения различают ударную волну в воздухе, в воде или грунте (сейсмовзрывные волны).

Ударная волна в воздухе образуется за счет колоссальной энергии, выделяемой в зоне реакции, где исключительно высокая температура, а давление достигает миллиардов атмосфер (до 10⁵ млрд. Па). Раскаленные пары и газы, стремясь расшириться, производят резкий удар по окружающим слоям воздуха, сжимают их до больших давления и плотности и нагревают до высокой температуры. Эти слои воздуха приводят в движение последующие слои. И так сжатие, и перемещение воздуха происходит от одного слоя к другому во все стороны от центра взрыва, образуя воздушную ударную волну. Расширение раскаленных газов происходит в сравнительно малых объемах, поэтому их действие на более заметных удалениях от центра ядерного взрыва исчезает и основным носителем действия взрыва становится воздушная ударная волна. Вблизи центра взрыва скорость распространения ударной волны в несколько раз превышает скорость звука в воздухе. С увеличением расстояния от места взрыва скорость распространения волны быстро падает, а ударная волна ослабевает; на больших удалениях ударная волна переходит, по существу, в обычную акустическую волну и скорость ее распространения приближается к скорости звука в окружающей среде, т.е. 340 м/с. Воздушная ударная волна при ядерном взрыве средней мощности проходит примерно 1000 м за 1,4 с, 2000 м – за 4 с, 3000 м – за 7 с. Отсюда следует, что человек, увидев вспышку ядерного взрыва, за время до прихода ударной волны, может занять ближайшее укрытие (складку местности, канаву, кювет и т.п.) и тем самым уменьшить вероятность поражения ударной волной.

Характер изменения давления по времени в какой-либо фиксированной точке пространства (поверхности земли) при прохождении через нее ударной волны показан на рис. 1. Перед фронтом ударной волны давление в воздухе равно атмосферному Р₀. С приходом фронта ударной волны в данную точку пространства давление резко (скачком) увеличивается и достигает максимального Р_ф= Р₀+ΔР_ф. Также резко в этой точке возрастает плотность, температура и скорость движения среды (воздуха).

После того как фронт ударной волны (ее передняя граница) проходит данную точку пространства, давление в ней постепенно снижается и через некоторый промежуток времени становится равным атмосферному. Образовавшийся слой сжатого воздуха называют фазой сжатия τ₊. В этот период времени воздушная ударная волна обладает наибольшим разрушающим действием. С удалением от центра взрыва давление во фронте ударной волны уменьшается, а толщина слоя сжатия все время возрастает. Последнее происходит в результате вовлечения в движение новых масс воздуха.

В дальнейшем, продолжая уменьшаться, давление становится ниже атмосферного и воздух начинает двигаться в направлении, в противоположном распространению ударной волны, т.е. к центру взрыва. Эта зона пониженного давления называется фазой разрежения τ_–. В фазе разрежения ударная волна производит меньшие разрушения, чем в фазе сжатия, так как максимальное отрицательное давление значительно меньше максимального избыточного давления во фронте ударной волны.

После окончания периода действия фазы разрежения, когда давление достигает значения давления окружающей среды, прекращается движение масс воздуха, а следовательно, и разрушающее действие воздушной ударной волны.

Непосредственно за фронтом ударной волны, в области сжатия, движутся массы воздуха. Вследствие торможения этих масс воздуха, при встрече с преградой возникает давление скоростного напора воздушной ударной волны. Когда фронт ударной волны достигает данной точки пространства (преграды), скоростной (ветровой) напор, как и избыточное давление, моментально поднимается от нуля до максимального значения. По мере удаления от фронта скоростной напор уменьшается до нуля несколько позднее, нежели избыточное давление. Это объясняется инерцией движущегося за фронтом ударной волны воздуха. Однако для оценки разрушающего действия воздушной ударной волны ядерного взрыва эта разница не существенна и при расчетах принимают продолжительность воздействия скоростного напора равным времени действия фазы сжатия. В фазе разрежения скоростной напор весьма незначителен и его разрушающее действие, так же как и действие избыточного давления, не учитывают.

Основные параметры ударной волны, характеризующие ее разрушающее и поражающее действие:

♦ избыточное давление во фронте ударной волны;

♦ давление скоростного напора;

♦ продолжительность действия волны – длительность фазы сжатия;

♦ скорость фронта ударной волны.

Избыточное давление во фронте ударной волны (ΔР_ф – это разность между максимальным давлением во фронте ударной волны и нормальным атмосферным давлением Р₀ перед этим фронтом (см. рис. 1). Единица избыточного давления – паскаль (Па) или килограмм-сила на квадратный сантиметр (кгс/см²):

1 Па = 1 Н/м² = 0,102 кгс/м² = 1,02·10^–5 кгс/см².

1 кгс/см² = 98,1 кПа или 1 кгс/см²≈100 кПа.

Значение избыточного давления в основном зависит от мощности и вида взрыва и расстояния. Влияние других условий (рельефа местности, метеоусловий и др.) может быть учтено путем введения соответствующих поправок в значения величин, определяемых для различных условий взрыва.

Для наземного взрыва, когда энергия взрыва распределяется в полусфере и ударная волна перемещается вдоль поверхности земли, избыточное давление во фронте ударной волны может быть рассчитано по формуле:

.

Здесь – избыточное давление во фронте ударной волны, кПа;– тротиловый эквивалент ядерного взрыва по ударной волне, кг,, где– мощность взрыва (тротиловый эквивалент), кг;– расстояние от центра взрыва, м.

Степень разрушения конструкций определяется не только воздействием давления фронта волны, но и торможением движения масс воздуха, следующих за фронтом волны. Динамическая нагрузка, создаваемая потоком воздуха, называется давлением скоростного напора (кгс/см²).

Скоростной напор воздуха находится в прямой зависимости от скорости и плотности воздуха за фронтом ударной волны и равен:

[кПа],

Если направление распространения ВУВ перпендикулярно бесконечно плоской преграде (поверхность земли, здания с большой площадью), то при достижении волной преграды максимальное избыточное давление отражения может быть рассчитано по формуле:

Из уравнения видно, что ΔР_отр приближается к 8ΔР_ф – для больших значений ΔР_ф и стремится к 2ΔР_ф – для малых значений ΔР_ф.

Поражающее действие ВУВ в основном определяется избыточным давлением во фронте УВ ΔР_ф и скоростным напором ΔР_ск. Однако роль ΔР_ф и ΔР_ск в повреждении и разрушении зависит от размеров, конструкции объекта и степени его связи с земной поверхностью. Так, разрушение дымовых труб, опор линий электропередачи, мостовых ферм, столбов или им подобных объектов происходит под действием скоростного напора.

Поражения, наносимые людям, в зависимости от ΔР_ф принято разделять на:

легкие – 20–40 кПа (0,2–0,4 кгс/см²) – скоропроходящие нарушения функций организма (звон в ушах, головокружение, головная боль, возможные вывихи и ушибы);

средние – 40–60 кПа (0,4–0,6 кгс/см²) – вывихи конечностей, контузия головного мозга, повреждение органов слуха, кровотечение из носа и ушей;

тяжелые – 60–100 кПа (0,6–1 кгс/см²) – сильные контузии всего организма, потеря сознания, переломы конечностей, возможны повреждения внутренних органов;

крайне тяжелые – более 100 кПа (1 кгс/см²) – переломы конечностей, внутренние кровотечения, сотрясение мозга, потеря сознания, возможны смертельные исходы.

Оценку разрушений элементов объекта, вызванных ВУВ, принято давать по степени этих разрушений. Для большинства элементов ОЭ, как правило, рассматриваются три степени разрушений:

слабое – объект не выходит из строя, необходим незначительный ремонт;

среднее – когда разрушены главным образом второстепенные элементы объекта, основные элементы могут быть восстановлены путем проведения среднего и капитального ремонта;

сильное – когда разрушены основные элементы и объект не может быть восстановлен.

Для жилых и промышленных зданий обычно берется еще и четвертая степень – их полное разрушение.

Объем разрушений в городе и ОЭ зависит от характера строений, их этажности и плотности застройки.

Величины ΔР_ф, при которых наносятся слабое, среднее и сильное разрушения элементам объекта, приводятся в таблицах или определяются по формулам.

Остекление зданий разрушается при ΔР_ф = 2–7 кПа.

Основной способ защиты персонала объекта и населения от УВ – изоляция их от действия ΔР_ф и ΔР_ск. Для этого используются все виды защитных сооружений: убежища, противорадиационные укрытия (ПРУ) и простейшие укрытия (окопы, открытые и перекрытые траншеи, погреба, подвалы и т.д.). Перекрытые траншеи уменьшают радиус поражающего действия ВУВ в 2 раза, а убежища с заглублением более 10 м полностью исключают поражение людей.