2.4. Световое излучение ядерного взрыва

Световое излучение ядерного взрыва представляет собой элек­тромагнитное излучение оптического диапазона, включающее ультрафиолетовую ( =0,01—0,38 мкм), видимую (=0,38— 0,77 мкм) и инфракрасную ( =0,77—340 мкм) области спектра. Световое излучение в основном заключено в диапазоне 0,3— 2,5 мкм, так как ультрафиолетовое излучение интенсивно поглоща­ется в слое воздуха, непосредственно примыкающем к светящейся области. Зона реакции, как уже было сказано ранее, является мощным источником рентгеновского излучения. При взрыве в атмосфере рентгеновское излучение, поглощаясь, нагревает воз­дух, в результате чего образуется светящаяся область. Источни­ком, светового излучения при ядерном взрыве является, в основ­ном, раскаленный воздух, а также пары и газы вещества заряда,

вение ,в 'нем газодинамичеокиХ воэмущений. В этот период Ско­рость распространения границы светящейся области за счет прогрева холодного воздуха излучением выше скорости передачи газодинамических возмущении.

С течением времени температура внутри светящейся области понижается. С понижением температуры скорость расширения границы .светящейся области в результате прогрева 'воздуха из­лучением уменьшается быстрее, чем скорость распространения газодинамических возмущений. При температуре 300 тыс. К ско­рости обоих процессов становятся равными. В дальнейшем ско­рость распространения газодинамических воз­мущении превышает скорость расширения светящейся области, что приводит к обра­зованию у ее границы фронта ударной волны, т. е. фронт ударной вол­ны выходит на поверх­ность светящейся об­ласти и становится ее границей. В начальной фазе яркостная темпе­ратура* светящейся области некоторое вре-мя остается равной температуре 10 тыс. К (рис. . 2.16, участок аб). Это объясняется тем, что воздух, на­гретый до температу­ры выше 10 тыс. К, непрозрачен и не про­пускает излучения в окружающую среду из

внутренних, более горячих слоев светящейся области. В процессе выхода фронта ударной волны на границу светящейся области яркостная температура ее повышается от 10 до 100 тыс. К (рис. 2.16, участок бв). Начальная фаза заканчивается выходом фронта ударной волны на поверхность светящейся области.

Первая фаза — период развития светящейся области, в тече­ние которого ее границей и источником интенсивного излучения

является фронт ударной волны. При этом слоем воздуха за фронтом ударной волны полностью экранируется излучение, идущее из внутренних более горячих слоев. При температуре фронта волны Т_ф 10 тыс. К, экраном является сам фронт, а при более низких температурах, когда фронт прозрачен, —главным образом окислы азота NO ;и NO₂, образующиеся в зоне сжатия ударной волны. В конце первой фазы яркостная температура падает до 2—4 тыс. К, фронт ударной волны перестает светиться и уходит вперед. Таким образом в момент достижения минимума яркости происходит «отрыв» фронта ударной волны от поверх­ности светящейся области.

Вторая фаза — период развития светящейся области, когда источником светового излучения является нагретый воздух за прозрачным фронтом ударной волны.

В начале второй фазы фронт ударной волны, уже не излу­чающий света, отрывается от светящейся области и уходит впе­ред. В некоторых случаях светящаяся область бывает закрыта туманом, образовавшимся в зоне разрежения ударной волны. Вторая фаза характеризуется ростом размеров светящейся об­ласти, уменьшением экранирующего действия окиси азота, возрас­танием яркостной температуры до 8—10 тыс. К (рис. 2.16, участок гд), а затем ее уменьшением. В этом случае свет излучается объемом нагретого воздуха.

Максимальный радиус светящейся области (в метрах) может быть определен по формуле

к_макс=8,8(q^.₀/_H)^1/3

К концу второй фазы светящаяся область превращается в облако взрыва.

Облако взрыва — клубящаяся масса воздуха, перемешанная с продуктами взрыва, окислами азота (воздуха, частицами пыли (при наземных взрывах) м парами воды (три подводных взрывах).

Благодаря тому, что температура светящейся области не остается постоянной во времени, энергия, излучаемая за одну се­кунду с каждого квадратного сантиметра ее поверхности в виде светового излучения, также изменяется.

Распространение светового излучения в атмосфере имеет сложный характер. На облучаемую поверхность наряду с пря­мым излучением падает излучение, рассеянное в атмосфере, а также излучение, отраженное от поверхности земли, облаков и местных предметов.

Основными параметрами светового излучения являются:

— энергия светового излучения Е_c — часть полной энергии взрыва, приходящаяся на световое излучение;

— полное время свечения ;

— световой импульс U₀ — количество энергии светового из­лучения, падающее за все время излучения на единицу площади неподвижной и неэкранированной поверхности, расположенной перпендикулярно к направлению прямого излучения, без учета отраженного излучения;

— интенсивность светового излучения J₀=dU₀/d — коли­чество энергии светового излучения, падающее за единицу вре­мени (например, секунду) на единицу площади (cм²) неподвиж­ной и неэкранированной поверхности, расположенной перпендикулярно к направлению прямого излучения (без учета отраженного излучения);

— импульс облучения U — суммарное количество светового излучения, падающее за время излучения на единицу площади (см²) облучаемой поверхности, произвольно расположенной в пространстве;

— облученность (световой поток) S = dU/d— суммарное

количество энергии светового излучения, падающее за одну се­кунду на единицу площади облучаемой поверхности, произвольно расположенной в пространстве.

Энергия светового излучения Е_c (измеряемая в Дж) зависит от мощности взрыва и может быть определена по формуле Е_c= 4.18*10⁹ K_qq, где q-мощность взрыва, т ; К_q— энергетический коэффициент светового излучения (при взрывах в атмосфере на высоте до 25 км К_q = 0,35). Время свечения огненного шара так­же зависит от мощности взрыва и составляет 1 — 2с для боепри­пасов малого калибра, 2—4с — для среднего и 4— 10 с — для крупного. Время свечения в секундах может быть приближенно определено по формуле , где q — мощность взрыва, т. Величина светового импульса зависит от расстояния до цент­ра взрыва, мощности и вида ядерного взрыва, метеоусловий и может быть вычислена по следующей формуле:

,

где K4/D_B— коэффициент ослабления светового излучения

воздухом, км; D_B— метеорологическая дальность видимости, км;

К = 0,01 — очень чистый воздух (D_в = 100 км); К = 0,4 — городской воздух (D_в=10 км); Е_с— энергия светового излуче­ния; q — мощность взрыва, т; К_q — энергетический коэффициент светового излучения.

Поражающее действие светового излучения. Световое излуче­ние объектом отражается (K₁) , поглощается (К₂) и проходит через него (К₃) : К₁+К₂+К₃ = 1.

Поглощаемая часть энергии превращается в тепло, которое является основным видом поражающего действия светового из­лучения. При тепловом поражении материалы деформируются, разрушаются, плавятся, испаряются, воспламеняются и горят. Тепловое поражение кожи и глаз человека вызывает ожоги.

В некоторых случаях поражающее действие светового излуче­ния связано с возникновением фотоэлектрических и фотохими­ческих процессов, приводящих к нарушению функционирования фотоприемников, временному ослеплению людей.