Поражающие факторы ЯВ и аварий на РОО

1.Ударная волна (УВ) – область резкого сжатия воздуха, распространяющаяся во все стороны от центра взрыва со скоростью звука. Если средой является воздух – воздушная (ВУВ), грунт – сейсмовзрывная (СВВ), вода – УВ сжатия воды.

Параметры ВУВ:

- максимальное избыточное давление Р_max воздуха во фронте ВУВ [атм];

- скорость перемещения ВУВ – от сверхзвуковой (600) – до? 300 м/сек;

- скорость воздуха (ветра-) и длительность фаз сжатия и разряжения.

На ВУВ приходится до 50% всей энергии ЯВ. Поражающее действие ВУВ определяется величиной DР_max, скоростным напором ветра, «раскачиванием» целей при смене фазы сжатия на разряжение. При воздушных ЯВ образуются отраженная ВУВ (давление во фронте становится до 8 раз большим). Разрушающее действие ВУВ оказывает на значительные расстояния от центра взрыва (до десятков и сотен км).

От действия ВУВ взрывов обычных боеприпасов, ударной волны образующейся при преодолении самолетом звукового барьера, ВУВ ЯВ отличает лишь огромные величины параметров и радиусы зон поражения. При этом у человека происходит разрыв барабанных перепонок, контузии (повреждение ЦНС), разрывы сосудов и переломы костей и др. Мгновенное повышение давления во фронте ВУВ воспринимается организмом как резкий удар и сжатие в течение секунд.

Примеры устойчивости к поражению ВУВ (значения DР_max [атм]):

1. Людей: легкие при 0, 2; средние – при 0, 5; тяжелые поражения – при 0, 5-1; смертельные - ³ 1 атм; + вторичное метательное действие летящих предметов !!!

2. Зданий, укрытий – зависит от прочности. Радиусы зон поражения большинства объектов определяются ВУВ. Устойчивость укрытий (подвалы прочных домов, убежища) достигает до десятков [атм].

Устойчивость вооружения, военной техники зависит от конструкции, укрытия, наличия систем противоатомной защиты, так самолеты, вертолеты, ракеты, автомобили выдерживают до 0, 1-0, 5 атм; танк – до 15 атм.

Защита от поражения ВУВ:

- укрытия для людей, техники (снижают радиусы поражения в 3 раза, убежища – полная защита).

- использование находящихся рядом естественных преград (канавы, ямы, овраги, за холмами) с целью максимально уменьшить площадь объекта к действию ВУВ (лечь головой от взрыва и т.п.).

Вторичные поражения людей от ударов обломками зданий, камней, дерева и стекла, летящих с большой скоростью вероятны в значительной степени, так как плотность летящих осколков в зонах разрушений достигает 3 тыс/м² при средней их скорости 50 м/с (при 0, 3 атм). Разрушения стекла в зданиях от ВУВ – при 0, 04 атм.

СВВ ® сжатие и перемещение грунта (при наземных и подземных ЯВ).

Типы СВВ: поверхностная, продольная, поперечная (к направлению распространения). Скорость СВВ = 10 [км/с]! Давление во фронте УВ в воде гораздо выше (в 200 раз по сравнению с ВУВ в одинаковых условиях, а время действия – мгновенно).

2. Световое излучение (СИ) – ЭМИ УФ, видимого, ИК – спектра. Спектр СИ аналогично спектру Солнца в зените. На долю СИ приходится до 35% всей энергии ЯВ. В ясную погоду для ЯВ малой мощности СИ – основной ПФ с большим радиусом поражения, чем ВУВ. Источник СИ – светящаяся область ЯВ.

Проникающая радиация (ПР) и рентгеновское излучение ЯВ ионизируют атомы, при возврате их в невозбужденное состояние выделяются кванты света. Это начальная фаза СИ длительностью [мкс] являет собой свечение холодного воздуха (люминесценция в радиусе 300 м – не зависит от мощности ЯВ) с яркостной температурой свечения до 100 тыс. °С (сотни Солнц), но длительностью – [мкс] – быстро переходит в дальнейший прогрев воздуха ПР (g, n) ЯВ; приводит к образованию плазмы, ее рекомбинация генерирует мягкое рентгеновское излучение и образование светящегося фронта УВ. Температура его сначала падает и воздух до 0, 1 с перестает светиться. Очень важно за это короткое время вспышки принять меры защиты (закрыть глаза, лечь), так как на этой фазе выделяется лишь 2 % энергии СИ. Затем температура свечения вновь повышается до 10 тыс. °С на 0, 1 ¸ > 10 сек. На эту фазу приходится до 98% энергии СИ ЯВ. Отражаясь от облаков, СИ ЯВ увеличивается в 1, 5 раза. Действия СИ ЯВ – ожоги открытых участков тела, временное ослепление или ожоги сетчатки глаз человека; возгорание горючих материалов.

Энергия, передаваемая любым световым излучением, пропорциональна температуре в 4-ой степени. Если при ЯВ (в отличие от взрыва обычных ВВ) Т» 10 млн°С, то доля СИ в энергии ЯВ велика.

Основной параметр светового излучения - Световой импульс ЯВ – количество энергии, за время излучения падающей на единицу площади неподвижной неэкранированной поверхности, перпендикулярной к направлению распространения. Измеряется в 1 кал/см²= 4, 2 Дж/см². Чем меньше мощность ЯВ и длительность свечения, тем больше интенсивность светового импульса для одинаковых расстояний, тем больше доля пораженных СИ.

Воздействие СИ на материалы: прохождение, поглощение, отражение.

Человек:

Глаза: временное ослепление, особенно ночью, ожог глазного дна.

Кожа: ожоги от СИ + вторичные от горящей одежды.

Тяжесть определяется степенью, площадью и местом ожога. Ожоги кожи 2-ой степени площадью 3% делают человека нетрудоспособным.

Ожоги кожи (2-ой степени) под одеждой происходят при световых импульсах [кал/см²]:

- синтетические ткани – при 2-3 плавятся (могут возгораться), усиливая вторичные ожоги;

- хлопчатобумажная (горит) > 6;

- полушерстяная (горит) < 12;

- шерстяная (шинельное сукно) горит при > 40.

Примеры световых импульсов, приводящих к возгоранию других материалов [кал/см²]:

- трава, бумага, обивка сидений, резина < 5;

- дерево, лес, лакокрасочные покрытия, ткани х/б, накидок, тентов < 10;

- ткани шерстяные – 15.

Устойчивость материалов к воздействию СИ: чем < теплоемкость, < теплопроводимость, < толщина, > темный цвет, тем > нагрев поверхности. Так, у материалов с низкой теплопроводимостью (дерево, пластмассы, резина, окрашенные поверхности), происходит перегрев и воспламенение поверхности. СИ приводит к пожарам и взрывам, особенно в условиях разрушения коммуникаций, предприятий.

Защита от СИ ЯВ:

- любыми непрозрачными преградами (местности, укрытий, техники);

- защита глаз (аналогично см. от ВУВ, ПР): закрыв глаза, быстро лечь, головой в сторону от ЯВ, по возможности за непрозрачную преграду.

Из специальных средств, для наблюдателей общевойсковых подразделений, летного состава авиации, имеются очки и шлемы с фотохромными стеклами (ОФ, ОПФ и др.). Они снижают радиусы зон поражения глаз в 5 раз и сокращают время адаптации в 2-3 раза.

Требования к специальной защитной одежде по защите от СИ исходят из того, чтобы снизить радиусы поражения от СИ до таковых от других ПФ: защита кожи от ожогов (термозащита) = 15 [кал/см²], негорючесть (не горит и не тлеет после) – 25 [кал/см²], т.е. требуемый уровень термозащиты кожи от СИ ЯВ – 15-25 [кал/см²].

Средства защиты кожи постоянного ношения (фильтрующего типа) и изолирующего типа на основе резинотканевых материалов с антипиренами (вещества, добавляемые для придания невозгораемости, огнеустойчивости материала), шинельное шерстяное сукно – табельная одежда военнослужащих на военное время обладает высокими защитными свойствами от СИ ЯВ, снижая радиусы зон поражения по этому фактору в несколько раз. Следует помнить, что скорость распространения СИ ЯВ (световая) определяет первоочередность защиты от этого ПФ по сравнению с защитой от ПР и ВУВ, действие которых на расстоянии чуть запаздывает.

Большую опасность для людей представляют пожары в результате СИ ЯВ. Так, в Хиросиме и Нагасаки 50 % смертей было вызвано ожогами; из них часть непосредственно от СИ ЯВ, а частѕ - ожогами от пожаров. Степень поражения людей от СИ существенно снижается при своевременном оповещении людей, использовании ими защитных свойств местности или сооружений, средств индивидуальной и коллективной защиты и строгом выполнении противопожарных мероприятий. Легко воспламеняются от СИ ЯВ: сухие трава, листья, солома, стружка, бумага, древесина – при импульсах 3-6 [кал/см²]. Пожары отдельные могут переходить в зону сплошных пожаров с огневым штормом в лесных массивах.

3.Проникающая радиация (ПР) – одновременный g, n – поток в момент ЯВ (за 1с – 50%, 5с – 90%, (10: 20)с-100). R< 3 км.

Источники g, n: ЯР+РА распад осколков деления:

- мгновенные при ЯР, [мкс], незначительно.

- РА распад осколков деления, (10-20 сек)

основное

- вторичные (захват грунтом, воздухом)

Свойства, воздействие на организм и материалы, количественные характеристики излучения и результатов его воздействия (степени лучевой болезни; особенности результатов взрыва нейтронного боеприпаса, определяемые поражающим действием ПР - см. ранее).

Особенности нейтронного боеприпаса (НБП): по доли энергии на ПР он эквивалентен взрыву ЯПБ в 10 раз большей мощности, а нейтроны, g-излучения (основные компоненты ПР-85%) наводят в грунте, технике огромную РА – причину РЗ и поражения людей.

Облучение: однократное за первые (4 суток), многократное (за большее время). Для ЯПБ малой мощности зоны поражения ПР превосходят аналогичные для ВУВ и СИ. ПР вызывает необратимые изменения в материалах, электро- и радиотехнике, оптических системах, изменения физико-химических процессов наведением радиации в материалах аппаратуры, ухудшением диэлектрических свойств. В космосе действует на расстоянии десятков и сотен км., поэтому там ПР – основной ПФ ЯВ.

Защита от ПР: Ослаблением материалами: зависит от вида (g, n) ИИ, свойств и толщины материала (слоя половинного ослабления). Плотные вещества лучше взаимодействуют и поглощают g-излучение, уменьшая прошедшие дозы. Так, слой половинного (в 2 раза) ослабления равен [см]: для свинца – 2, стали – 3, бетона – 10; грунта, кирпича – 15, воды – 20, дерева – 30.

Нейтроны взаимодействуют (в отличие от g) с ядрами атомов, а не с их электронами. От тяжелых атомов элементов они отскакивают, как мяч от стенки, не теряя энергии. Легкие ядра при столкновении с нейтронами испытывают упругий удар, принимают (поглощают) энергию нейтрона. Поэтому вещества, содержащие легкие элементы (водород, углерод, кислород и др.) хорошо поглощают нейтроны. Это полимеры, вода. Слой половинного ослабления n-излучения равен [см] для полимеров (ПЭ и др.)-2, воды-3; бетона, стали-8; грунта-15; дерева-22 см. Для расчета коэффициента ослабления ПР или РЗ укрытиями с большой толщиной h защитных материалов применяют формулу: К_осл = Д_о/Д = 2^h/d, где h – толщина; d – значение слоя половинного ослабления. Пример: убежище легкого типа, толщина слоя грунта над ним – 150 см., слой половинного ослабления (g) грунта – 15 см. К_осл = 2^150/15 = 2¹⁰»1000 раз.

Учитывая, что разные материалы по разному ослабляют g и n – излучения, отдельные образцы боевой техники для условий термоядерной войны (танки, разведывательные машины радиационной разведки) проектируются и изготавливаются с К_осл = 10 от g (броней) и n (слоем полиэтилена толщиной – 10 см) излучений. Вся современная бронетехника (танки САУ, БМП, бронетранспортеры, спецтехника на их базе), оснащены системами противоатомной защиты (ПАЗ), что делает их объектами коллективной защиты. В состав ПАЗ входят автоматический прибор радиационной, химической разведки и фильтровентиляционная установка, работающая в разных режимах. При ЯВ по превышению мощности дозы ПР более 4 рад/сек., прибор автоматически выдает команды на глушение двигателя, закрытие жалюзей и воздухозаборного устройства для защиты от ВУВ ЯВ. По прохождению ВУВ все системы вновь включаются.

Источник ПР для аварий на РОО – реакторах АЭС (на примере ЧАЭС) – сам разрушенный реактор, изолировать который (частично) удалось, засыпав его материалом (песок и т.д.) и построив вокруг него «саркофаг». До этого он, ионизируя воздух, создавал картину малиново-фиолетового свечения, высотой более 1 км, яркость которого зависела от погоды (ярче при облаках, большей влажности), наблюдаемую отчетливо на расстояниях до 50 км. Он был источником РЗ проходивших над ним облаков.

Для уменьшения действия ПР (РЗ) в аптечке индивидуальной АИ-1 (АИ-2) имеется противорадиационный препарат (РС-1, «цистамин»-2 пенала малинового цвета по 6 таблеток. Прием - профилактически за 30 мин. до облучения, с защитным действием 6 часов. Затем – прием содержимого второго пенала).

4. Радиоактивное заражение (РЗ). При наземном ЯВ тысячи тонн грунта плавятся, испаряются, дробятся, конденсируются и поднимаются воздушным потоком в область разряжения (центр взрыва), образуя пылевой столб («ножку) и облако («шляпку гриба»). За 5-10 мин. Облако поднимается, остывая до уравнивания плотности с воздухом, на максимальную высоту подъема (до нескольких км.)

Источники РЗ в облаке: продукты деления ЯВВ (80 изотопов, 35 элементов средней части периодической системы элементов им. Д.И. Менделеева), наведенная в грунте РА (изотопы натрия-24, алюминия-28, марганца-56) – максимальная при взрыве нейтронного БП. Эти изотопы b-распада с испусканием g-излучения. Небольшая неразделившаяся часть ЯВВ- это a-активные изотопы плутония-239, урана-235 и -238.

В эпицентре ЯВ образуется район заражения радиусом от 1 до 3 км. Частицы крупных и средних размеров (1-0, 1 мм) несут основную долю РА, но, выпадая, они практически не попадают в легкие человека из воздуха. Мелкие частицы выпадают дальше от эпицентра. РА облако, двигаясь по направлению ветра с его скоростью и на большие расстояния, образует объем зараженной атмосферы – РА шлейф облака ЯВ, из которого к району заражения добавляется РА след с осью. Длительность РЗ – недели. Видимых признаков РЗ – нет.

Форма следа и степень РЗ зависит от:

-вида, мощности ЯВ;

-метеоусловий (скорости и направления ветра по высотам, наличия осадков – дождя, снега);

-рельефа местности и характера грунта.

Форма РА следа – вытянутый эллипс, условно делимый на четыре зоны: А-умеренного, Б-сильного, В-опасного и Г-чрезвычайно опасного заражения.

Параметры РЗ

Дозы g-излучения (на внешних границах зон) до полного РА распада Д¥ [рад] и мощности доз для зон А, Б, В, Г на 1 час после ЯВ равны соответственно:

40, 400, 1200, 4000 [рад] и 8, 80, 240, 800 [рад/час].

Доли зон от площади всего РЗ: А-65% (работа не прекращается), Б-20% (прекращается на сутки), В-10% (на трое суток - в укрытия), Г-5% (> 3 суток в укрытиях) или зоны, по возможности, быстро покидаются людьми. На всех схемах и картах внешние границы зон РЗ наносятся: А-синим, Б-зеленым, В-коричневым и Г-черным цветом.

Помимо приведенных, параметрами зон являются:

-концентрация b-РВ в воздухе ;

-степень заражения поверхностей или [МР/час] или другая размерность – см. НРБ. Заражение может быть первичным (при выпадении РВ из облака) и вторичным (пылеоседанием при движении техники, людей по РЗ местности). Влажный грунт делает РЗ «чистой» техники равным местности, сухой – меньшим. Мощность доз, дозы, степень РЗ определяются по показаниям радиометров-рентгенометров, измерителей мощности доз и дозиметров. Чем меньше Т_1/2 (см. выше), тем выше РА вещества. Так, 1 Кюри кобальта – 60 с Т_1/2 = 5 лет это частичка металла весом 10^-3г = 1 мг. Еще более РА натрий – 24, 1 Кюри его весит 10^-7г!!! В системе СИ за единицу РА принят Беккерель (Бк) = 1 распад/с. 1 Кюри = 3, 7 х 10¹⁰Бк. Образно можно сказать, что только 1 грамм натрия – 24 может РА заразить выше НРБ (5Кюри/см²) 2х10⁶км² местности!

Результаты воздействия внешнего РЗ на организм те же, что и при воздействии ПР, ИИ (см. выше), но чаще поражается кожа. Принципы защиты от РЗ - те же (см. выше для ИИ): изоляция от внешнего РЗ, уменьшение попадания РВ внутрь организма, применение средств индивидуальной защиты, санитарная и специальная обработка.

Средства индивидуальной защиты органов дыхания надежно защищают от РВ: коэффициент по стандартному аэрозолям составляет у респираторов < 0, 1%, у фильтрующих противогазов < 10^-3%. Для снижения заражения одежды и кожи РА пылью, необходимо использовать пленочные накидки (подручные) или табельную изолирующую одежду. В подвижных объектах бронетанковой военной техники при наличии на местности РЗ выше норм, включается система ПАЗ в режим вентиляции: воздух очищается на 98% от РВ и под напором подается в боевое отделение. Все эти способы и средства защиты могут полностью обезопасить людей от РЗ ЯВ.

Защита от воздействия РЗ требует дезактивации поверхностей мест нахождения снятием верхнего слоя РЗ, сметанием или смыванием. Так, открытые окопы, траншеи (недезактивированные) имеют ослабление РЗ в 3, тогда как дезактивированные – в 20 раз.

Падение мощности дозы РЗ для продуктов ЯВ: уменьшается в 10 раз через промежутки времени, кратные 7: через 7 час., 7х7=49»2 суток и 2х7=14 суток, соответственно в 10, 100 и 1000 раз! Т.е., практически, с точки зрения внешнего облучения через две недели на оси следа РЗ будет безопасным.

Совершенно иная картина падения РЗ имеет место при авариях на РОО. Мощность доз РЗ там определятся наличием огромного количества ядерного горючего (И-235, 238; плутония-239 с Т_1/2=24 тыс лет) – с относительно невысокой РА. Поэтому спад РА в этом случае будет, лимитируясь ею, происходить медленно. Его могут ускорить процессы дезактивации, проводимые технически (срезания и захоронение грунта, дезактивация поверхностей) или естественно (перемешивание почв, унос РВ с грунтовыми водами и т.д.)

5.Электромагнитный импульс (ЭМИ) образуется при наземных и воздушных ЯВ, при взаимодействии b-излучения с молекулами, электронами и ионами воздушной среды. Первичные (быстрые – со скоростью близкой к световой) электроны, двигаясь от центра ЯВ, образуют электрические токи и магнитные поля. Это – электромагнитный импульс (ЭМИ) ЯВ. Длительность его (-1/10) секунды. Напряженность электрического поля ЭМИ на границе действия других ПФ ЯВ достигает 1 кв/м. Доля ЭМИ в общей энергии ЯВ – менее 1%.

Поражающее действие ЭМИ – напряженностью электрического и магнитного полей. Первое может достигать (50 ¸ 100) кв. Обуславливает огромные токи в линиях и средствах связи, антеннах радиосвязи, на земле, между проводами двухпроводных линий, в кабелях, военной технике. При этом пробивается изоляция, элементы аппаратуры, полупроводники, предохранители в системах, не оборудованных спецзащитой, нарушается связь. ЭМИ нарушает радиосвязь в R=1000км в течение 10 час (ЯВ мощностью 1 Мт, высота 80 км). Линии электропередач, рассчитанные на напряжение десятки – сотни кв., устойчивы к ЭМИ. Защита от ЭМИ – экранированием и защитной автоматикой. Непосредственного воздействия на человека ЭМИ не оказывает. ЭМИ – параметр засечки координат ЯВ в автоматических станциях засечки, находящихся на вооружении войск радиационной, химической и биологической защиты (РХБЗ). По характеру ЭМИ мгновенно определяются: тип ЯБП, вид, мощность, дальность и координаты ЯВ. Данные о параметрах ЯВ служат основой планирования любых боевых операций, прогнозирования потерь в очагах поражения и оценки складывающейся при ЯВ радиационной обстановки.

Одновременное прямое или косвенное действие ПФ ЯВ на людей утяжеляет такое комбинированное поражение, увеличивает степень разрушений жилых и промышленных зон. Территория, где произошли массовые поражения людей и разрушения зон называется очагом ядерного поражения. Он характеризуется: количеством пораженных, размерами зон поражения, разрушениями (полные или частичные) зданий, радиоактивным заражением, пожарами и затоплениями. Размеры очага ядерного поражения зависят в основном от мощности, вида взрыва и рельефа местности.