Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
14-килотонный испытательный выстрел Чарли из операции Бастер-Джангл на полигоне в Неваде 30 октября 1951 года. Красный / оранжевый цвет, видимый здесь, в шапке грибовидного облака, в значительной степени обусловлен сильным жаром огненного шара в сочетании с кислород и азот , естественно, в воздухе. Кислород и азот, хотя, как правило, не реагируют друг с другом, при чрезмерном нагревании образуют разновидности NOx , в частности диоксид азота , который в значительной степени отвечает за цвет. В 1970-х и 1980-х годах была обеспокоенность, которая позже оказалась необоснованной, в отношении выбросов NOx из огненного шара и потери озона .

Последствия ядерного взрыва в непосредственной близости от него, как правило, гораздо более разрушительны и многогранны, чем воздействия обычных взрывчатых веществ . В большинстве случаев энергию, выделяемую ядерным оружием, взорванным в нижних слоях атмосферы, можно приблизительно разделить на четыре основные категории: [1]

  • сам взрыв : 40–50% общей энергии
  • тепловое излучение : 30–50% от общей энергии
  • ионизирующее излучение : 5% от общей энергии (больше в нейтронной бомбе )
  • остаточное излучение : 5–10% от полной энергии с массой взрыва.

В зависимости от конструкции оружия и места, в котором оно взорвалось, энергия, распределяемая по любой из этих категорий, может быть значительно выше или ниже. Эффект физического взрыва создается за счет взаимодействия огромного количества энергии, охватывающей весь электромагнитный спектр , с окружающей средой. Среда взрыва (например, подводная лодка, наземный взрыв , взрыв в воздухе или внеатмосферное) определяет, сколько энергии передается взрыву, а какое - радиации. В общем, окружение бомбы более плотной средой, такой как вода, поглощает больше энергии и создает более мощные ударные волны.в то же время ограничивая область его действия. Когда ядерное оружие окружено только воздухом, смертельный взрыв и тепловые эффекты пропорционально масштабируются гораздо быстрее, чем смертельные радиационные эффекты, когда увеличивается мощность взрывчатого вещества. Этот пузырь быстрее скорости звука. [2] Механизмы физического повреждения ядерного оружия (взрыв и тепловое излучение) идентичны механизмам обычных взрывчатых веществ, но энергия, производимая ядерным взрывом, обычно в миллионы раз мощнее на единицу массы, а температура на короткое время может достигать десятков миллионов градусов.

Энергия ядерного взрыва первоначально выделяется в нескольких формах проникающего излучения. Когда есть окружающий материал, такой как воздух, скала или вода, это излучение взаимодействует с материалом и быстро нагревает его до равновесной температуры (то есть так, что вещество имеет ту же температуру, что и топливо, приводящее в действие взрыв). Это вызывает испарение окружающего материала, что приводит к его быстрому расширению. Кинетическая энергия, создаваемая этим расширением, способствует образованию ударной волны, которая расширяется сферически от центра. Интенсивное тепловое излучение в гипоцентре формирует ядерный огненный шар, который при достаточно низкой высоте взрыва часто ассоциируется сгрибовидное облако . При высотном всплеске, когда плотность атмосферы низкая, выделяется больше энергии в виде ионизирующего гамма-излучения и рентгеновских лучей, чем в виде ударной волны, вытесняющей атмосферу.

В 1942 году среди ученых, разрабатывающих первое ядерное оружие в рамках Манхэттенского проекта , возникли первые предположения, что достаточно сильный ядерный взрыв может воспламенить атмосферу Земли. Это понятие касалось ядерной реакции двух атмосферных атомов азота, образующих углерод и атом кислорода, с соответствующим выделением энергии. Ученые выдвинули гипотезу, что эта энергия нагреет оставшийся в атмосфере азот достаточно, чтобы поддерживать реакцию до тех пор, пока все атомы азота не будут израсходованы, тем самым сжигая всю атмосферу Земли (которая состоит почти из 80% двухатомного азота) в одном единственном событии массивного горения. . Ганс Бетебыла поставлена ​​задача изучить эту гипотезу с самых ранних дней проекта, и в конечном итоге пришел к выводу, что сгорание всей атмосферы невозможно: охлаждение огненного шара из-за обратного эффекта Комптона почти гарантировало, что такой сценарий не станет реальностью. . [3] Ричарда Хэмминга , математика, попросили сделать аналогичный расчет непосредственно перед первым ядерным испытанием , с тем же результатом. [4] Тем не менее, эта идея оставалась слухом в течение многих лет и была источником апокалиптического юмора о виселице на испытании Тринити.

Прямые эффекты [ править ]

Взрывной урон [ править ]

Избыточное давление колеблется от 1 до 50 фунтов на квадратный дюйм (от 6,9 до 345 килопаскалей) на 1 килотонну взрыва воздуха в тротиловом эквиваленте в зависимости от высоты взрыва. Тонкая черная кривая указывает оптимальную высоту взрыва для данного диапазона земли. Военные планировщики предпочитают максимизировать дальность действия 10 фунтов на квадратный дюйм или более при атаке гражданских целей, поэтому для взрыва мощностью в 1 килотонну предпочтительна высота взрыва 220 м. Чтобы найти оптимальную высоту очереди для любой мощности оружия, кубический корень из мощности в килотоннах умножается на идеальную HOB для взрыва мощностью 1 уз, например, оптимальная высота очереди для оружия мощностью 500 уз составляет ~ 1745 м. [5]
Оценка размера ущерба, нанесенного атомными бомбардировками Хиросимы и Нагасаки мощностью 16 и 21 кт .

Высокие температуры и радиация заставляют газ двигаться радиально наружу в тонкой плотной оболочке, называемой «гидродинамическим фронтом». Фронт действует как поршень, который толкает и сжимает окружающую среду, создавая расширяющуюся сферическую ударную волну . Сначала эта ударная волна находится внутри поверхности развивающегося огненного шара, который создается в объеме воздуха, нагретого «мягкими» рентгеновскими лучами взрыва. В течение доли секунды фронт плотной ударной волны закрывает огненный шар и продолжает двигаться мимо него, теперь расширяясь наружу, освобождая от огненного шара, вызывая уменьшение света, исходящего от ядерного взрыва. В конце концов, ударная волна рассеивается до такой степени, что свет снова становится видимым, вызывая характерную двойную вспышку.за счет взаимодействия ударной волны с огненным шаром. [6] Именно эта уникальная особенность ядерных взрывов используется при проверке того, что произошел атмосферный ядерный взрыв, а не просто большой обычный взрыв, с помощью радиометров, известных как Бхангметры, способных определять природу взрывов.

В случае воздушных взрывов на уровне моря или около него 50–60% энергии взрыва уходит на взрывную волну, в зависимости от размера и мощности бомбы . Как правило, доля взрыва выше для оружия малой мощности. Кроме того, она уменьшается на больших высотах, потому что меньше массы воздуха поглощает энергию излучения и превращает ее в взрыв. Этот эффект наиболее важен для высот более 30 км, что соответствует менее 1% плотности воздуха на уровне моря.

Было обнаружено, что воздействие умеренного дождя во время ядерного взрыва в Операционном замке снижает или снижает пиковые уровни давления примерно на 15% на всех диапазонах. [7]

Воспроизвести медиа
Общие эффекты атомных бомб на Хиросиму и Нагасаки. Описывает эффекты, в частности эффекты взрыва, и реакцию различных типов структур на эффекты оружия.

Большая часть разрушений, вызванных ядерным взрывом, вызвана эффектами взрыва. Большинство зданий, кроме армированных или Взрывоустойчивые структур, будет страдать умеренное повреждение при воздействии избыточного давления только 35,5 кПа (кПа) (5,15 фунт-сила на квадратный дюйм или 0,35 атм). Данные, полученные в ходе исследований в Японии, показали, что 8 фунтов на квадратный дюйм (55 кПа) было достаточно для разрушения всех деревянных и кирпичных жилых построек. Это можно разумно определить как давление, способное вызвать серьезные повреждения. [8]

Ураганный ветер на уровне моря может превышать тысячу км / ч или ~ 300 м / с, приближаясь к скорости звука в воздухе. Диапазон действия взрыва увеличивается с взрывной мощностью оружия, а также зависит от высоты взрыва. Вопреки тому, что можно было ожидать от геометрии, дальность взрыва не является максимальной для надводных или малых высот, а увеличивается с высотой до «оптимальной высоты взрыва», а затем быстро уменьшается на больших высотах. Это связано с нелинейным поведением ударных волн. Когда взрывная волна от воздушного взрыва достигает земли, она отражается. Ниже определенного угла отражения отраженная волна и прямая волна сливаются и образуют усиленную горизонтальную волну, известную как `` шток Маха '' (названный в честь Эрнста Маха ) и являющийся формойконструктивное вмешательство . [9] [10] [11] Это конструктивное вмешательство является явлением, ответственным за неровности или «колени» на приведенном выше графике диапазона избыточного давления.

Для каждого избыточного давления цели существует определенная оптимальная высота взрыва, при которой дальность взрыва увеличивается над наземными целями. При типичном воздушном взрыве, когда дальность взрыва максимальна для получения наибольшего диапазона серьезных повреждений, т. Е. Наибольшего диапазона, на который распространяется давление ~ 10 фунтов на квадратный дюйм (69 кПа), диапазон GR / земля составляет 0,4 км для 1 килотонна (кт) выхода в тротиловом эквиваленте; 1,9 км на 100 узлов; и 8,6 км для 10 мегатонн (Мт) в тротиловом эквиваленте. Оптимальная высота взрыва для максимизации желаемого серьезного поражения на земле для бомбы мощностью 1 кт составляет 0,22 км; на 100 узлов - 1 км; и для 10 Мт - 4,7 км.

С взрывной волной в воздухе связаны два различных одновременных явления :

  • Статическое избыточное давление , т. Е. Резкое повышение давления со стороны ударной волны. Избыточное давление в любой заданной точке прямо пропорционально плотности воздуха в волне.
  • Динамические давления , т. Е. Сопротивление порывам порывающим ветром, необходимое для образования взрывной волны. Эти ветры толкают, кидают и разрывают предметы.

Большая часть материального ущерба, нанесенного ядерным воздушным взрывом, вызвана сочетанием высоких статических избыточных давлений и порывов ветра. Длительное сжатие взрывной волны ослабляет конструкции, которые затем разрываются порывами ветра. Фазы сжатия, вакуума и сопротивления вместе могут длиться несколько секунд или дольше и создавать силы, во много раз превышающие силу самого сильного урагана .

Воздействуя на человеческое тело, ударные волны вызывают волны давления через ткани. Эти волны в основном повреждают соединения между тканями разной плотности (кости и мышцы) или поверхность раздела между тканью и воздухом. Особенно страдают легкие и брюшная полость , содержащие воздух. Повреждение вызывает сильное кровотечение или воздушную эмболию , каждая из которых может быть быстро смертельной. По оценкам, избыточное давление, способное повредить легкие, составляет около 70 кПа. Некоторые барабанные перепонки , вероятно, разорвутся примерно на 22 кПа (0,2 атм), а половина - при разрыве от 90 до 130 кПа (от 0,9 до 1,2 атм).

Взрывные ветры : энергия сопротивления порывов ветра пропорциональна кубам их скоростей, умноженных на длительность. Эти ветры могут достигать нескольких сотен километров в час.

Тепловое излучение [ править ]

Воспроизвести медиа
Безмолвная видеозапись USSBS ( Обследование стратегических бомбардировок США ), которая в первую очередь представляет собой анализ травм, полученных от внезапных ожогов у людей в Хиросиме. В 2:00, что типично для формы солнечных ожогов, защита обеспечивается одеждой, в данном случае штанами, при этом медсестра указывает на демаркационную линию, где штаны начинают полностью защищать нижнюю часть тела от ожогов. В 4:27 он может быть выведен из горящего формы , что человек сталкивается с огненным шаром и был одет в жилет в момент взрыва и т.д. Многие из ожоговых травм проявляют повышенной келоидных модели исцеления. 25 выжившим женщинам потребовались обширные послевоенные операции, и их называли девицами Хиросимы .

Ядерное оружие излучает большое количество теплового излучения в виде видимого, инфракрасного и ультрафиолетового света, для которого атмосфера в значительной степени прозрачна. Это известно как «Вспышка». [12] Основные опасности - ожоги и травмы глаз. В ясные дни эти травмы могут произойти далеко за пределами диапазона взрыва, в зависимости от мощности оружия. [2] Пожары также могут быть вызваны первоначальным тепловым излучением, но следующие сильные ветры, вызванные взрывной волной, могут потушить почти все такие пожары, если только мощность не будет очень высокой, когда диапазон теплового воздействия значительно превосходит эффекты взрыва, как наблюдалось при взрывах в диапазоне многомегатонн. [2] Это связано с тем, что интенсивность эффектов взрыва падает с третьей степенью расстояния от взрыва, в то время как интенсивность радиационных эффектов падает со второй степенью расстояния. Это приводит к тому, что диапазон тепловых эффектов заметно увеличивается по сравнению с дальностью взрыва, поскольку взрываются все более и более мощные устройства. [2] Тепловое излучение составляет от 35 до 45% энергии, выделяемой при взрыве, в зависимости от мощности устройства. В городских районах тушение пожаров, вызванных тепловым излучением, может не иметь большого значения, поскольку при внезапной атаке пожары могут также возникать из-за короткого замыкания, вызванного взрывным воздействием, газовых запальных ламп, перевернутых печей и других источников возгорания, как и случай во время взрыва бомбы замедленного действия в Хиросиме . [13]Неясно, будут ли эти вторичные пожары, в свою очередь, погашены, когда современные негорючие кирпичные и бетонные здания обрушатся на себя от одной и той же взрывной волны, и не в последнюю очередь из-за маскирующего эффекта современных городских ландшафтов на тепловые и взрывные волны. передачи постоянно проверяются. [14] Когда в Хиросиме и Нагасаки были взорваны горючие каркасные здания, они горели не так быстро, как если бы они остались стоять. Негорючие обломки, образовавшиеся в результате взрыва, часто покрывали и предотвращали горение горючего материала. [15] Эксперты по пожарной безопасности предполагают, что, в отличие от Хиросимы, из-за особенностей современного дизайна и строительства городов США, огненная буряв наше время маловероятно после ядерного взрыва. [16] Это не исключает возникновения пожаров, но означает, что эти пожары не перерастут в огненную бурю, во многом из-за различий между современными строительными материалами и материалами, использованными в Хиросиме времен Второй мировой войны.

Выделяют два типа повреждений глаз тепловым излучением оружия:

Ослепление от вспышек вызвано первоначальной яркой вспышкой света, произведенной ядерным взрывом. Сетчатка получает больше световой энергии, чем можно переносить, но меньше, чем требуется для необратимого повреждения. Сетчатка особенно восприимчива к видимому и коротковолновому инфракрасному свету, поскольку эта часть электромагнитного спектра фокусируется линзой на сетчатке. Результат - обесцвечивание зрительных пигментов и временная слепота на срок до 40 минут.

Ожоги видны на женщине в Хиросиме во время взрыва. Более темные цвета ее кимоно в момент взрыва соответствуют четко видимым ожогам на коже, которые коснулись частей одежды, подвергшихся воздействию теплового излучения. Поскольку кимоно не является облегающей одеждой, некоторые части, непосредственно не соприкасающиеся с ее кожей, видны как разрывы рисунка, а более плотно прилегающие области, приближающиеся к линии талии, имеют гораздо более четкий рисунок.

Ожог сетчатки, приводящий к необратимому повреждению от рубцов, также вызван концентрацией прямой тепловой энергии на сетчатке линзой. Это произойдет только тогда, когда огненный шар действительно окажется в поле зрения человека, и это будет относительно редкая травма. Ожоги сетчатки могут быть получены на значительном удалении от места взрыва. Высота взрыва и видимый размер огненного шара, функция мощности и дальности определяют степень и степень рубцевания сетчатки. Шрам в центральном поле зрения будет более изнурительным. Как правило, ограниченный дефект поля зрения, который будет едва заметен, - это все, что может произойти.

Когда тепловое излучение попадает на объект, часть его отражается, часть проходит, а остальная часть поглощается. Поглощаемая фракция зависит от природы и цвета материала. Тонкий материал может пропускать много. Светлый объект может отражать большую часть падающего излучения и, таким образом, избегать повреждений, таких как белая краска с защитой от вспышки . Поглощенное тепловое излучение повышает температуру поверхности и приводит к обугливанию, обугливанию и возгоранию дерева, бумаги, ткани и т. Д. Если материал является плохим проводником тепла, тепло ограничивается поверхностью материала.

Фактическое воспламенение материалов зависит от того, как долго длится тепловой импульс, а также от толщины и содержания влаги в мишени. Вблизи нулевой точки, где поток энергии превышает 125 Дж / см 2 , то, что может гореть, будет. Дальше будут гореть только самые легко воспламеняемые материалы. Зажигательные эффекты усугубляются вторичными пожарами, вызванными эффектами взрывной волны, например, от перебоев в печах и топках.

В Хиросиме 6 августа 1945 года в течение 20 минут после взрыва возникла сильнейшая огненная буря, которая разрушила еще много зданий и домов, построенных преимущественно из «хрупких» деревянных материалов. [13] Огненная буря вызывает ураганные ветры, дующие к центру огня со всех точек компаса. Это не свойственно ядерным взрывам, которые часто наблюдались при крупных лесных пожарах и после зажигательных налётов во время Второй мировой войны.. Несмотря на то, что пожары уничтожили большую часть города Нагасаки, настоящей огненной бури в городе не произошло, даже несмотря на то, что использовалось более высокопроизводительное оружие. Многие факторы объясняют это кажущееся противоречие, в том числе время бомбардировок, отличное от Хиросимы, рельеф местности и, что особенно важно, более низкая загрузка топлива / плотность топлива в городе, чем в Хиросиме.

Нагасаки, вероятно, не предоставил достаточно топлива для развития огненной бури по сравнению со многими зданиями на равнине в Хиросиме. [17]

Поскольку тепловое излучение распространяется более или менее по прямой линии от огненного шара (если оно не рассеивается), любой непрозрачный объект будет создавать защитную тень, которая обеспечивает защиту от вспышки. В зависимости от свойств материала подстилающей поверхности, открытая область за пределами защитной тени будет либо выжжена до более темного цвета, например обуглившегося дерева [18], либо более яркого цвета, например, асфальта. [19] Если в месте ядерного взрыва присутствует такое погодное явление, как туман или дымка, вспышка рассеивается., с лучистой энергией, достигающей затем горящих чувствительных веществ со всех сторон. Таким образом, в этих условиях непрозрачные объекты менее эффективны, чем они были бы без рассеяния, поскольку они демонстрируют максимальный эффект затенения в условиях идеальной видимости и, следовательно, нулевого рассеяния. Подобно туманному или пасмурному дню, хотя в такой день солнце создает немного теней, если они вообще есть, солнечная энергия, достигающая земли от инфракрасных лучей солнца, тем не менее, значительно уменьшается из-за того, что она поглощается водой. облаков, и энергия также рассеивается обратно в космос. Аналогичным образом ослабляется и интенсивность в диапазоне энергии вспышки горения в единицах Дж / см 2., наряду с наклонным / горизонтальным диапазоном ядерного взрыва в условиях тумана или дымки. Таким образом, несмотря на то, что любой объект, отбрасывающий тень, становится неэффективным в качестве защиты от вспышки туманом или дымкой из-за рассеяния, туман выполняет ту же защитную роль, но, как правило, только на тех дистанциях, на которых выживание на открытом воздухе является всего лишь вопросом быть защищенным от энергии вспышки взрыва. [20]

Тепловой импульс также ответственен за нагревание атмосферного азота вблизи бомбы и создание компонентов атмосферного смога NOx . Он, как часть грибовидного облака, попадает в стратосферу, где он отвечает за диссоциацию там озона , точно так же, как это делают соединения NOx при горении. Создаваемое количество зависит от мощности взрыва и окружающей среды взрыва. Исследования, проведенные в отношении общего воздействия ядерных взрывов на озоновый слой, по крайней мере в предварительном порядке оправдывают себя после первоначальных обескураживающих результатов. [21]

Косвенные эффекты [ править ]

Электромагнитный импульс [ править ]

Гамма-лучи ядерного взрыва производят электроны высокой энергии за счет комптоновского рассеяния . При ядерных взрывах на большой высоте эти электроны захватываются магнитным полем Земли на высотах от двадцати до сорока километров, где они взаимодействуют с магнитным полем Земли, создавая когерентный ядерный электромагнитный импульс (NEMP), который длится около одной миллисекунды. Вторичные эффекты могут длиться более секунды.

Импульс достаточно мощный, чтобы заставить металлические предметы средней длины (например, кабели) действовать как антенны и генерировать высокое напряжение из-за взаимодействия с электромагнитным импульсом. Эти напряжения могут повредить неэкранированную электронику. Биологические эффекты ЭМИ неизвестны. Ионизированный воздух также нарушает радиопередачу, которая обычно отражается от ионосферы .

Электронику можно защитить, полностью обернув ее проводящим материалом, например металлической фольгой; эффективность экранирования может быть не идеальной. Надлежащее экранирование - сложный вопрос из-за большого количества переменных. Полупроводники, особенно интегральные схемы , чрезвычайно чувствительны к воздействию ЭМИ из-за непосредственной близости PN-переходов, но это не относится к термоэлектронным лампам (или клапанам), которые относительно невосприимчивы к ЭМИ. Клетка Фарадея не обеспечивает защиту от воздействия ЭМИ , если сетка не предназначен , чтобы иметь отверстия не больше , чем наименьшая длина волны излучаемого от ядерного взрыва.

Большое ядерное оружие, взорванное на большой высоте, также вызывает геомагнитно-индуцированный ток в очень длинных электрических проводниках. Механизм, с помощью которого генерируются эти геомагнитно индуцированные токи, полностью отличается от индуцированного гамма-излучением импульса, создаваемого электронами Комптона.

Затемнение радара [ править ]

Теплота взрыва вызывает ионизацию окружающего воздуха, в результате чего образуется огненный шар. Свободные электроны в огненном шаре влияют на радиоволны, особенно на более низких частотах. Это приводит к тому, что большая часть неба становится непрозрачной для радаров, особенно тех, которые работают в диапазонах ОВЧ и УВЧ , что является обычным для радаров дальнего радиолокационного обнаружения . Эффект меньше для более высоких частот в микроволновом диапазоне , а также длится более короткое время - эффект спадает как по силе, так и по затронутым частотам, поскольку огненный шар охлаждается, и электроны начинают переформировываться в свободные ядра. [22]

Второй эффект затемнения вызван испусканием бета-частиц из продуктов деления. Они могут перемещаться на большие расстояния, следуя линиям магнитного поля Земли. Когда они достигают верхних слоев атмосферы, они вызывают ионизацию, похожую на огненный шар, но на более широкой площади. Расчеты показывают, что одна мегатонна деления, типичная для двухмегатонной водородной бомбы, создаст достаточно бета-излучения, чтобы затемнить область размером 400 километров (250 миль) в течение пяти минут. Тщательный выбор высоты и местоположения вспышек может дать чрезвычайно эффективный эффект гашения радара. [22]

Физические эффекты, вызывающие отключение электроэнергии, также вызывают ЭМИ, что само по себе может вызвать отключение электроэнергии. В остальном эти два эффекта не связаны, и подобное название может сбивать с толку.

Ионизирующее излучение [ править ]

Около 5% энергии, выделяемой при ядерном воздушном взрыве, находится в форме ионизирующего излучения : нейтронов , гамма-лучей , альфа-частиц и электронов, движущихся со скоростью до скорости света. Гамма-лучи - это электромагнитное излучение высокой энергии; остальные - частицы, которые движутся медленнее света. Нейтроны возникают почти исключительно в результате реакций деления и синтеза , в то время как исходное гамма-излучение включает в себя излучение, возникающее в результате этих реакций, а также в результате распада короткоживущих продуктов деления.

Интенсивность первоначального ядерного излучения быстро уменьшается с удалением от точки взрыва, поскольку излучение распространяется по большей площади по мере удаления от места взрыва ( закон обратных квадратов ). Он также уменьшается из-за атмосферного поглощения и рассеяния.

Характер излучения, полученного в данном месте, также зависит от расстояния до места взрыва. [23] Вблизи точки взрыва интенсивность нейтронов больше, чем интенсивность гамма-излучения, но с увеличением расстояния нейтронно-гамма-отношение уменьшается. В конечном итоге нейтронная составляющая исходного излучения становится ничтожной по сравнению с гамма-составляющей. Диапазон значительных уровней начального излучения не увеличивается заметно с увеличением мощности оружия, и в результате начальное излучение становится менее опасным с увеличением мощности. С более мощным оружием, превышающим 50 кт (200 ТДж), взрывные и тепловые эффекты настолько важны, что мгновенные радиационные эффекты можно игнорировать.

Нейтронное излучение трансмутирует окружающее вещество, часто делая его радиоактивным . При добавлении к пыли радиоактивного материала, выпущенного самой бомбой, большое количество радиоактивного материала выбрасывается в окружающую среду. Эта форма радиоактивного загрязнения известна как ядерные осадки и представляет основной риск воздействия ионизирующего излучения для крупного ядерного оружия.

Детали конструкции ядерного оружия также влияют на эмиссию нейтронов: бомба Хиросимы в сборе пушечного типа утекла гораздо больше нейтронов, чем бомба Нагасаки имплозивного типа мощностью 21 кт, потому что легкие ядра водорода (протоны) преобладают во взорвавшихся молекулах тротила (окружающих ядро ​​ядерной бомбы ). Бомба Нагасаки) очень эффективно замедляла нейтроны, в то время как более тяжелые атомы железа в стальной носовой части бомбы Хиросимы рассеивали нейтроны, не поглощая много энергии нейтронов. [24]

В ходе ранних экспериментов было обнаружено, что обычно большая часть нейтронов, высвобождаемых в каскадной цепной реакции бомбы деления, поглощается корпусом бомбы. Создание ящика для бомбы из материалов, которые передают, а не поглощают нейтроны, может сделать бомбу более смертоносной для людей от мгновенного нейтронного излучения. Это одна из особенностей, использованных при разработке нейтронной бомбы .

Землетрясение [ править ]

Волна давления от подземного взрыва распространится через землю и вызовет небольшое землетрясение . [25] Теория предполагает, что ядерный взрыв может вызвать разрыв разлома и вызвать сильное землетрясение на расстоянии в несколько десятков километров от точки взрыва. [26]

Резюме эффектов [ править ]

В следующей таблице приведены наиболее важные последствия одиночных ядерных взрывов при идеальном, ясном небе и погодных условиях. Подобные таблицы рассчитываются на основе законов масштабирования эффектов ядерного оружия. [27] [28] [29] [30] Продвинутое компьютерное моделирование реальных условий и того, как они влияют на ущерб, нанесенный современным городским территориям, показало, что большинство законов масштабирования слишком упрощены и имеют тенденцию переоценивать эффекты ядерного взрыва. Поскольку обычно встречаются только упрощенные и несекретные законы масштабирования, они не учитывают такие важные вещи, как изменение топографии земли.во внимание, чтобы сократить время расчета и длину уравнения. Законы масштабирования, которые использовались для создания таблицы ниже, предполагают, среди прочего, идеально ровную целевую область, отсутствие эффектов ослабления от маскировки городской местности , например, затенения небоскребов, и отсутствие эффектов усиления от отражений и туннелей улицами города. [31] Для сравнения на диаграмме ниже, наиболее вероятное применение ядерного оружия против противодействующих городским целям в глобальной ядерной войне находится в диапазоне субмегатонн. Оружие мощностью от 100 до 475 килотонн стало самым многочисленным в ядерных арсеналах США и России; например, боеголовки, которыми оснащена российская баллистическая ракета подводных лодок " Булава" ( БРПЛ) имеют мощность 150 килотонн. [32] Примером для США являются боеголовки W76 и W88 , при этом W76 с меньшей мощностью более чем в два раза больше, чем W88 в ядерном арсенале США.

1 Для эффектов прямого излучения здесь показана наклонная дальность вместо наземной, потому что некоторые эффекты не проявляются даже на нулевой отметке для некоторых высот вспышки. Если эффект возникает на нулевой отметке, дальность до земли может быть получена из наклонной дальности и высоты взрыва ( теорема Пифагора ).

2 «Острый лучевой синдром» соответствует здесь суммарной дозе в один серый , «смертельной» - десяти грей. Это лишь приблизительная оценка, поскольку здесь не учитываются биологические условия .

Дальнейшее усложнение ситуации в сценариях глобальной ядерной войны с условиями, аналогичными условиям во время холодной войны , по крупным стратегически важным городам, таким как Москва и Вашингтон , вероятно, будет нанесен не один, а множество раз в результате многократного повторного входа в атмосферу на уровне менее мегатонн. транспортных средств , в виде кассетной бомбы или конфигурации «печенья». [33] Сообщалось, что в разгар «холодной войны» в 1970-х годах на Москву было нанесено до 60 боеголовок. [34]Причины, по которым концепция кассетных бомб предпочтительнее при нацеливании на города, двоякая: первая связана с тем, что большие единичные боеголовки гораздо легче нейтрализовать, поскольку как отслеживание, так и успешный перехват с помощью систем противоракетной обороны, чем когда несколько Приближаются боеголовки меньшего размера. Это численное преимущество перед боеголовками с меньшей мощностью дополнительно усугубляется тем, что такие боеголовки имеют тенденцию двигаться с более высокими входными скоростями из-за их меньшего, более тонкого физического размера корпуса , если предположить, что обе конструкции ядерного оружия одинаковы (исключение конструкции - усовершенствованный W88 ). [35] Вторая причина появления этой кассетной бомбы или «расслоения» [36](с использованием многократных попаданий точного оружия малой мощности), заключается в том, что эта тактика, наряду с ограничением риска отказа, также снижает мощность отдельных бомб и, следовательно, снижает вероятность любого серьезного побочного ущерба нецелевым соседним гражданским районам, в том числе соседние страны. Эта концепция была предложена Филипом Дж. Доланом и другими.

Другие явления [ править ]

Высота грибовидного облака в зависимости от урожайности наземных ударов. [ требуется ссылка ]
0 = прибл. высота, на которой работает коммерческий самолет
1 = Толстяк
2 = Замок Браво

Гамма-лучи ядерных процессов, предшествующих настоящему взрыву, могут быть частично ответственны за следующий огненный шар, так как они могут перегревать близлежащий воздух и / или другой материал. [12] Подавляющая часть энергии, которая идет на формирование огненного шара, находится в мягкой рентгеновской области электромагнитного спектра, причем эти рентгеновские лучи производятся в результате неупругих столкновений высокоскоростных продуктов деления и синтеза. Именно эти продукты реакции, а не гамма-лучи, содержат большую часть энергии ядерных реакций в виде кинетической энергии . Эта кинетическая энергия осколков деления и слияния преобразуется во внутреннюю, а затем и в энергию излучения, приблизительно следуя процессуизлучение черного тела в мягкой рентгеновской области. [37]В результате многочисленных неупругих столкновений часть кинетической энергии осколков деления преобразуется во внутреннюю энергию и энергию излучения. Некоторые электроны полностью удаляются из атомов, вызывая ионизацию, другие переходят в более высокие энергетические (или возбужденные) состояния, оставаясь при этом прикрепленными к ядрам. В течение очень короткого времени, возможно, сотой доли микросекунды или около того, остатки оружия состоят по существу из полностью или частично очищенных (ионизированных) атомов, многие из которых находятся в возбужденных состояниях вместе с соответствующими свободными электронами. После этого система немедленно испускает электромагнитное (тепловое) излучение, характер которого определяется температурой. Поскольку это порядка 10 7градусов, большая часть энергии, излучаемой в течение микросекунды или около того, находится в области мягкого рентгеновского излучения. Чтобы понять это, нужно помнить, что температура зависит от средней внутренней энергии / тепла частиц в определенном объеме, а внутренняя энергия или тепло обусловлено кинетической энергией .

При взрыве в атмосфере огненный шар быстро расширяется до максимального размера, а затем начинает остывать, поднимаясь, как воздушный шар, благодаря плавучести в окружающем воздухе. При этом он приобретает картину течения вихревого кольца с раскаленным материалом в ядре вихря, как видно на некоторых фотографиях. [38] Этот эффект известен как грибовидное облако . [12]

Песок плавится в стекло, если он находится достаточно близко к ядерному огненному шару, чтобы быть втянутым в него, и таким образом нагревается до температуры, необходимой для этого; это известно как тринитит . [39]

При взрыве ядерных бомб иногда возникают разряды молний. [40]

На фотографиях ядерных взрывов часто видны следы дыма. Это не от взрыва; их покидают звуковые ракеты, запущенные незадолго до взрыва. Эти следы позволяют наблюдать обычно невидимую ударную волну взрыва в моменты после взрыва. [41]

Тепло и переносимые по воздуху частицы ядерного взрыва могут вызвать дождь; считается, что обломки делают это, действуя как ядра конденсации облаков . Во время городской огненной бури, последовавшей за взрывом в Хиросиме, было зафиксировано, что капли воды были размером с мрамор . [42] Это было названо « черным дождем» и послужило источником для одноименной книги и фильма . Черный дождь не является чем-то необычным после крупных пожаров и обычно вызывается пирокучевыми облаками во время крупных лесных пожаров. Говорят, что дождь в тот день прямо над Хиросимой начался около 9 часов утра, и он покрыл большую территорию от гипоцентра.на северо-запад, в некоторых районах проливной дождь продолжался один час или более. Дождь прямо над городом, возможно, принес с собой продукты сгорания строительного материала, активированные нейтронами , но он не принес никаких заметных обломков ядерного оружия или выпадений [43], хотя это, как правило, противоречит тому, что утверждают другие менее технические источники. «Маслянистые» частицы черной сажи являются характерным признаком неполного сгорания при городской пожарной буре.

Элемент эйнштейний был обнаружен при анализе ядерных осадков.

Побочный эффект ядерного испытания Pascal-B во время операции Plumbbob мог привести к запуску первого искусственного объекта в космос. Так называемый эффект «громового колодца» от подземного взрыва мог запустить металлическую пластину в космос со скоростью , в шесть раз превышающей скорость Земли , хотя доказательства остаются предметом споров.

Живучесть [ править ]

Это в значительной степени зависит от таких факторов, как нахождение в помещении или на улице, размера взрыва, близости к месту взрыва и, в меньшей степени, от направления ветра, несущего осадки. Смерть высока, и радиационное отравление почти неизбежно, если кто-то будет пойман на открытом воздухе без эффектов маскировки местности или здания в радиусе 0–3 км от воздушного взрыва мощностью 1 мегатонн, и 50% -ная вероятность смерти от взрыва увеличивается. до ~ 8 км от того же атмосферного взрыва мощностью в 1 мегатонну. [44]

Чтобы подчеркнуть изменчивость реального мира и эффект, который может оказать пребывание в помещении, несмотря на смертельную радиацию и зону взрыва, простирающуюся далеко за пределы ее позиции в Хиросиме, [45] Акико Такакура пережила воздействие атомной бомбы мощностью 16 кт на расстоянии. в 300 метрах от гипоцентра, с незначительными травмами, в основном из-за ее положения в вестибюле Банка Японии, железобетонного здания, в то время. [46] [47] Напротив, неизвестный человек, сидевший снаружи, полностью открытый, на ступенях банка Сумитомо, рядом с Банком Японии, получил смертельные ожоги третьей степени и затем, вероятно, был убит взрывом в этот приказ в течение двух секунд. [48]

При наличии медицинской помощи радиационное облучение сохраняется до 200 бэр острой дозы. Если группа людей подвергнется острой дозе облучения от 50 до 59 бэр (в течение 24 часов), никто не заболеет лучевой болезнью. Если группа подвергается воздействию от 60 до 180 бэр, 50% заболеют радиационным отравлением. При медикаментозном лечении выживет вся группа в 60–180 бэр. Если группа подвергается воздействию от 200 до 450 бэр, большинство, если не вся группа, заболеет. 50% из группы 200–450 бэр умрут в течение двух-четырех недель, даже при наличии медицинской помощи. Если группа подвергнется воздействию от 460 до 600 бэр, 100% группы получит радиационное отравление. 50% из группы 460–600 бэр умрут в течение одной-трех недель. Если группа подвергнется воздействию от 600 до 1000 бэр, 50% умрут в течение одной-трех недель. Если группа подвергается воздействию от 1000 до 5000 бэр,100% группы умрут в течение 2 недель. При 5000 бэр 100% группы умрет в течение 2 дней.[49]

См. Также [ править ]

  • Бомба импульс
  • Влияние ядерных взрывов на здоровье человека
  • Списки ядерных катастроф и радиоактивных инцидентов
  • Список испытаний ядерного оружия
  • Ядерная война
  • Ядерный холокост
  • Ядерный терроризм
  • Мирный ядерный взрыв
  • Эффект трюка с веревкой
  • Подводный взрыв
  • Визуальные изображения ядерных взрывов в художественной литературе

Ссылки [ править ]

  1. ^ «Ядерные взрывы: оружие, самодельные ядерные устройства» . Министерство здравоохранения и социальных служб США. 2008-02-16 . Проверено 3 июля 2008 .
  2. ^ а б в г http://www.remm.nlm.gov/RemmMockup_files/radiationlethality.jpg
  3. ^ Конопинский, Э. Дж; Marvin, C .; Теллер, Эдвард (1946). «Зажигание атмосферы ядерными бомбами» (PDF) . LA – 602. Лос-Аламосская национальная лаборатория . Проверено 6 декабря 2013 . Цитировать журнал требует |journal=( помощь )Дата статьи - 1946 г .; он мог быть написан для демонстрации должной осмотрительности в отношении проблемы. Рассекречена в 1970 году.
  4. ^ Хэмминг, Ричард (1998). «Математика на далекой планете». Американский математический ежемесячник . 105 (7): 640–650. DOI : 10.1080 / 00029890.1998.12004938 . JSTOR 2589247 . 
  5. ^ Долан, Сэмюэл Гласстон, Филип Дж. «Эффекты ядерного оружия» . www.fourmilab.ch . Проверено 30 марта 2018 .
  6. ^ "Советская программа вооружений - Царь-бомба" . www.nuclearweaponarchive.org . Проверено 30 марта 2018 .
  7. ^ AFSWP (30 марта 2018 г.). "Исследования военных эффектов операции" ЗАМОК " . Проверено 30 марта 2018 г. - из интернет-архива.
  8. ^ AFSWP (30 марта 2018 г.). "Исследования военных эффектов операции" ЗАМОК " . Проверено 30 марта 2018 г. - из интернет-архива.
  9. ^ "Ствол Маха - Эффекты ядерного оружия - atomicarchive.com" . www.atomicarchive.com . Проверено 30 марта 2018 .
  10. ^ «Стремление к более безопасному миру с 1945 года» .
  11. ^ [1] видео о стволе мач 'Y', это явление не уникальное для ядерных взрывов, обычные взрывы также производят его.
  12. ^ a b c «Эффекты ядерной бомбы» . Атомный архив . solcomhouse.com. Архивировано из оригинального 27 августа 2011 года . Проверено 12 сентября 2011 года .
  13. ^ a b Oughterson, AW; LeRoy, GV; Liebow, AA; Hammond, EC; Barnett, HL; Розенбаум, JD; Шнайдер, Б.А. (19 апреля 1951 г.). «Медицинские эффекты атомных бомб, доклад Совместной комиссии по расследованию последствий атомной бомбы в Японии, том 1» . osti.gov . DOI : 10.2172 / 4421057 . Проверено 30 марта 2018 .
  14. Моделирование воздействия ядерного оружия в городских условиях. Архивировано 6 июля 2011 г. в Wayback Machine.
  15. ^ Glasstone и Долан (1977) Тепловые эффекты Глава Pg 26
  16. ^ Руководство по планированию реагирования на ядерный взрыв (PDF) , Федеральное агентство по чрезвычайным ситуациям , июнь 2010 г., Wikidata Q63152882  , п. 24. ПРИМЕЧАНИЕ. Не приводится никаких ссылок в поддержку утверждения о том, что «огненная буря в наше время маловероятна».
  17. ^ Glasstone и Долан (1977) Тепловые эффекты Глава Pg 304
  18. ^ "Повреждение тепловыми лучами / Тенью, отпечатанной на электрическом столбе" . www.pcf.city.hiroshima.jp . Проверено 30 марта 2018 .
  19. ^ «Были отмечены различные другие эффекты излучаемого тепла, включая осветление поверхностей асфальтовой дороги в местах, которые не были защищены от излучаемого тепла какими-либо объектами, такими как объект человека, идущего по дороге. Различные другие поверхности были обесцвечены в различными путями излучаемым теплом ». От вспышки Запись в архив 2014-02-24 в Вайбак Machine разделе «атомными бомбардировками Хиросимы и Нагасаки» , доклад Манхэттенского инженерного округа, 29 июня 1946 года,
  20. ^ "Glasstone & Dolan 1977 Глава о тепловых эффектах" (PDF) . fourmilab.ch . Проверено 30 марта 2018 .
  21. ^ Кристи, JD (1976-05-20). «Разрушение атмосферного озона в результате испытаний ядерного оружия». Журнал геофизических исследований . 81 (15): 2583–2594. Bibcode : 1976JGR .... 81.2583C . DOI : 10.1029 / JC081i015p02583 .Это ссылка на аннотацию; вся газета находится за платным доступом.
  22. ^ a b «Системы противоракетной обороны» , Scientific American , март 1968 г., стр. 21–32.
  23. ^ Паттисон, JE, Hugtenburg, RP, Beddoe, AH, и Чарльз, MW (2001). "Экспериментальное моделирование спектров гамма-излучения атомной бомбы для радиобиологических исследований", Дозиметрия радиационной защиты 95 (2): 125–136.
  24. ^ «Достоверные эффекты ядерного оружия для реального мира во всем мире: мир посредством проверенных, доказанных и практических рассекреченных мер сдерживания и противодействия сопутствующему ущербу. Надежное сдерживание посредством простой и эффективной защиты от сосредоточенных и рассредоточенных вторжений и воздушных атак. Обсуждение фактов в противоположность к неточной, вводящей в заблуждение лжи о разнообразии политических догм "разоружи или уничтожь". Антиядерная пропаганда Хиросимы и Нагасаки опровергнута неопровержимыми фактами. Стены, а не войны. Стены объединяют людей, останавливая террористов, вызывающих разногласия " . glasstone.blogspot.com . Проверено 30 марта 2018 .
  25. ^ "Также: Ядерные взрывы и землетрясения: Приоткрытая завеса" . alsos.wlu.edu . Архивировано из оригинального 10 -го марта 2012 года . Проверено 30 марта 2018 .
  26. ^ "Nuke 2" . Архивировано из оригинала на 2006-05-26 . Проверено 22 марта 2006 .
  27. ^ Пол П. Крейг, Джон А. Юнгерман. (1990) Гонка ядерных вооружений: технологии и общество стр. 258
  28. ^ Колдер, Найджел "Эффекты 100-мегатонной бомбы" New Scientist , 14 сентября 1961 г., стр. 644
  29. ^ Сартори, Лео "Эффекты ядерного оружия" Physics and Nuclear Arms Today (Чтения из Physics Today ) стр. 2
  30. ^ «Действие ядерных взрывов» . Nuclearweaponarchive.org . Проверено 30 марта 2018 .
  31. ^ (PDF) . 6 июля 2011 г. https://web.archive.org/web/20110706161001/http://www.usuhs.mil/afrrianniversary/events/rcsymposium/pdf/Millage.pdf . Архивировано из оригинального (PDF) 6 июля 2011 года . Проверено 30 марта 2018 . Отсутствует или пусто |title=( справка )
  32. Современная российская БРПЛ « Булава» оснащена боеголовками мощностью 100–150 килотонн. Архивировано 6 октября 2014 года в Wayback Machine.
  33. ^ "Последствия ядерной войны" Отдел оценки технологий, май 1979. стр. 42 и 44. Сравните разрушения от одного взрыва 1 мегатонн в Ленинграде на стр. 42 с 10 сгруппированными 40-килотонными взрывами оружия в 'cookie- конфигурация фрезы на стр. 44; уровень полного разрушения одинаков в обоих случаях, несмотря на то, что общая мощность во втором сценарии атаки составляет менее половины от мощности, полученной в случае 1 мегатонны
  34. ^ Сартори, Лео "Эффекты ядерного оружия" Physics and Nuclear Arms Today (Readings from Physics Today ) стр. 22
  35. Роберт С. Олдридж (1983) Первый удар! Стратегия Пентагона в отношении ядерной войны стр. 65
  36. ^ "Справочник по ядерным вопросам" . Архивировано из оригинала на 2013-03-02.
  37. ^ « Действие ядерного оружия (1977) ГЛАВА II:» Описание ядерных взрывов, научные аспекты явлений ядерного взрыва. " " . vt.edu . Архивировано из оригинального 26 апреля 2012 года . Проверено 30 марта 2018 .
  38. ^ "Фото" . Nuclearweaponarchive.org . Проверено 30 марта 2018 .
  39. ^ Роберт Гермес и Уильям Strickfaden, 2005, Новая теория формирования Trinitite , ядерное оружие журнала http://www.wsmr.army.mil/pao/TrinitySite/NewTrinititeTheory.htm архивации 2008-07-26 в Wayback Machine
  40. ^ Эмпирическое исследование ядерного взрыва , вызванного молнией видели на плющом MIKE
  41. ^ "Что эти следы дыма делают на той пробной картинке?" . Nuclearweaponarchive.org . Проверено 30 марта 2018 .
  42. ^ Херси, Джон. «Хиросима», The New Yorker , 31 августа 1946 года.
  43. ^ Стром, ПО; Миллер, CF (1 января 1969). «Взаимодействие Fallout с пожарами. Итоговый отчет». ОСТИ 4078266 .  Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
  44. ^ http://www.johnstonsarchive.net/nuclear/nukgr3.gif
  45. ^ http://www.johnstonsarchive.net/nuclear/nukgr1.gif
  46. ^ "Что я хочу сказать сейчас" . www.pcf.city.hiroshima.jp . Проверено 30 марта 2018 .
  47. ^ «Свидетельство Акико Такакура - Голос Хибакуши - Бомбардировка Хиросимы и Нагасаки - Исторические документы - atomicarchive.com» . www.atomicarchive.com . Проверено 30 марта 2018 .
  48. ^ http://www.pcf.city.hiroshima.jp/virtual/museum/index.php?l=e&no=1000
  49. ^ Маккарти, Уолтон (2013). ME (6-е изд.). Даллас, Техас: издательская группа Brown Books. п. 420. ISBN 978-1612541143. Проверено 9 декабря +2016 .

Внешние ссылки [ править ]

  • Материалы для защиты от излучения - Таблица защиты от излучения с указанием размеров свинца, стали, бетона, земли и дерева, необходимых для обеспечения коэффициентов защиты (PF) в диапазоне от PF 2 до PF 1 073 741 824,0.
  • Дозы радиации над головой - таблица защиты от наземного покрова, показывающая, какой объем земного покрова требуется для обеспечения радиационной безопасности, в зависимости от размера бомбы, расстояния от нулевой точки и постоянного ветра со скоростью 15 миль в час.
  • Эффекты испытаний ядерного оружия - Обширный видеоархив
  • Подземные бомбоубежища
  • Федерация американских ученых обеспечивает надежную информацию об оружии массового уничтожения, включая ядерное оружие и их последствия
  • « Навыки выживания в ядерной войне» - это общедоступный текст, который является отличным источником информации о том, как выжить при ядерной атаке.
  • Ground Zero: симуляция Javascript последствий ядерного взрыва в городе.
  • В Каталоге ядерных взрывов Геологической службы Оклахомы перечислено 2199 взрывов с указанием даты, страны, местоположения, мощности и т. Д.
  • База данных правительства Австралии обо всех ядерных взрывах
  • Архив ядерного оружия от Carey Sublette (NWA) является надежным источником информации и имеет ссылки на другие источники.
  • NWA-репозиторий моделей взрыва в основном используется для таблицы эффектов (особенно DOS-программы BLAST и WE)
  • HYDESim: высокодоходная Детонация эффекты Simulator - Mashup из Google Maps и Javascript для расчета эффектов взрыва.
  • NUKEMAP - Картограф эффектов Google Maps / Javascript, который включает размер огненного шара, давление взрыва, ионизирующее и тепловое излучение, а также качественные описания.
  • Часто задаваемые вопросы о ядерном оружии
  • Атомный Форум
  • Сэмюэл Гласстон и Филип Дж. Долан, Эффекты ядерного оружия, третье издание, Управление исследований и разработок Министерства обороны США и энергетики, доступно в Интернете
  • Ядерная авария и радиационные ресурсы
  • Outrider верит в силу информированной, заинтересованной публики.