Из Википедии, бесплатной энциклопедии
  (Перенаправлено из раздела " Действие ядерного оружия" )
Перейти к навигации Перейти к поиску
14 килотонн тест выстрелил Чарли из эксплуатации Buster-Jangle в Неваде полигоне 30 октября 1951 г. красный / оранжевый цвет видел здесь в колпачке грибовидного облака в значительной степени из - за огненного шара «ами интенсивного тепла в сочетании с кислород и азот , естественно, в воздухе. Кислород и азот, хотя, как правило, не реагируют друг с другом, при чрезмерном нагревании образуют частицы 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 огненного шара и потери озона .
Ядерное оружие
Photograph of a mock-up of the Little Boy nuclear weapon dropped on Hiroshima, Japan, in August 1945.
Задний план
Ядерные государства
ДНЯО признано
США
Россия
Великобритания
Франция
Китай
Другие
Индия
Израиль  (необъявленный)
Пакистан
Северная Корея
Бывшая
Южная Африка
Беларусь
Казахстан
Украина
  • v
  • т
  • е

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% полной энергии с массой взрыва.

В зависимости от конструкции оружия и места, в котором оно взрывается, 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 - излучению. 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 распространяется 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 , были первые предположения, что достаточно большой ядерный взрыв может воспламенить атмосферу Земли. Это представление 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 на 80% из двухатомного азота) в одном единственном массовом горении. . Ганс Бетебыло поручено изучить эту гипотезу с самых первых дней проекта, и в конце концов 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 провести 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 ]

Урон от взрыва [ 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 обозначает оптимальную высоту пакета для заданного 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 наружу радиально 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, освобождаясь 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 радиометрических приборов, 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 во взрывную волну. Этот эффект наиболее важен для высот более 30 км, что соответствует менее 1% плотности воздуха на уровне моря.

Было обнаружено, что воздействие умеренного ливня во время ядерного взрыва в Операционном замке ослабляет 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, происходит из-за взрывных воздействий. 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. Дальность 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 появление неровностей или «колен» на приведенном выше графике диапазона избыточного давления.

Для каждого избыточного давления цели существует определенная оптимальная высота взрыва, при которой дальность взрыва максимальна 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 суше 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 увеличение давления со стороны ударной волны. Избыточное давление в любой точке прямо пропорционально плотности воздуха в волне.
  • Динамическое давление , т. Е. Сопротивление порывам ветра, необходимое для образования взрывной волны. Эти ветры толкают, кувыркают и рвут 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 привести к быстрому летальному исходу. 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 ожогов от вспышки, у тех, кто находится 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 девушками 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] Основными опасностями являются 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 по мере взрыва устройства с все большей и большей мощностью. [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]Неизвестно, будут ли эти вторичные пожары, в свою очередь, погашены, когда современные негорючие кирпичные и бетонные здания обрушатся на себя от 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 горючие каркасные здания были взорваны в Хиросиме и Нагасаки, они не горели так быстро, как если бы они остались стоять. Негорючие обломки, образовавшиеся в результате взрыва, часто покрывали и предотвращали возгорание горючего материала. [15] Эксперты по пожарной безопасности предполагают, что, в отличие от Хиросимы, из-за особенностей проектирования и строительства современных городов США, огненная буряв наше время это маловероятно после ядерного взрыва. [16] Это не исключает возникновения пожаров, но означает, что эти пожары не перерастут в огненную бурю, в основном из-за различий между современными строительными материалами и материалами, использовавшимися в Хиросиме времен Второй мировой войны.

Выделяют два типа повреждений глаз тепловым излучением оружия:

Ослепление от вспышки 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 во время 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 в узоре, а более плотно прилегающие области, приближающиеся к линии талии, имеют гораздо более четкий узор.

Ожог сетчатки, приводящий к необратимому повреждению в результате рубцевания, также вызван концентрацией прямой тепловой энергии на сетчатке линзой. Это произойдет только тогда, когда огненный шар 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 будет определять степень и степень рубцевания сетчатки. Шрам в центральном поле зрения был бы 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 пропускается, а остальная часть поглощается. Поглощенная 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 горению дерева, бумаги, тканей и т. Д. Если материал является плохим проводником тепла, тепло удерживается на поверхности 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 возгораниями, вызванными эффектами взрывной волны, например, от опрокинутых печей и печей.

В Хиросиме 6 августа 1945 года в течение 20 минут после взрыва образовалась огромная огненная буря, разрушившая 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 мощное оружие. Многие факторы объясняют это кажущееся противоречие, в том числе время бомбардировок, отличное от Хиросимы, рельеф местности и, что самое важное, более низкая загрузка топлива / плотность топлива в городе, чем в Хиросиме.

Нагасаки, вероятно, не предоставил достаточно топлива для развития огненной бури по сравнению с множеством зданий на равнине в Хиросиме. [17]

Поскольку тепловое излучение распространяется более или менее по прямой линии от огненного шара (если не рассеивается), любой непрозрачный объект будет создавать защитную тень, обеспечивающую защиту от ожога вспышкой. 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 до более яркого цвета, например, асфальта. [19] Если в месте ядерного взрыва присутствует такое погодное явление, как туман или дымка, вспышка рассеивается., с лучистой энергией, которая затем достигает чувствительных к ожогам веществ со всех сторон. В этих условиях непрозрачные объекты, следовательно, менее эффективны, чем они были бы без рассеяния, поскольку они демонстрируют максимальный эффект затенения в среде с идеальной видимостью и, следовательно, с нулевым рассеянием. 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, оказывается 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 отвечает 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. Проведенные исследования общего воздействия ядерных взрывов на озоновый слой, по крайней мере, предварительно оправдывают себя после первоначальных обескураживающих результатов. [21]

Косвенные эффекты [ править ]

Электромагнитный импульс [ править ]

Основные статьи: Ядерный электромагнитный импульс и геомагнитно-индуцированный ток

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 вывести из строя 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 - сложная задача 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 ]

Смотрите также: Ядерное затемнение и эффект Христофилоса

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 область неба становится непрозрачной для радаров, особенно тех, которые работают в диапазонах ОВЧ и УВЧ , что является обычным явлением 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, когда огненный шар охлаждается, и электроны начинают переформировываться в свободные ядра. [22]

Второй эффект затемнения вызван испусканием бета-частиц из продуктов деления. Они могут путешествовать на большие расстояния, следуя силовым 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 начальное гамма-излучение включает 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 незначительной 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 крупными вооружениями, превышающими 50 кт (200 ТДж), взрывные и тепловые эффекты настолько важны, что мгновенные радиационные эффекты могут быть проигнорированы.

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 собой основной риск воздействия ионизирующего излучения для крупного ядерного оружия.

Детали конструкции ядерного оружия также влияют на испускание нейтронов: бомба Хиросимы в сборе пушечного типа утекла гораздо больше нейтронов, чем бомба Нагасаки имплозивного типа мощностью 21 кт, потому что во взорвавшихся молекулах тротила (окружающих ядро ​​ядерной бомбы ) преобладают ядра легкого водорода (протоны). 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 в таблице 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) have a yield of 150 kilotons.[32] US examples are the W76 and W88 warheads, with the lower yield W76 being over twice as numerous as the W88 in the US nuclear arsenal.

EffectsExplosive yield / height of burst
1 kt / 200 m20 kt / 540 m1 Mt / 2.0 km20 Mt / 5.4 km
Blast—effective ground range GR / km
Urban areas completely levelled (20 psi or 140 kPa)0.20.62.46.4
Destruction of most civilian buildings (5 psi or 34 kPa)0.61.76.217
Moderate damage to civilian buildings (1 psi or 6.9 kPa)1.74.71747
Railway cars thrown from tracks and crushed
(62 kPa; values for other than 20 kt are extrapolated using the cube-root scaling)		≈0.41.0≈4≈10
Thermal radiation—effective ground range GR / km
Fourth degree burns, Conflagration0.52.01030
Third degree burns0.62.51238
Second degree burns0.83.21544
First degree burns1.14.21953
Effects of instant nuclear radiation—effective slant range1 SR / km
Lethal2 total dose (neutrons and gamma rays)0.81.42.34.7
Total dose for acute radiation syndrome21.21.82.95.4

1 For the direct radiation effects the slant range instead of the ground range is shown here because some effects are not given even at ground zero for some burst heights. If the effect occurs at ground zero the ground range can be derived from slant range and burst altitude (Pythagorean theorem).

2 "Acute radiation syndrome" corresponds here to a total dose of one gray, "lethal" to ten grays. This is only a rough estimate since biological conditions are neglected here.

Further complicating matters, under global nuclear war scenarios, with conditions similar to that during the Cold War, major strategically important cities, like Moscow, and Washington are likely to be hit not once, but numerous times from sub megaton multiple independently targetable re-entry vehicles, in a cluster bomb or "cookie-cutter" configuration.[33] It has been reported that during the height of the Cold War in the 1970s Moscow was targeted by up to 60 warheads.[34] The reasons that the cluster bomb concept is preferable in the targeting of cities is twofold, the first is down to the fact that large singular warheads are much easier to neutralize as both tracking and successful interception by anti-ballistic missile systems than it is when several smaller incoming warheads are approaching. This strength in numbers advantage to lower yield warheads is further compounded by such warheads tending to move at higher incoming speeds, due to their smaller, more slender physics package size, assuming both nuclear weapon designs are the same (a design exception being the advanced W88).[35] The second reason for this cluster bomb, or ‘layering’[36] (using repeated hits by accurate low yield weapons), is that this tactic along with limiting the risk of failure, also reduces individual bomb yields, and therefore reduces the possibility of any serious collateral damage to non-targeted nearby civilian areas, including that of neighboring countries. This concept was pioneered by Philip J. Dolan and others.

Other phenomena[edit]

Mushroom cloud height depending on yield for ground bursts.[citation needed]
0 = Approx. altitude at which a commercial aircraft operates
1 = Fat Man
2 = Castle Bravo

Gamma rays from the nuclear processes preceding the true explosion may be partially responsible for the following fireball, as they may superheat nearby air and/or other material.[12] The vast majority of the energy that goes on to form the fireball is in the soft X-ray region of the electromagnetic spectrum, with these X-rays being produced by the inelastic collisions of the high-speed fission and fusion products. It is these reaction products and not the gamma rays which contain most of the energy of the nuclear reactions in the form of kinetic energy. This kinetic energy of the fission and fusion fragments is converted into internal and then radiation energy by approximately following the process of blackbody radiation emitting in the soft X-ray region.[37] As a result of numerous inelastic collisions, part of the kinetic energy of the fission fragments is converted into internal and radiation energy. Some of the electrons are removed entirely from the atoms, thus causing ionization, others are raised to higher energy (or excited) states while still remaining attached to the nuclei. Within an extremely short time, perhaps a hundredth of a microsecond or so, the weapon residues consist essentially of completely and partially stripped (ionized) atoms, many of the latter being in excited states, together with the corresponding free electrons. The system then immediately emits electromagnetic (thermal) radiation, the nature of which is determined by the temperature. Since this is of the order of 107 degrees, most of the energy emitted within a microsecond or so is in the soft X-ray region. To understand this one must remember that temperature depends on the average internal energy/heat of the particles in a certain volume, and internal energy or heat is due to kinetic energy.

For an explosion in the atmosphere, the fireball quickly expands to maximum size, and then begins to cool as it rises like a balloon through buoyancy in the surrounding air. As it does so it takes on the flow pattern of a vortex ring with incandescent material in the vortex core as seen in certain photographs.[38] This effect is known as a mushroom cloud.[12]

Sand will fuse into glass if it is close enough to the nuclear fireball to be drawn into it, and is thus heated to the necessary temperatures to do so; this is known as trinitite.[39]

At the explosion of nuclear bombs lightning discharges sometimes occur.[40]

Smoke trails are often seen in photographs of nuclear explosions. These are not from the explosion; they are left by sounding rockets launched just prior to detonation. These trails allow observation of the blast's normally invisible shock wave in the moments following the explosion.[41]

The heat and airborne debris created by a nuclear explosion can cause rain; the debris is thought to do this by acting as cloud condensation nuclei. During the city firestorm which followed the Hiroshima explosion, drops of water were recorded to have been about the size of marbles.[42] This was termed black rain, and has served as the source of a book and film by the same name. Black rain is not unusual following large fires and is commonly produced by pyrocumulus clouds during large forest fires. The rain directly over Hiroshima on that day is said to have begun around 9 a.m. with it covering a wide area from the hypocenter to the north-west, raining heavily for one hour or more in some areas. The rain directly over the city may have carried neutron activated building material combustion products, but it did not carry any appreciable nuclear weapon debris or fallout,[43] although this is generally to the contrary to what other less technical sources state. The "oily" black soot particles, are a characteristic of incomplete combustion in the city firestorm.

The element einsteinium was discovered when analyzing nuclear fallout.

A side-effect of the Pascal-B nuclear test during Operation Plumbbob may have resulted in the first man-made object launched into space. The so-called "thunder well" effect from the underground explosion may have launched a metal cover plate into space at six times Earth's escape velocity, although the evidence remains subject to debate.

Survivability[edit]

Main articles: Duck and Cover (film), Protect and Survive, and Nuclear bombs and health

This is highly dependent on factors such as if one is indoors or out, the size of the explosion, the proximity to the explosion, and to a lesser degree the direction of the wind carrying fallout. Death is highly likely and radiation poisoning is almost certain if one is caught in the open with no terrain or building masking effects within a radius of 0–3 km from a 1 megaton airburst, and the 50% chance of death from the blast extends out to ~8  km from the same 1 megaton atmospheric explosion.[44]

To highlight the variability in the real world, and the effect that being indoors can make, despite the lethal radiation and blast zone extending well past her position at Hiroshima,[45] Akiko Takakura survived the effects of a 16 kt atomic bomb at a distance of 300 meters from the hypocenter, with only minor injuries, due mainly to her position in the lobby of the Bank of Japan, a reinforced concrete building, at the time.[46][47] In contrast, the unknown person sitting outside, fully exposed, on the steps of the Sumitomo Bank, next door to the Bank of Japan, received lethal third-degree burns and was then likely killed by the blast, in that order, within two seconds.[48]

With medical attention, radiation exposure is survivable to 200 rems of acute dose exposure. If a group of people is exposed to a 50 to 59 rems acute (within 24 hours) radiation dose, none will get radiation sickness. If the group is exposed to 60 to 180 rems, 50% will become sick with radiation poisoning. If medically treated, all of the 60–180 rems group will survive. If the group is exposed to 200 to 450 rems, most if not all of the group will become sick. 50% of the 200–450 rems group will die within two to four weeks, even with medical attention. If the group is exposed to 460 to 600 rems, 100% of the group will get radiation poisoning. 50% of the 460–600 rems group will die within one to three weeks. If the group is exposed to 600 to 1000 rems, 50% will die in one to three weeks. If the group is exposed to 1,000 to 5,000 rems, 100% of the group will die within 2 weeks. At 5,000 rems, 100% of the group will die within 2 days.[49]

See also[edit]

  • Bomb pulse
  • Effects of nuclear explosions on human health
  • Lists of nuclear disasters and radioactive incidents
  • List of nuclear weapons tests
  • Nuclear warfare
  • Nuclear holocaust
  • Nuclear terrorism
  • Peaceful nuclear explosion
  • Rope trick effect
  • Underwater explosion
  • Visual depictions of nuclear explosions in fiction

References[edit]

  1. ^ "Nuclear Explosions: Weapons, Improvised Nuclear Devices". U.S. Department of Health and Human Services. 2008-02-16. Retrieved 2008-07-03.
  2. ^ a b c d http://www.remm.nlm.gov/RemmMockup_files/radiationlethality.jpg
  3. ^ Konopinski, E. J; Marvin, C.; Teller, Edward (1946). "Ignition of the Atmosphere with Nuclear Bombs" (PDF). LA–602. Los Alamos National Laboratory. Retrieved 2013-12-06. Cite journal requires |journal= (help) The date of the article is 1946; it may have been written to demonstrate due diligence on the problem. It was declassified in 1970.
  4. ^ Hamming, Richard (1998). "Mathematics on a Distant Planet". The American Mathematical Monthly. 105 (7): 640–650. doi:10.1080/00029890.1998.12004938. JSTOR 2589247.
  5. ^ Dolan, Samuel Glasstone, Philip J. "The Effects of Nuclear Weapons". www.fourmilab.ch. Retrieved 30 March 2018.
  6. ^ "The Soviet Weapons Program - The Tsar Bomba". www.nuclearweaponarchive.org. Retrieved 30 March 2018.
  7. ^ AFSWP (30 March 2018). "Military Effects Studies on Operation CASTLE". Retrieved 30 March 2018 – via Internet Archive.
  8. ^ AFSWP (30 March 2018). "Military Effects Studies on Operation CASTLE". Retrieved 30 March 2018 – via Internet Archive.
  9. ^ "The Mach Stem – Effects of Nuclear Weapons – atomicarchive.com". www.atomicarchive.com. Retrieved 30 March 2018.
  10. ^ "Striving for a Safer World Since 1945".
  11. ^ [1] video of the mach 'Y' stem, it is not a phenomenon unique to nuclear explosions, conventional explosions also produce it.
  12. ^ a b c "Nuclear Bomb Effects". The Atomic Archive. solcomhouse.com. Archived from the original on 27 August 2011. Retrieved 12 September 2011.
  13. ^ a b Oughterson, A. W.; LeRoy, G. V.; Liebow, A. A.; Hammond, E. C.; Barnett, H. L.; Rosenbaum, J. D.; Schneider, B. A. (19 April 1951). "Medical Effects Of Atomic Bombs The Report Of The Joint Commission For The Investigation Of The Effects Of The Atomic Bomb In Japan Volume 1". osti.gov. doi:10.2172/4421057. Retrieved 30 March 2018.
  14. ^ Modeling the Effects of Nuclear Weapons in an Urban Setting Archived July 6, 2011, at the Wayback Machine
  15. ^ Glasstone & Dolan (1977) Thermal effects Chapter pg 26
  16. ^ Planning Guidance for a Response to a Nuclear Detonation (PDF), Federal Emergency Management Agency, June 2010, Wikidata Q63152882, p. 24. NOTE: No citation is provided to support the claim that "a firestorm in modern times is unlikely".
  17. ^ Glasstone & Dolan (1977) Thermal effects Chapter pg 304
  18. ^ "Damage by the Heat Rays/Shadow Imprinted on an Electric Pole". www.pcf.city.hiroshima.jp. Retrieved 30 March 2018.
  19. ^ "Various other effects of the radiated heat were noted, including the lightening of asphalt road surfaces in spots that had not been protected from the radiated heat by any object such as that of a person walking along the road. Various other surfaces were discolored in different ways by the radiated heat." From the Flash Burn Archived 2014-02-24 at the Wayback Machine section of "The Atomic Bombings of Hiroshima and Nagasaki", a report by the Manhattan Engineering District, June 29, 1946,
  20. ^ "Glasstone & Dolan 1977 Thermal effects Chapter" (PDF). fourmilab.ch. Retrieved 30 March 2018.
  21. ^ Christie, J.D. (1976-05-20). "Atmospheric ozone depletion by nuclear weapons testing". Journal of Geophysical Research. 81 (15): 2583–2594. Bibcode:1976JGR....81.2583C. doi:10.1029/JC081i015p02583. This link is to the abstract; the whole paper is behind a paywall.
  22. ^ a b "Anti-Ballistic-Missile Systems", Scientific American, March 1968, pp. 21–32.
  23. ^ Pattison, J.E., Hugtenburg, R.P., Beddoe, A.H., and Charles, M.W. (2001). "Experimental Simulation of A-bomb Gamma-ray Spectra for Radiobiology Studies", Radiation Protection Dosimetry 95(2):125–136.
  24. ^ "Credible effects of nuclear weapons for real-world peace: peace through tested, proved and practical declassified deterrence and countermeasures against collateral damage. Credible deterrence through simple, effective protection against concentrated and dispersed invasions and aerial attacks. Discussions of the facts as opposed to inaccurate, misleading lies of the "disarm or be annihilated" political dogma variety. Hiroshima and Nagasaki anti-nuclear propaganda debunked by the hard facts. Walls, not wars. Walls bring people together by stopping divisive terrorists". glasstone.blogspot.com. Retrieved 30 March 2018.
  25. ^ "Alsos: Nuclear Explosions and Earthquakes: The Parted Veil". alsos.wlu.edu. Archived from the original on 10 March 2012. Retrieved 30 March 2018.
  26. ^ "Nuke 2". Archived from the original on 2006-05-26. Retrieved 2006-03-22.
  27. ^ Paul P. Craig, John A. Jungerman. (1990) The Nuclear Arms Race: Technology and Society pg 258
  28. ^ Calder, Nigel "The effects of a 100 Megaton bomb" New Scientist, 14 Sep 1961, p 644
  29. ^ Sartori, Leo "Effects of nuclear weapons" Physics and Nuclear Arms Today (Readings from Physics Today) pg 2
  30. ^ "Effects of Nuclear Explosions". nuclearweaponarchive.org. Retrieved 30 March 2018.
  31. ^ (PDF). 6 July 2011 https://web.archive.org/web/20110706161001/http://www.usuhs.mil/afrrianniversary/events/rcsymposium/pdf/Millage.pdf. Archived from the original (PDF) on 6 July 2011. Retrieved 30 March 2018. Missing or empty |title= (help)
  32. ^ The modern Russian Bulava SLBM is armed with warheads of 100 – 150 kilotons in yield. Archived October 6, 2014, at the Wayback Machine
  33. ^ "The Effects of Nuclear War" Office of Technology Assessment, May 1979. pages 42 and 44. Compare the destruction from a single 1 megaton weapon detonation on Leningrad on page 42 to that of 10 clustered 40 kiloton weapon detonations in a 'cookie-cutter' configuration on page 44; the level of total destruction is similar in both cases despite the total yield in the second attack scenario being less than half of that delivered in the 1 megaton case
  34. ^ Sartori, Leo "Effects of nuclear weapons" Physics and Nuclear Arms Today (Readings from Physics Today) pg 22
  35. ^ Robert C. Aldridge (1983) First Strike! The Pentagon's Strategy for Nuclear War pg 65
  36. ^ "The Nuclear Matters Handbook". Archived from the original on 2013-03-02.
  37. ^ " The Effects of Nuclear Weapons (1977) CHAPTER II: "Descriptions of Nuclear Explosions, Scientific Aspects of Nuclear Explosion Phenomena."". vt.edu. Archived from the original on 26 April 2012. Retrieved 30 March 2018.
  38. ^ "Photo". nuclearweaponarchive.org. Retrieved 30 March 2018.
  39. ^ Robert Hermes and William Strickfaden, 2005, New Theory on the Formation of Trinitite, Nuclear Weapons Journal http://www.wsmr.army.mil/pao/TrinitySite/NewTrinititeTheory.htm Archived 2008-07-26 at the Wayback Machine
  40. ^ An empirical study of the nuclear explosion-induced lightning seen on IVY-MIKE
  41. ^ "What are Those Smoke Trails Doing in That Test Picture?". nuclearweaponarchive.org. Retrieved 30 March 2018.
  42. ^ Hersey, John. "Hiroshima", The New Yorker, August 31, 1946.
  43. ^ Strom, P. O.; Miller, C. F. (1 January 1969). "Interaction of Fallout with Fires. Final Report". OSTI 4078266. Cite journal requires |journal= (help)
  44. ^ http://www.johnstonsarchive.net/nuclear/nukgr3.gif
  45. ^ http://www.johnstonsarchive.net/nuclear/nukgr1.gif
  46. ^ "What I Want to Say Now". www.pcf.city.hiroshima.jp. Retrieved 30 March 2018.
  47. ^ "Testimony of Akiko Takakura - The Voice of Hibakusha - The Bombing of Hiroshima and Nagasaki - Historical Documents - atomicarchive.com". www.atomicarchive.com. Retrieved 30 March 2018.
  48. ^ http://www.pcf.city.hiroshima.jp/virtual/museum/index.php?l=e&no=1000
  49. ^ McCarthy, Walton (2013). M.E. (6th ed.). Dallas, TX: Brown Books Publishing Group. p. 420. ISBN 978-1612541143. Retrieved 9 December 2016.

External links[edit]

  • Radiation Shielding Materials – Barrier Shielding table showing lead, steel, concrete, earth and wood sizes required to provide protection factors (PF) in a range from PF 2 to PF 1,073,741,824.0.
  • Radiation Doses Overhead – Ground cover shielding table showing how the amount of earth cover required to provide radiation safety, based on bomb size, distance from ground zero, and a constant 15 MPH wind.
  • Nuclear Weapon Testing Effects – Comprehensive video archive
  • Underground Bomb Shelters
  • The Federation of American Scientists provide solid information on weapons of mass destruction, including nuclear weapons and their effects
  • The Nuclear War Survival Skills is a public domain text and is an excellent source on how to survive a nuclear attack.
  • Ground Zero: A Javascript simulation of the effects of a nuclear explosion in a city
  • Oklahoma Geological Survey Nuclear Explosion Catalog lists 2,199 explosions with their date, country, location, yield, etc.
  • Australian Government database of all nuclear explosions
  • Nuclear Weapon Archive from Carey Sublette (NWA) is a reliable source of information and has links to other sources.
  • NWA repository of blast models mainly used for the effects table (especially DOS programs BLAST and WE)
  • HYDESim: High-Yield Detonation Effects Simulator – Mashup of Google Maps and Javascript to calculate blast effects.
  • NUKEMAP – Google Maps/Javascript effects mapper, which includes fireball size, blast pressure, ionizing radiation, and thermal radiation as well as qualitative descriptions.
  • Nuclear Weapons Frequently Asked Questions
  • Atomic Forum
  • Samuel Glasstone and Philip J. Dolan, The Effects of Nuclear Weapons, Third Edition, United States Department of Defense & Energy Research and Development Administration Available Online
  • Nuclear Emergency and Radiation Resources
  • Outrider believes in the power of an informed, engaged public.