Поражающие факторы ядерного взрыва

Поражающие факторы ядерного взрыва — физические процессы и явления, которые возникают при ядерном взрыве и определяют его поражающее воздействие. Основными поражающими факторами ядерного оружия являются:

• ударная волна
• световое излучение
• проникающая радиация
• радиоактивное заражение
• электромагнитный импульс

Зарождение поражающих факторов

Независимо от среды, в которой произведён взрыв, энергия из зоны ядерной реакции уносится в следующих пропорциях (для атомного или обычного термоядерного боеприпаса):

• проникающей радиацией — 5 %
• рентгеновским излучением и газовым потоком — 85 %
• радиоактивными продуктами — 10 %

Проникающая радиация, рентгеновское излучение и газовый поток, взаимодействуя с окружающей средой, создают:

• электромагнитный импульс
• световое излучение
• ударную волну

Тип поражающих факторов и доля энергии, приходящаяся на каждый из них, различна для разных типов взрывов. При высотных взрывах, когда плотность окружающей атмосферы низка, доля энергии, приходящейся на ударную волну, незначительна, а доля энергии, приходящейся на световое излучение, большая. При подземном ядерном взрыве наоборот — световое излучение невелико или вовсе отсутствует.

Поражающие факторы при воздушном взрыве

Распределение энергии, выделяемой при воздушном ядерном взрыве:

• Воздушная ударная волна — 50 %
• Световое излучение — 35 %
• Радиоактивное заражение — 10 %
• Проникающая радиация — ~4 %
• Электромагнитный импульс — ~1 %

Воздушная ударная волна

Разрушение дома воздушной ударной волной. 17 марта 1953 года, ядерный полигон в Неваде

Воздушная ударная волна возникает в результате расширения заключённых в области взрыва раскалённых газов и представляет собой распространяющуюся со сверхзвуковой скоростью тонкую переходную область, в которой происходит резкое (скачкообразное) повышение плотности, давления, температуры и скорости воздуха. Скорость распространения ударной волны вблизи центра взрыва превышает 1600 м/с, а по мере удаления от центра снижается до скорости звука (340 м/с) и ниже. На расстоянии 800 м от центра взрыва скорость распространения ударной волны составляет 200 м/с. На большом удалении от места взрыва ударная волна превращается в волну звуковую. Время действия ударной волны на некий неподвижный объект — 0,6 с для бомбы мощностью 20 кт; 3 с для бомбы мощностью 1 Мт. Основные параметры ударной волны:

• избыточное давление во фронте ударной волны — ΔРф, Па (кгс/см²);
• скоростной напор — ΔРск, Па (кгс/см²).

Световое излучение

Световое излучение включает в себя ультрафиолетовую, видимую и инфракрасную области спектра. Источником его является светящаяся область взрыва, состоящая из нагретых до высокой температуры (до 7000 °C) паров веществ ядерного боеприпаса и атмосферного воздуха. 99 % светового излучения испускается в период 0,01—3,0 секунды от начала ядерной реакции; через 10 секунд свечение прекращается полностью (для взрыва мощностью 20 кт). Световое излучение вызывает поражение глаз и ожоги различной степени тяжести у людей и животных, может служить причиной возгорания зданий и сооружений, одежды, а также оплавления и обожжения конструкций из негорючих материалов.

Основным параметром, определяющим поражающую силу светового излучения, является:

• световой импульс — Uсв, Дж/м² (кал/см²)

Световой импульс — это количество световой энергии, падающей на единицу площади, перпендикулярной к направлению излучения за всё время свечения огненного шара; величина его зависит в первую очередь от интенсивности и продолжительности излучения, а также от прозрачности атмосферы.

Проникающая радиация

Проникающая радиация представляет собой поток гамма-лучей и нейтронов, испускаемых зоной взрыва. Излучение длится 15—25 секунд после взрыва, причём более 95 % радиации излучается в первые 3,5—5 секунд в зависимости от мощности взрыва.

Проникающая радиация, проходя сквозь объекты, ионизирует их атомы. При прохождении через живую материю ионизируются атомы, входящие в состав клеток. Это ведёт к нарушению обмена веществ клеток и изменению их жизнедеятельности. Следствием этого являются нарушение работы органов и систем организма и генетические (наследственные) изменения. Результат подобного воздействия называется лучевой болезнью. Параметром, определяющим поражающую силу проникающей радиации, является:

• поглощённая доза излучения — Dп, рад; Р

Радиоактивное заражение

Основным источником радиоактивного заражения грунта и атмосферы являются радиоактивные продукты деления ядерного горючего. Радиоактивные продукты перемешиваются с частицами грунта, поднимающимися за облаком взрыва (эти поднимающиеся частицы и пыль при взрыве создают так называемую «ножку» ядерного гриба), а затем постепенно выпадают как в районе взрыва, так и по пути следования радиоактивного облака, создавая так называемый след облака. Степень заражения местности определяет

• уровень радиации — Р, р/ч

Электромагнитный импульс

Электромагнитный импульс (ЭМИ) — это кратковременное мощное электромагнитное излучение, которое сопровождает ядерный взрыв и поражает электрические, электронные системы и аппаратуру, создавая в них наведённое напряжение, превышающее запас электрической прочности. Наиболее подвержены ЭМИ линии связи, сигнализации и другие низковольтные линии. Воздействие на линии и оборудование с рабочим напряжением несколько десятков или сотен вольт, а также низковольтные линии, имеющие защиту от молний, обычно не ведёт к их выводу из строя. Прямой опасности для человека ЭМИ не несёт.

Действие поражающих факторов в момент воздушного взрыва

Поражение человека при воздушном взрыве

Степень и вид поражения человека в момент взрыва зависит от множества факторов: погоды, окружающих ландшафта и застройки, одежды и средств защиты, и других. Здесь для упрощения рассматривается (если не указано особо) только воздействие поражающих факторов самого взрыва в идеальных условиях и в незамутнённой безоблачной атмосфере на человека, не имеющего специальных средств защиты.

Основные поражающие факторы в момент взрыва — световое излучение, ударная волна, проникающая радиация. Степень их воздействие зависит от:

• мощности взорванной бомбы
• удалённости человека от эпицентра взрыва

Так, при взрыве сверхкрупной бомбы на расстоянии, где невозможно получить никакого радиационного и механического повреждения (свыше 7500 м от эпицентра для бомбы мощностью 1 Мт), возможно получение тяжёлых термических ожогов: 4-й степени — до 11000 м от эпицентра; 3-й степени — до 13000 м.

Напротив, при взрыве бомбы малой мощности на расстоянии, где нельзя получить серьёзных термических и механических повреждений (свыше 500 м от эпицентра для бомбы мощностью 1 кт), человек получает заряд проникающей радиации, достаточный для развития самой тяжёлой формы лучевой болезни (на расстоянии до 750 м от эпицентра; более лёгкие формы заражения возможны на расстоянии до 1600 м). Такая форма поражения используется и искусственно усиливается в нейтронных боеприпасах.

Ниже в таблице сведены данные о поражении человека на различных дистанциях при взрыве бомбы мощностью 20 кт. Также приведена процентная численность смертельных поражений в зависимости от расстояния до эпицентра при бомбардировках Хиросимы и Нагасаки в 1945 году.

Расстояние от эпицентра взрыва, м:	Описание поражения	Действие поражающего фактора			Смертность в Хиросиме и Нагасаки, % погибших (расстояние от эпицентра)
		Световое излучение (степень ожогов)	Ударная волна (степень поражения)	Проникающая радиация (степень лучевой болезни)
до 580	Человек превращается в обугленный и обезображенный труп. Спасение, вероятно, возможно лишь в укрытиях	четвёртая	смертельная	крайне тяжёлая	92—93 (до 609 м)
580—870	Тяжёлые ожоги; сильное механическое и лучевое повреждение внутренних органов, переломы конечностей. В большинстве случаев — гибель немедленно или в ближайшие дни от ожогов и механических травм; гибель от лучевой болезни в течение 1—2 месяцев.		тяжёлая		86 (609—914 м)
870—1120	То же. Несколько снижена степень механических травм		средняя		69 (914—1219 м)
1120—1270	Сильные ожоги и лучевое поражение при сравнительно легких механических травмах. Вероятность гибели очень велика.		лёгкая
1270—1350	Тяжёлые ожоги, осложнённые через 30—60 минут первыми признаками лучевой болезни; разгар лучевой болезни через 8—20 суток. Заживление ожогов начинается лишь через 20—30 дней. Общее лечение длится не менее 3—6 месяцев			тяжёлая	49 (1219—1524)
1350—1450	Тяжёлые ожоги; первичные симптомы лучевой болезни — через 1—2 часа. Разгар болезни через 20—30 суток. Время лечения 2—3 месяца.			средняя
1450—1550	Сильные ожоги, заживающие не менее 5 недель. Лучевая болезнь проявляется через 3—6 недель: слабость, тошнота, повышение температуры. Лечится амбулаторно			лёгкая
1550—1600	Сильные поверхностные ожоги вплоть до омертвления кожи и мышц. От ожогов хорошо защитит даже лёгкая одежда, однако при ясной атмосфере возможно её возгорание (белая хлопчатобумажная ткань загорается на расстоянии до 1800 м). Ожоги заживают через 3—5 недель. Лучевая болезнь проявляется через 3—6 недель, лечится амбулаторно.	третья			31,5 (1524—1829 м)
1600—1900	Сильные ожоги кожи. Ушибы и вывихи.
1900—2000	Образование пузырей на коже, при большой площади ожога возможна гибель; ушибы и вывихи	вторая			12,5 (1829—2133 м)
2000—2800	Образование пузырей на коже				0,5—1,3 (2133—2743 м)
2800—3800	Покраснение, припухлость кожи — обычно неопасно	первая			0 (далее 2743 м)

Повреждение зданий и сооружений при воздушном взрыве

Различают четыре степени разрушения зданий: слабое, среднее, сильное и полное. Слабое разрушение — разрушение в основном оконных и дверных коробок. Среднее — разрушение ненесущих крыш и перегородок, появление трещин, не грозящих обрушением. Сильное — разрушение части стен и перекрытий; возможно использование после расчистки лишь части подвалов. Полное — разрушение всех элементов; какое-либо использование здания невозможно. Для большинства жилых и промышленных зданий зоной выхода из строя является зона средних разрушений. Исключение составляет ряд промышленных зданий с прочным каркасом, в которых средние разрушения не угрожают безопасности людей, и позволяют продолжать производственный процесс. Для них зоной выхода из строя считается зона сильных разрушений .

Радиусы зон выхода из строя зданий и сооружений при взрывах мощностью 20 килотонн и 1 Мегатонна, м

20 кт

1 Мт

180

700

подземные коммунальные сети

310

1100

подвальные убежища

540

1990

железобетонные мосты

950

3490

металлические мосты

1110

4100

здания с железобетонным каркасом

1220

4500

здания со стальным каркасом

2120

7800

кирпичные малоэтажные здания

2540

9350

кирпичные многоэтажные здания

3470

12800

деревянные здания

Повреждение военной техники при воздушном взрыве

При оценке повреждений, нанесённых военной технике, принято различать слабые, средние, сильные повреждения и полное разрушение. Слабыми считаются такие повреждения, которые могут быть устранены в полевых условиях силами расчётов и экипажей. Как правило, слабые повреждения существенно не снижают боеспособности наземной боевой техники, однако в большинстве случаев делают непригодными для выполнения своих задач ракетную, авиационную и автомобильную технику. Поэтому для ракетной, авиационной и автомобильной техники за радиус зоны выхода из строя принимают радиус зоны слабых повреждений; для остальных типов техники — радиус зоны средних повреждений, для устранения которых необходим ремонт в войсковых или центральных ремонтных мастерских.

Радиусы зон выхода из строя техники и вооружения при взрывах мощностью 20 килотонн и 1 Мегатонна, м

20 кт

1 Мт

450

1640

танки

770

2850

БМП, БТР, САУ

1080

3990

РСЗО

1230

4550

баллистические ракеты на пусковых установках

1450

5340

истребители

1950

7200

автомобили

3100

11400

бомбардировщики

4340

16000

транспортные самолёты

4340

16000

вертолёты

Ссылки

1. Горишний В. А., Чернецов В. Б., Волков В. В. Чрезвычайные ситуации военного времени.^{о книге}
2. "Атомная бомбардировка Хиросимы и Нагасаки, доклад MED от 29 июня 1946 г.". 

Гуревич В. И. Электромагнитный импульс высотного ядерного взрыва и защита электрооборудования от него. – М.: Инфра-Инженерия, 2018 - 508 с.: ил.