Световое излучение ядерного взрыва и защита от него

С давних времен человечество использует энергию падающей воды и энергию, выделяющуюся при сгорании дерева и угля. Первая является примером гравитационной энергии, обусловленной силой притяжения земли, вторая примером химической энергии (которая по природе своей является электрической). В последние годы получил развитие совершенно новый источник получения энергии, примерно в миллион раз более мощный, чем любой химический процесс. Этим источником энергии являются ядерные силы, действующие между составными частями атомного ядра протонами и нейтронами. Необходимо отметить, что использование ядерной, или, как ее называют, атомной, энергии, требует глубокого знания строения вещества и всестороннего развития не только прикладных, но и теоретических наук.

Широкое применение данный вид энергии изначально получил в военной промышленности, а именно в реализации ядерное оружия. Здесь и иллюстрируется вся мощь данного вида энергии. Каждый из нас хоть раз слышал о трагедии случившейся в японских городах Хиросима и Нагасаки.

В результате атомного взрыва в Хиросиме из общего количества 75 тыс. домов около 7 тыс. домов было полностью разрушено, 55 тыс. домов сгорело. Более 90% всех домов было полностью или частично разрушено. Взрыв бомбы в Нагасаки был мощнее, чем в Хиросиме (радиус разрушений на 15% больше). Однако вследствие гористого рельефа местности нанесенный ущерб оказался сравнительно меньшим. Общее число погибшим при взрывах атомных бомб в Хиросиме и Нагасаки составляет более 100 тыс. человек.

Целью написания данного реферата является ознакомление с одним из пяти поражающих факторов ядерного взрыва, а именно со световым излучением ядерного взрыва.

Поражающие факторы ядерного взрыва

При ядерном взрыве действуют пять поражающих факторов: ударная волна, световое излучение, проникающая радиация, радиоактивное заражение и электромагнитный импульс. Энергия ядерного взрыва распределяется примерно так: 50% расходуется на ударную волну, 35% на световое излучение, 10% на радиоактивное заражение, 4% на проникающую радиацию и 1% на электромагнитный импульс.

Ударная волна может наносить поражение людям и животным, разрушать наземные и подземные сооружения, позиции войск, уничтожать и повреждать боевую технику, транспортные пути. Световое излучение (ультрафиолетовые и инфракрасные лучи) вызывает у людей и животных ожоги, различной степени и ослепление, а при воздействии на боевую технику, вооружение, горючие материалы — оплавление, обугливание или возгорание. Проникающая радиация, а также образующееся радиоактивное заражение местности, воздуха и различных объектов в районе взрыва и по пути перемещения радиоактивного облака вызывают у людей и животных лучевое поражение или лучевую болезнь. Характер и степень воздействия П. ф. я. в. зависят от мощности ядерного боеприпаса, вида взрыва, расстояния от его центра, степени защиты войск, метеорологических условий и характера местности

Облако взрыва содержит огромное количество радиоактивных продуктов осколков деления ядерного горючего. По пути движения этого облака радиоактивные продукты из него выпадают, в результате чего происходит радиоактивное заражение местности, объектов и воздуха. Не равномерное движение электрических зарядов в воздухе под воздействием ионизирующих излучений приводит к образованию электромагнитного импульса. Так формируются основные поражающие факторы ядерного взрыва.

Ядерный взрыв

Рассмотрим воздушный взрыв, то есть взрыв, произведенный на высоте около 600 м над поверхностью земли (взрыв, произведенный на высоте менее 150 м, называется наземным).

В первый момент ядерного взрыва происходит ослепительная вспышка, яркость которой во много раз превышает яркость солнца. За счет огромной энергии, выделяющейся при взрыве, содержимое бомбы и ее оболочка мгновенно переходят в газообразное состояние. Первоначально объем газообразных продуктов взрыва почти равен объему, который занимала бомба. При этом температура их достигает значения выше миллиона градусов, а давление более миллиона атмосфер. Продукты взрыва с огромной скоростью расширяются во все стороны и спустя 0,1 миллисекунды с момента взрыва представляют собой изотермическую сферу, диаметр которой равен примерно 30 метров, а температура 3000 ˚С, что в 50 раз превышает температуру на поверхности солнца. На этой стадии развития фронт ударной волны совпадает с поверхностью сферы, но вскоре он отрывается и движется впереди ее. Вследствие интенсивного излучения энергии поверхность огненного шара быстро охлаждается, и примерно через 0,01 сек. температура ее падает до минимума, равного 2000 ˚С. Однако температура внутри огненного шара все еще остается высокой. Вследствие того, что воздух, окружающий огненный шар, сильно нагревается и ионизируется проходящей ударной волной, его прозрачность падает, и он создает «экранирующий эффект», замедляющий скорость охлаждения поверхности огненного шара. Но так как приток тепла из внутренней части огненного шара к его поверхности продолжается, то температура поверхности начинает снова расти. Примерно через 0,3 сек. она достигает второго максимума, равного 7000 ˚С, а затем постепенно падает. Через 10 сек. свечение огненного шара прекращается.

Огненный шар быстро подымается вверх, при этом максимальная скорость подъема составляет 100 м/сек. Диаметр его постепенно продолжает увеличиваться, достигая своего максимального значения около 300 м через 1 сек.

После отрыва фронта ударной волны от поверхности огненного шара волна разрежается, следующая за зоной сжатия ударной волны, вызывает быстрое расширение воздуха и конденсацию содержащихся в нем паров. В этот момент наблюдается образование кольца тумана, распространяющегося со скоростью звука в направлении от центра взрыва. Кольцо озарено изнутри красным светом огненного шара, в результате чего похоже на светящийся китайский фонарик. Через несколько секунд давление становиться нормальным и конденсационное облако быстро исчезает. В этот момент виден огненный шар, несущийся вверх со скоростью около 150 км/час. Быстро поднимаясь, облако белого пара, смешанное с пылью, поднятой с земли восходящим потоком воздуха. Образовавшееся облако, диаметр которого доходит до 3 км примерно через 4 мин., подходит к границе стратосферы и, продолжая подниматься, уже через 7 мин. Достигает высоты 10−20 км, сохраняя форму длительное время. Например, при взрыве на Бикини грибовидное облако держалось в воздухе в течении многих часов, медленно двигаясь по ветру.

Световое излучение ядерного взрыва

Как уже было сказано выше, около 1/3 общего количества энергии, выделяющейся при взрыве, идет на световое излучение. При этом необходимо отметить, что около 99% светового излучения испускается огненным шаром во второй период его развития, начиная с момента нарастания температуры после первого минимума. Количество светового излучения в первый период развития огненного шара является ничтожным по сравнению с общим количеством излучаемой при взрыве световой энергии, поскольку этот период длится только 0,01 сек.

Спустя 3 сек. после взрыва световое излучение практически прекращается.

Если укрываться в течении 1 сек. с момента взрыва, то полученное количество световой энергии составит 1/3 от общего ее количества.

Энергия светового излучения атомного взрыва, падающей поверхность земли или объекта, измеряется световыми импульсами. Величина светового импульса на данном расстоянии в большой степени зависит от метеорологических условий. Так например, при хорошей видимости в умеренно ясный день световой импульс, равный 6 кал/см2, будет получен на расстоянии 2 км; в условиях плохой видимости (в густой туман) световой импульс этой же величины будет получен на расстоянии 800 м. Световой импульс такой величины вызывает мгновенную гибель 50% людей, подвергшихся прямому воздействию светового излучения. Для воспламенения белой бумаги требуется световой импульс величиной 10 кал/см2, черной — 10 кал/см2. Дерево воспламеняется при световом импульсе 10 кал/см2 (требуемая величина импульса в этом случае зависит от породы древа, состояния поверхности и др.). Поверхность земли в эпицентре взрыва нагревается до 3000 ˚С.

Яркость светового излучения намного сильнее солнечного, а образовавшийся огненный шар при ядерном взрыве виден на сотни километров. Так, когда 1 августа 1958 г. американцы взорвали над островом Джонстон мегатонный ядерный заряд, огненный шар поднялся на высоту 145 км и был виден с расстояния 1160 км. Поражающее действие светового излучения характеризуется световым импульсом, т. е. количеством световой энергии, приходящейся за время излучения на 1 см² поверхности, перпендикулярно расположенной к направлению световых лучей. За единицу измерения светового импульса принимают 1 кал/см2. Световое излучение может вызвать ожоги открытых участков тела, ослепление людей и животных, обугливание или возгорание различных материалов. Так, при световом импульсе 24 кал/см2 у незащищенных людей могут возникнуть ожоги первой степени, при 46 кал/см2 ожоги второй степени (образование пузырей), при 6 12 кал/см2ожоги третьей степени (полное омертвление кожных покровов), при световом импульсе более 12 кал/см2 кожа омертвляется на всю глубину и обугливается.