третє питання
До вражаючих факторів вибухів конденсованих ВВ, ГПВС і ПВС відносяться:
1. Ударна хвиля.
2. Теплове (світлове) випромінювання (теплова хвиля, теплова радіація).
3. Осколкове дію.
4. Вплив на людей отруйних газів, що утворюються під час вибуху (окис вуглецю, окис азоту, сірководень, сірчистий ангідрид і ін.).
Найбільш потужні і великі вражаючі фактори утворюються при ЯВ. До них відносяться: ударна хвиля; світлове випромінювання; проникаюча радіація (потік гамма-випромінювання і нейтронів, -ізл. і n 0); радіоактивне забруднення місцевості, приземного шару атмосфери та об'єктів; електромагнітний імпульс (ЕМІ).
Розподіл енергії вибухів між вражаючими факторами буде залежати від виду вибуху і умов, в яких він відбувається. Однозначно визначити частку енергії, що припадає на кожен вражаючий фактор, практично неможливо. У всіх випадках треба враховувати безповоротні втрати енергії, яка буде розсіюватися в навколишньому просторі (до 18%). Так, для ЯВ в повітрі (H до 10км) по 35% енергії витрачається на ударну хвилю і світлове випромінювання; 7% на радіоактивне забруднення місцевості; 5% на проникаючу радіацію і ЕМІ. У нейтронного боєприпасу до 70% від всієї енергії витрачається на проникаючу радіацію. З огляду на, що вибухи підпадають під дію законів подоби, зазначене співвідношення можна приймати для розрахункових даних.
1. Ударна хвиля.
Вона є одним з основних вражаючих факторів вибухів. Залежно від того, в якому середовищі вона виникає і поширюється, її називають повітряної ударної хвилею (ВУВ) - в повітрі; сейсмовзривние хвилею - в грунті; ударною хвилею - в воді.
ВУВ називається область різкого стиску повітря, що поширюється в усі сторони від центра вибуху з надзвуковою швидкістю. Вона має великий запас енергії і здатна руйнувати різні споруди, будівлі та ін. Об'єкти, а також завдавати поразки людям (тваринам) на різних відстанях від центру вибуху. З віддаленням від центру вибуху її інтенсивність зменшується і вона вироджується в звичайну акустичну хвилю. Її джерело освіти - центр вибуху, де тиск і температура досягають мільйонів Па і градусів.
Передню кордон хвилі називають фронтом ВУВ, де стрибком підвищений тиск, температура, щільність і швидкість часток середовища (масова швидкість). Під час вибуху в повітрі фронт ВУВ буде сферичним.
Характер зміни тиску в точці простору при проходженні через неї хвилі показаний на рис.6.1.
З приходом хвилі в точку простору в момент t0 тиск в ній різко підвищується на величину, а потім убуває до атмосферного P0 і нижче його. Період називається фазою стиснення, а період - зниженого тиску - фазою розрядження. У фазі стиснення повітряні маси рухаються в бік руху фронту хвилі (від центру), а фазі розрядження - до центру вибуху.
Підвищення тиску в будь-якої точці простору є різкий, короткочасний удар величезної сили на перешкоду (об'єкт; людини), що веде до руйнувань (поразок).
Форма ВУВ при наземному і повітряному вибухах показана на рис. 6.2, 6.3. ВУВ при цьому буде мати деякі особливості.
Рис.6.1. Зміна тиску в точці простору при проходженні через неї ВУВ.
При наземному вибуху ВУВ має форму півсфери з центром в точці вибуху. За рахунок зменшення обсягу вибуху щільність енергії, а отже і, будуть в два рази більше, ніж при повітряному вибуху.
Вражаюча дія хвилі при наземному вибуху в ближній зоні (R
При повітряному вибуху ВУВ, досягаючи землі, відбивається від неї. Відбита хвиля, переміщаючись в більш нагрітої середовищі за рахунок падаючої хвилі, наздоганяє падаючу хвилю. Їх енергія зливається, утворюючи фронт головний ударної хвилі, де тиск в 1,6-3 рази більше падаючої хвилі. На ділянках, де відбита хвиля ще не наздогнала падаючу хвилю, об'єкт відчуває ударну навантаження від падаючої і відображеної хвиль (подвійне навантаження). Подвійне навантаження також будуть відчувати висотні об'єкти і в дальній зоні, тобто від головного ударної хвилі і відображеної. Зауважимо відразу, що тиск відбитої хвилі може в 2-8 і більше разів перевершувати тиск падаючої хвилі.
Рис.6.2. Поширення ВУВ при повітряному ЯВ
Рис.6.3. Освіта і поширення ударних хвиль при наземному ЯВ.
Отже, основними параметрами ВУВ, що характеризують її руйнує і вражаюче дію, є: надлишковий тиск на фронті хвилі, Па; тиск швидкісного напору, Па; тривалість фази стиснення, з (вона визначає час дії надлишкового тиску); швидкість фронту хвилі Vф; температура фронту хвилі Т ф і ін. Швидкісний напір визначає метальний дію хвилі, а - баричне дію хвилі.
Зауважимо, що дані параметри хвилі будуть залежати від маси заряду, висоти вибуху, відстані від центру вибуху і умов вибуху.
ВУВ може відбиватися від великих перешкод, обтікати різні перешкоди і затікати в укриття.
2. Світлове випромінювання вибуху.
Під світловим випромінюванням розуміється електромагнітне випромінювання оптичного діапазону у видимій і невидимій (ультрафіолетового й інфрачервоного) областях спектора. Енергія світлового (теплового) випромінювання поглинається поверхнями тіл, які при цьому нагріваються. Температура нагріву буде залежати від багатьох факторів (інтенсивності випромінювання, його часу дії, стану погоди, рельєфу місцевості, фізико-хімічних властивостей предметів і ін.) І може бути такою, що поверхня об'єкта може обвуглитися, оплавитися або спалахнути. Джерелом випромінювання є світлова область вибуху, що складається з нагрітих до високої температури парів конструкційних матеріалів і повітря (температура в центрі вибуху досягає мільйонів градусів). Тривалість світлового випромінювання залежить від потужності вибуху і може досягати значення від часток секунди і до десятків секунд (для ЯВ) і десятих і сотих часток секунди при вибухах звичайних ВВ.
Основними параметрами світлового (теплового) випромінювання є: тепловий потік (енергетична освітленість) q, Вт / м 2; тривалість вогненної кулі, tош, с; теплова доза (теплової імпульс, енергетична експозиція), Q, Дж / м 2.
Зауважимо, що при наземних вибухах світловий потік значно послаблюється за рахунок його екранування (затінення) місцевими об'єктами і пилом. Реальне його значення буде менше розрахункового на 25 - 50%, тобто близько до значення потоку від повітряного вибуху (при однакових масах зарядів), хоча потужність наземного вибуху перевершує приблизно в два рази потужність повітряного вибуху.
3. Яка Проникає радіація.
Проникаюча радіація діє тільки при ЯВ. Вона являє собою потік - випромінювання і нейтронів (n 0). Нейтрони і - изл. різні за своїми фізичними властивостями (див. розділ радіацію), а загальним для них є те, що вони поширюються в повітрі на всі боки на відстань до 2-3 км. Проходячи через біологічну тканину (будь-яке середовище),-випромінювання і n 0 іонізують атоми і молекули живих клітин (середовища), що веде в підсумку до променевої хвороби (виходу з ладу технічних пристроїв). Тривалість випромінювання - лічені секунди і визначається потужністю вибуху і часом підйому хмари вибуху на висоту, при якій -ізл. поглинається товщею повітря і практично не досягає землі.
Гамма-кванти можуть бути: миттєвими, що випускаються в ході протікання ЯВ; осколковими (утворюються при радіоактивному розпаді осколків поділу); захватними (виникають при ядерних реакціях захоплення n 0 атомами повітря і грунту на значних відстанях від центру вибуху).
Нейтрони - можуть бути миттєвими (випускаються в ході протікання ядерних реакцій вибуху) і запізнілими (утворюються в процесі розпаду осколків розподілу протягом перших 2-3 с після вибуху).
Вражаюча дія проникаючої радіацією оцінюється дозою випромінювання, тобто кількістю енергії випромінювань, поглиненої одиницею маси середовища, що опромінюється. Вимірюється в Гр (грей) в СІ.
4. Радіоактивне забруднення місцевості (РЗМ).
РЗМ виникає при ЯВ і в результаті випадання радіоактивних речовин (РВ) з хмари вибуху. Вражаюча дія РЗМ як фактора визначається тим, що високі рівні радіації спостерігаються не тільки в районі вибуху, але і на відстані десятків і сотень кілометрів від вибуху. Крім цього, РЗМ, як вражаючий фактор, діє і може бути небезпечним протягом декількох діб і тижнів. Найбільш сильне РЗМ відбувається при наземних ЯВ, коли площі забруднення з небезпечними рівнями радіації в багато разів перевищують розміри зон поразки ударною хвилею, світлового випромінювання і проникаючої радіації.
Джерелом РЗМ при ЯВ є: продукти поділу (осколки поділу) ядерного заряду (U233, 235. Pu239); радіоактивні ізотопи (радіонукліди), які утворюються в грунті та інших матеріалах під впливом нейтронів - наведена активність; Не поділяючи частина ядерного заряду. Продукти поділу ядерного заряду, що випадають із хмари вибуху, являють собою суміш близько 80 ізотопів 35 хімічних елементів. Всього ж на різних етапах радіоактивного розпаду виникає до 300 різних радіонуклідів.
Зміни активності в часі, як і рівнів радіації на місцевості, визначаються залежністю (закон Вея-Вігнера, фізики з Великобританії):
де: і - активність (потужність дози) до часу to і t після вибуху. З цієї залежності випливає, що якщо час після вибуху збільшується 7 n раз, то активність (потужність дози, рівень радіації) на місцевості зменшується у 10 n раз, тобто якщо час після вибуху пройшло дві доби - 48 годин (n = 2 і 7 2 = 49 год.), то активність зменшитися в 10 2 = 100 раз і т.д. Згадаймо, що активність радіонуклідів в СІ вимірюється в беккерелях - Бк (1 Бк дорівнює одному розпаду ядра в секунду). Позасистемна одиниця - кюрі (1 Кі = 3,7 Бк).
На місцевості, що зазнала забруднення при ЯВ, виділяють дві ділянки: район вибуху (його радіус не перевищує 2 км) і слід хмари (випадання радіоактивних опадів, які прямують у напрямку вітру).
За ступенем небезпеки забруднену місцевість по сліду хмари вибуху прийнято ділити на чотири зони. Межі зон РЗМ з різним ступенем небезпеки можна характеризувати як потужністю дози випромінювання (рівнем радіації) на певний час після вибуху, так і дозою до повного розпаду радіонуклідів.
Зона А - помірного забруднення. Дози випромінювання до повного розпаду РВ на зовнішній межі зони = 40 радий, на внутрішньому кордоні = 400 рад. Її площа становить 70-80% від площі всього сліду.
Зона Б - сильного забруднення. Дози випромінювання на її кордонах: зовнішньої = 400 рад; внутрішньої = 1200 рад. На частку цієї зони припадає приблизно 10% площі сліду.
Зона В - небезпечного забруднення. Дози випромінювання на її кордонах: зовнішньої = 1200 рад; внутрішньої = 4000 рад. Ця зона займає приблизно 8 - 10% площі сліду хмари.
Зона Г - надзвичайно небезпечного забруднення. Зона випромінювання для повного розпаду на її зовнішньому кордоні = 4000 рад, а в середині зони = 7000 рад.
Характеристики зон (глибина і ширина) наводяться в довідковій літературі і підручнику.
5. Електромагнітний імпульс (ЕМІ).
Яв в атмосфері призводять до виникнення потужних електромагнітних полів з довжинами хвиль від 1 до 1000 метрів. Ці поля через їх короткочасного існування прийнято називати ЕМІ. Вражаюча дія ЕМІ обумовлено виникненням напруг і струмів в провідниках різної протяжності, розташованих в повітрі, землі, на техніці та інших об'єктах. Наведені напруги і струми в лініях зв'язку, радіотехнічної та електротехнічної апаратури можуть перевершувати номінальні значення і викликати пробою ізоляції, пошкодження трансформаторів, згоряння розрядників, псування напівпровідникових приладів, схем і т.п.
Висотний вибух здатний створити перешкоди в роботі засобів зв'язку на дуже великих площах. Як висновок, зазначимо, що захист від ЕМІ необхідна. Заходи захисту від ЕМІ і інших вражаючих факторів вибухів, необхідні при цьому розрахунки будуть викладені в наступних лекціях.