Надзвичайна ситуація викликана ядерним вибухом

Ядерна зброя розроблена під час другої світової війни США в основному зусиллями європейських вчених (Енштейн, Бор, Фермі та ін.). Перше випробування цієї зброї відбулося у США на полігоні Аламогордо 16 липня 1945 року (в цей час у переможеній Німеччині проходила Потсдамська конференція). А лише через 20 днів, 6 серпня 1945 року, на японське місто Хіросіму без усякої військової потреби та доцільності була скинута атомна бомба колосальної для того часу потужності -20 кілотон. Через три дні, 9 серпня 1945 року, атомному бомбардуванню було піддане друге японське місто - Нагасакі. Наслідки ядерних вибухів були жахливі. У Хіросімі із 255 тис. жителів було вбито чи поранено майже 130 тис. чоловік. із майже 200 тис. мешканців Нагасакі було уражено понад 50 тис. осіб.

Потім ядерна зброя була виготовлена та випробовувалася в СРСР (1949 р.), у Великобританії (1952 р.), у Франції (1960 р.), у Китаї (1964 р.). Зараз у науково-технічному відношенні до виробництва ядерної зброї готові понад ЗО держав світу.

Тепер існують ядерні заряди, котрі використовують реакцію поділу урана-235 та плутонія-239 і термоядерні заряди, в яких використовується (під час вибуху) реакція синтезу. При захопленні одного нейтрона ядро урану-235 ділиться на два осколки, виділяючи гамма-кванти та ще два нейтрона (2,47 нейтрона для урану-235 та 2,91 нейтрона для плутонію-239). Якщо маса урану більша за третину, то ці два нейтрона ділять ще два ядра, виділяючи вже чотири нейтрона. Після поділу наступних чотирьох ядер виділяються вісім нейтронів і т.д. Відбувається ланцюгова реакція, яка призводить до ядерного

вибуху.

Класифікація ядерних вибухів:

- за типом заряда:

- ядерні (атомні) - реакція поділу;

- термоядерні - реакція синтезу;

- нейтронні - великий потік нейтронів;

- комбіновані.

- за призначенням:

- випробувальні;

- у мирних цілях;

- у воєнних цілях;

- за потужністю:

- надмалі (менше 1 тис. т тротилу);

- малі (1 .10 тис. т);

- середні (10 .100 тис. т);

- великі (100 тис. т . 1 Мт);

- надвеликі (понад 1 Мт). - за видом вибуху:

- висотний (понад 10 км);

- повітряний (світлова хмара не сягає поверхні Землі);

- наземний;

- надводний;

- підземний;

- підводний.

Уражаючі фактори ядерного вибуху. Уражаючими факторами ядерного вибуху є:

- ударна хвиля (50 % енергії вибуху);

- світлове випромінювання (35 % енергії вибуху);

- проникаюча радіація (45 % енергії вибуху);

- радіоактивне зараження (10 % енергії вибуху);

- електромагнітний імпульс (1 % енергії вибуху); Ударна хвиля (УХ) 50 % енергії вибуху). УХ - це

область сильного стиснення повітря, яке розповсюджується із надзвуковою швидкістю на всі сторони, від центру вибуху. Джерелом ударної хвилі є високий тиск у центрі вибуху, що досягає 100 млрд. кПа. Продукти вибуху, а також дуже нагріте повітря, розширюючись, стискають оточуючий шар повітря. Цей стиснутий шар повітря також стискає наступний шар. Таким чином тиск передається від одного шару до іншого, створюючи ударну хвилю. Передній кордон стиснутого повітря називається фронтом ударної хвилі.

Основними параметрами УХ є:

- надмірний тиск;

- швидкісний напір;

- час дії ударної хвилі.

Надмірний тиск - це різниця між максимальним тиском у фронті

УХ та атмосферним тиском (рис. 1).

Вимірюється у кПа або кгс/см2 (1 атм = 1.033 кгс/см2 101.3 кПа; 1 атм = 100 кПа)

Значення надмірного тиску в основному залежить від потужності та виду вибуху, а також від відстані до центру вибуху.

Воно може сягати 100 кПа при вибухах потужністю 1 мт 1.1 більше.

Надмірний тиск швидко зменшується з віддаленням від епіцентру вибуху (рис. 2).

Рис 20.Залежність тиску від відстані

Швидкісний напір повітря - це динамічне навантаження, яке створює потік повітря, позначається Р, вимірюється у кПа. Величина швидкісного напору повітря залежить від швидкості та густини повітря за фронтом хвилі і тісно пов"язана із значенням максимального надмірного тиску ударної хвилі. Швидкісний напір помітно діє при надмірному тиску понад 50 кПа.

Час дії ударної хвилі (надмірного тиску) вимірюється у секундах. Чим більший час дії, тим більша уражаюча дія УХ. Ударна хвиля ядерного вибуху середньої потужності (10 .100 кт) проходить 1000 м за 1,4 сек; 2000 м за 4 сек; 5000 м - за 12 сек. Ударна хвиля уражає людей та руйнує будинки, споруди, о6"єкти та техніку зв"язку.

На незахищених людей ударна хвиля впливає безпосередньо та опосередковано (опосередковані ураження - це ураження, які завдаються 'яю'д'ин'ї уламками будинків, споруд, уламками скла та іншими предметами, які під дією швидкісного напору повітря переміщаються з великою швидкістю). Травми, які виникають внаслідок дії ударної хвилі, поділяють на:

- легкі, характерні для РФ=20 .40 кПа;

- середні, характерні для РФ=40 .бО кПа:

- важкі, характерні для РФ=60 .ЮО кПа;

- дуже важкі, характерні для РФ вище 100 кПа.

При вибуху потужністю до 1 Мт незахищені люди можуть отримати легкі травми, знаходячись від епіцентру вибуху за 4,5 .7 км, важкі - за 2 .4 км.

Для захисту від УХ використовуються спеціальні сховища, а також підвали, підземні виробки, шахти, природні укриття, складки місцевості та ін.

06"єм та характер руйнування будинків та споруд залежить від потужності та виду вибуху, відстані від епіцентру вибуху, міцності та розмірів будинків та споруд. Із наземних будинків та споруд найстійкішими є монолітні залізобетонні споруди, будинки із металевим каркасом та споруди антисейсмічної конструкції. При ядерному вибуху потужністю 5 Мт залізобетонні конструкції будуть зруйновані у радіусі 6,5 км, цегляні будинки - до 7,8 км, дерев"яні будуть повністю зруйновані у радіусі 18

км.

Ударна хвиля має властивість проникати у приміщення крізь віконні та дверні отвори, викликаючи руйнування перегородок та апаратури. Технологічне обладнання стійкіше і руйнується головним чином внаслідок обвалення стін та перекриття будинків, в яких воно змонтоване.

Світлове випромінювання (35 % енергії вибуху). Світлове випромінювання ЯВ є електромагнітне випромінювання в ультрафіолетовій, видимій та інфрачервоній областях спектра. Джерелом світлового випромінювання є світлова область, яка розповсюджується із швидкістю світла (300 000 км/сек). Час існування світної області залежить від потужності вибуху та складає для зарядів різних калібрів: надмалого калібру - десяті частини секунди, середнього - 2 .5 сек, надвеликого - декілька десятків секунд. Розмір світної області для надмалого калібру - 50 .300 м, середнього 50 .1000 м, надвеликого - декілька

кілометрів.

Основним параметром, що характеризує світлове випромінювання, є світловий імпульс. Вимірюється у калоріях на 1 см2 поверхні, розташованої перпендикулярно напряму безпосереднього випромінювання, а також у кілоджоулях на м2; 1 кал/см2 = 42 кДж/м2.

Залежно від величини сприйнятого світлового імпульсу та глибини ураження шкірного покриву у людини виникають опіки

трьох ступенів:

- опіки 1 ступеня характеризуються почервонінням шкіри,

припухлістю, болючістю, спричиняються світловим імпульсом 100 .200 кДж/м2;

- опіки 2 ступеня (пухирі) виникають при світловому імпулм І 200 .400 кДж/м2;

- опіки 3 ступеня (виразки, омертвіння шкіри) з'являютьс н при величині світлового імпульсу 400-500 кДж/м2.

Велика величина імпульсу (понад 600 кДж/м2) спричиня< обвуглення шкіри.

Під час ядерного вибуху 20 кт опіки 1 ступеня будуть спостерігатися у радіусі 4,0 км, 2 ступеня - у радіусі 2,8 км, З ступеня - у радіусі 1,8 км.

При потужності вибуху 1 Мт ці відстані збільшуються до 26,8 км, 18,6 км, та 14,8 км відповідно.

Світлове випромінювання розповсюджується прямолінійно та не проходить крізь непрозорі матеріали. Тому будь-яка перешкода (стіна, ліс, броня, густий туман, пагорби тощо), здатна утворити зону тіні, захищає від світлового випромінювання.

Найсильнішим ефектом світлового випромінювання є пожежі. На розмір пожеж впливають такі фактори, як характер та стан забудови.

При щільності забудови понад 20% осередки пожежі можуть злитися в одну суцільну пожежу.

Втрати від пожеж у другій світовій війні становили 80%. При відомому бомбардуванні Гамбурга одночасно підпалювалося 16 тис. будинків. Температура у районі пожеж сягала 800°С. Світлове випромінювання значно посилює дію ударної хвилі. Проникаюча радіація (45% енергії вибуху) спричиняється випромінюванням та потоком нейтронів, які проникають на декілька кілометрів навкруги ядерного вибуху, іонізуючи атоми цього середовища. Ступінь іонізації залежить від дози випромінювання, одиницею вимірювання якої служить рентген ( в 1 см сухого повітря при температурі та тискові 760 мм рт ст утворюється близько двох мільярдів пар іонів). Іонізуюча здатність нейтронів оцінюється у екологічних еквівалентах рентгена ( Бер - доза нейтронів, вплив яких дорівнює впливові рентгена випромінювання).

Вплив проникаючої радіації на людей викликає променеву хворобу. Променева хвороба 1 ступеня (загальна слабкість, нудота, запаморочення, спітнілість) розвивається у більшості випадків при дозі 100 .200 рад.

Променева хвороба 2 ступеня (блювота, різкий головний

Ін/Іь) виникає при дозі 250 .400 рад.

Променева хвороба 3 ступеня (50% помирає) розвивається мри дозі 400-600 рад.

Променева хвороба 4 ступеня (у більшості випадків настає < мерть) виникає при опроміненні понад 600 рад.

При ядерних вибухах малої потужності вплив проникаючої радіації значніший, ніж ударної хвилі та світлового опромінювання. Із збільшенням потужності вибуху відносна частка уражень проникаючої радіації зменшується, оскільки зростає число травм та опіків. Радіус ураження проникаючою радіацією обмежується 4 .5 км незалежно від збільшення потужності вибуху.

Проникаюча радіація суттєво впливає на ефективність роботи радіоелектронної апаратури та систем зв'язку. Імпульсне випромінювання, потік нейтронів порушують функціонування багатьох електронних систем, особливо тих, що працюють в імпульсному режимі, викликаючи перерви в електропостачанні, замикання в трансформаторах, підвищення напруги, перекручування форми та величини електричних сигналів.

При цьому випромінювання викликає тимчасові перерви у роботі апаратури, а потік нейтронів - незворотні зміни.

Для діодів при щільності потоку 1011 (германієві) та 1012 (кремнієві) нейтронів/см2 змінюються характеристики прямого та зворотного струмів.

У транзисторах зменшується коефіцієнт підсилювання струму та збільшується зворотний струм колектора. Кремнієві транзистори стійкіші і зберігають свої підсилюючі властивості при потоках нейтронів вище 1014 нейтронів/см2.

Електровакуумні прилади стійкіші та зберігають свої властивості до щільності потоку 571015 - 571016 нейтронів/

см2

Резистори та конденсатори стійкі до щільності 1018 нейтронів/см2. Потім у резисторів змінюється провідність, у конденсаторів збільшуються витоки та втрати, особливо для електролічильних конденсаторів.

Радіоактивне зараження (до 10 % енергії ядерного вибуху) виникає через наведену радіацію, випадання на землю осколків поділу ядерного заряду та частини залишкового урану-235 чи плутонію-239.

Радіоактивне зараження місцевості характеризується рівнем радіації, який вимірюється у рентгенах за годину.

Випадання радіоактивних речовин продовжується при русі

радіоактивної хмари під впливом вітру, внаслідок чого ни поверхні землі утворюється радіоактивний слід у вигляді смуги зараженої місцевості. Довжина сліду може сягати кількох десятків кілометрів і навіть сотень кілометрів, а ширина -десятків кілометрів.

Залежно від ступеня зараження та можливих наслідків опромінення виділяють 4 зони: помірного, сильного, небезпечного та надзвичайно небезпечного зараження.

Для зручності вирішення проблеми оцінки радіаційного стану межі зон прийнято характеризувати рівнями радіації на 1 годину після вибуху (Р0) і 10 годин після вибуху Р10. Також встановлюють значення доз гамма-випромінювання Д, які одержують за час від 1 години після вибуху до повного розпаду радіоактивних речовин.

Зона помірного зараження (зона А) - Д = 40,0 .400 рад. Рівень радіації на зовнішній межі зони Р0 = 8 Р/год, Р10 = 0,5 Р/год. В зоні А роботи на об'єктах, як правило, не зупиняються. На відкритій місцевості, розташованій у середині зони чи у її внутрішній межі, роботи припиняються на декілька годин.

Зона сильного зараження (зона Б) - Д = 4000 .1200 рад. Рівень радіації на зовнішній межі Р0 = 80 Р/год, Р10 = 5 Р/год. Роботи зупиняються на 1 добу. Люди ховаються у сховищах чи евакуйовуються.

Зона небезпечного зараження (зона В) - Д = 1200 .4000 рад. Рівень радіації на зовнішній межі Р0 = 240 Р/год, Р10 = 15 Р/год. У цій зоні роботи на об'єктах зупиняються від 1 до 3 .4 діб. Люди евакуйовуються чи ховаються в захисних спорудах.

Зона надзвичайно небезпечного зараження (зона Г) на зовнішній межі Д = 4000 рад. Рівні радіації Р0 = 800 Р/год, Р,0 = 50 Р/год. Роботи зупиняються на декілька діб та поновлюються після спаду рівня радіації до безпечного значення.

Для прикладу на рис. 3 показані розміри зон А, Б, В, Г, які утворюються під час вибуху потужністю 500 кт та швидкості вітру 50 км/год.

Характерною особливістю радіоактивного зараження внаслідок ядерних вибухів є порівняно швидкий спад рівнів радіації (табл. 12).

Великий вплив на характер зараження справляє висота вибуху. При висотних вибухах радіоактивна хмара піднімається на значну висоту, зноситься вітром та розсіюється на великому просторі.

Рис. 21. Слід радіоактивної хмари.

Знаходження людей на зараженій місцевості спричиняє їх опромінення радіоактивними речовинами. Крім того, радіоактивні частки можуть потрапляти всередину організму, осідати на відкритих ділянках тіла, проникати в кров крізь рани, подряпини, викликаючи той чи інший ступінь променевої

хвороби.

Для умов воєнного часу безпечною дозою загального одноразового опромінення вважаються наступні дози: протягом 4 діб - не більше 50 рад, 10 діб - не більше 100 рад, 3 місяці -200 рад, за рік - не більше 300 рад.

Для роботи на зараженій місцевості використовуються засоби індивідуального захисту, при виході із зараженої зони проводиться дезактивація, а люди підлягають санітарній обробці. Для захисту людей використовуються сховища та укриття. Кожна споруда оцінюється коефіцієнтом послаблення К посл., під яким розуміють число, що вказує, у скільки разів доза опромінення в сховищі менша від дози опромінення на відкритій місцевості. Для кам'яних будинків коефіцієнт послаблення 10, автомобіля - 2, танка - 10, підвалів - 40, для спеціально обладнаних сховищ він може бути ще більшим (до 500).

Електромагнітний імпульс (1 % енергії вибуху) явля собою короткочасний сплеск напруженості електричного І магнітного полів та струмів внаслідок руху електронів від центру вибуху, що виникають внаслідок іонізації повітря. Амплітуда ЕМІ дуже швидко зменшується по експоненті. Тривалість імпульсу дорівнює сотій частині мікросекунди (рис. 4). За першим імпульсом внаслідок взаємодії електронів з магнітним полем Землі виникає другий, триваліший імпульс (рис. 5).

Рис. 5. Тривалість імпульсів

Діапазон частот ЕМІ до 100 мГц, але в основному його енергія розподілена біля середньочастотного діапазона 10 .15 кГц. Уражаюча дія ЕМІ - декілька кілометрів від центру вибуху. Так, при наземному вибуху потужністю 1 мт вертикальна складова електричного поля ЕМІ на відстані 2 км від центру вибуху - 13 кВ/м, на 3 км - б кВ/м, 4 км - 3 кВ/м.

ЕМІ безпосередньо на тіло людини не впливає.

При оцінці впливу на електронну апаратуру ЕМІ потрібно враховувати і одночасний вплив ЕМІ - випромінювання. Під впливом випромінювання збільшується провідність транзисторів, мікросхем, а під впливом ЕМІ відбувається їх пробивання. ЕМІ є надзвичийно ефективним засобом для пошкодження електронної апаратури. У програмі СОЇ передбачене проведення спеціальних вибухів, при яких створюється ЕМІ, достатній для знищення електроніки.

Література

1. Белов С.В., Морозова Л.Л Сивков В.П. Безопасность жизнедеятельности. - М., 1992.

2. Програма підготовки студентів вищих навчальних закладів з дисципліни "Безпека життєдіяльності" / Укл, Лук'янченков В.А., Мухін В.В., Яцюк М.М. та ін. - К., ІСДО, 1985. - 88 с.

3. Науменко І., Кузнєцов В. "Охорона праці", "Безпека життєдіяльності" - предмети-близнюки чи самостійні навчальні дисципліни? - №4, 1996.

4. Русак О.Н. Безопасность жизнедеятельности. Краткий конспект лекций. - Санкт-Петербург, 1992.

5. Котик М.А. Психология й безопасность. - Таллинн., Валгус, 1981. - 408 с.

6. Пістун І.П. та інші. Безпека життєдіяльності. - Львів: Світ, 1995. - 288 с.

7. Русак О.Н., Зайцева В.К. беседи о безопасности жизнедеятельности: Уч. пособие. ЛТА, С-Пб., 1994. - 96 с.

8. Баклашев Н.И. й др.Охрана труда на предприятиях связи й охрана окружающей средьі Учебник для вузов. -М. Радио й связь, 1989. - 288 с.

9. Максимов М.Т., Оджагов Г.О. Радиоактивньїе загрязнения й их измерение.: Уч. пособие - М.: Знергоатомиздат, 1989. - 304 с.

10. Топоров К.К. ОсновьІ безопасности жизнедеятельности: Уч. пособие С-Пб ГТУ. С-Пб, 1994. -157 с.

11. Губський А.І. Цивільна оборона. Підручник для вищих навчальних закладів. - К.: Міністерство освіти, 1995. -216 с.

12. Гряник Г.Н., Лехман С.Д. Теоретические й организационньїе основьі охраньї труда. Текст лекций. -К. Укр. сельхозакадемия, 1990. - 44 с.